一种自动取样煤粉流量在线测量方法及装置

技术领域

本发明涉及煤粉流量测量技术领域，尤其涉及一种采用自动取样煤粉流量在线测量方法及装置。

背景技术

煤粉流量是火力发电中一次风管的重要运行参数。煤粉流量的大小直接影响了输粉管道中的煤粉的多少，煤粉过多过少都会影响到煤粉燃烧效率；燃烧不充分也会引起氮氧化物的排放增加污染环境，严重的会导致锅炉偏烧、结焦的问题。这对电力企业的整体经济效益、安全性、环保性都有密切的关系。

对同一个磨的多个输粉管道来说，对每个管道的煤粉流量的测量、控制就非常重要，只有对输粉管道中的煤粉流量进行准确地测量，才能有据可依地对管道的调节设备（例如可调缩孔、电动调节阀）进行调整，进而将煤粉流量大的管道往小调，将煤粉流量大的管道往大调，才能实现煤粉流量的均衡调节，达到锅炉的均衡燃烧，提高燃烧效率的同时解决锅炉偏烧、结焦的问题。

煤粉流量测量方法大多数停留在理论阶段，例如微波法、超声波法、电容层析成像法、电容法等，由于现场的煤粉煤质不同、煤粉含水率不同、煤粉温度不同导致测量环境很复杂，这些方法均是间接测量法，其检测的物理量很难与煤粉流量进行对应，也导致这些方法无法在工业现场有效地使用。目前，现场普遍采取的是人工取样，再进行称重计算的方法，这种方法存在取样代表性不足、耗时、人力大、无法在线测量，及等速取样准确性无法保证等问题。

为解决煤粉流量测量的问题，本发明提出一种自动取样煤粉流量在线测量方法，可实现煤粉流量的在线测量，是一种取样代表性高、等速取样、多管道同步取样的方法，省时省力、准确性高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动取样煤粉流量在线测量方法及装置，可在线实时测量煤粉流量，取样代表性高、等速取样、多管道同步取样的方法，省时省力、准确性高。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动取样煤粉流量在线测量方法，其包括如下步骤：

（1）采用等速取样方式通过伸入煤粉管道内的多点式旋转取样枪，通过控制机构控制抽气机构抽吸实现煤粉颗粒的等速取样，煤粉颗粒在旋风分离器作用下被收集；

（2）将步骤（1）收集的煤粉颗粒由所述控制机构控制传送到称重机构进行称重，得到煤样的质量大小，计算煤粉质量流量；

（3）通过所述控制机构控制压缩空气将称重完的煤粉颗粒回吹至原煤粉管道。

一种自动取样煤粉细度在线测量装置，其中包括：

取样机构：由控制机构控制多点式旋转取样枪采集煤粉管道内的煤粉颗粒；

抽气机构：由控制机构控制将煤粉管道内的煤粉颗粒抽进所述多点式旋转取样枪的取样管内腔，其抽气压力可改变取样管内的煤粉流速，保证煤粉管道内煤粉流速与取样管内煤粉流速相等；

旋风分离机构：被抽吸煤粉样品气流经过两级旋风分离器，在离心力的作用下，煤粉颗粒被收集到取样罐；

称重机构：设置于旋风分离器下方，实现对所取煤粉样品的质量称重；

测速机构：原煤粉管道上设置管道流速传感器，实现对煤粉管道内流速的测量，取样管路上设置取样速度传感器，实现对取样管路流速测量。

控制机构：实现对整个测量过程的控制，测量结果的计算、分析。

优选地，所述多点式旋转取样枪右端通过管道连接取样速度传感器，所述取样速度传感器通过管道与取样通断阀连接，所述取样截止阀通过管道与旋风分离机构入口连接，所述旋风分离机构下方设置称重机构。

优选地，多点式旋转取样枪通过密封装置安装于煤粉管道上，所述多点式旋转取样枪包括4个取样头，在管道内部旋转取样，所述旋转轴线与煤粉管道中轴线重合；

优选地，所述管道流速传感器通过密封装置安装于煤粉管道上取样机构下游方向，所述管道流速传感器、取样速度传感器分别测量出煤粉管道和取样管内的煤粉流速，有所述控制机构通过两个煤粉流速之差来控制所述抽气机构的抽气压力，从而改变取样管内的煤粉流速，保证两个煤粉流速相等，实现等速取样。

优选地，所述管道流速传感器平行布置八组电极，每组电极可测量出一个速度，即可实现直径方向上不同位置的流速测量；通过控制机构计算得到当前管道内的平均流速。

优选地，所述称重机构包括煤粉取样罐，所述煤粉取样罐通过支撑平台与重力传感器连接，所述支撑平台与驱动机构连接，所述取样罐上方设有密封圈。

优选地，所述抽气机构包括抽气器，所述抽气器的负压端通过管路与所述旋风分离器连接，所述抽气器的压缩空气端与负压调节器连接，所述负压调节器与所述控制机构电连接，所述负压调节器的调节开度由煤粉管道内的煤粉流速与样管内煤粉流速之差来控制。

采用上述方案后，本发明自动取样煤粉质量在线测量方法及装置具有以下优益效果：

1、本发明具有实时性好的优点，测量装置直接安装在煤粉管道上，可在线实时测量煤粉流量；

2、本发明对煤粉管道内的煤粉流速和取样管内的煤粉流速直接测量，调节相应的负压调节器，实现等速取样，等速取样调节在整个取样过程中持续的进行，在煤粉管道内径上煤粉流速差异较大时，本方法依然适用，是真正意义下的等速取样，且样品更具有代表性；

3、本发明通过控制机构的PLC控制单元控制取样机构、抽气机构、称重机构、分离机构及测速机构工作，整个测量过程无需人为干预，自动化强度高；

4、本发明通过多点式旋转取样枪对煤粉管道煤粉取样，符合国际标准ISO9931的等截面取样，取样代表性高。

5、本发明煤粉质量由高精度重力传感器测量得到，避免了人工取样再测量质量的误差。

6、本发明称重完的煤粉颗粒由控制机构控制回吹到煤粉管道内，不存在煤粉的泄露，实现零污染。

附图说明

图1为本发明自动取样煤粉流量在线测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。

下面结合具体实施例阐述本发明的结构。

如图1所示为本发明自动取样煤粉流量在线测量装置的结构示意图，包括：

取样机构：由控制机构控制多点式旋转取样枪4采集煤粉管道1内的煤粉颗粒，包括一端伸入煤粉管道1内的多点式旋转取样枪4和密封装置21，多点式旋转取样枪4包括旋转取样头2，取样头2含有四个取样孔，旋转取样头2通过取样外管22与多点式旋转取样枪4连接，多点式旋转取样枪4与控制机构14电连接，在控制机构14的控制作用下，旋转取样头2在管道内可绕旋转轴线25旋转，多点式旋转取样枪4通过密封装置21连接固定在管道上，所述密封装置21与手动球阀20连接。多点式旋转取样枪4右侧通过管道与取样速度传感器5连接，取样速度传感器5通过管道与取样截止阀6连接，取样截止阀6通过管道与第一级旋风分离器7连接，取样速度传感器5和取样截止阀6之间、取样截止阀6和第一级旋风分离器7之间分别设置有气源S2、S3，气源S2、S3受控制机构14控制；

抽气机构：由控制机构14控制将煤粉管道内1的煤粉颗粒抽进所述多点式旋转取样枪的取样外管22内腔，其抽气压力可改变取样外管22内的煤粉流速，保证煤粉管道1内煤粉流速V1与取样外管内煤粉流速V2相等，抽气机构包括抽气器18，抽气器18的负压端通过管道25与二级旋风分离器8出口连接，抽气器18的压缩空气端与负压调节器19连接，负压发生器19的进气端与气源S1连接，负压调节器19与控制机构电连接，负压调节器19的调节开度由煤粉管道1内的煤粉流速V1与取样管22内煤粉流速V2之差ΔV来控制，通过调节ΔV，保证V2=V1；抽气器18左侧与电动球阀24连接，电动球阀24左侧与手动球阀23连接固定到管道上。

旋风分离机构：被抽吸煤粉样品气流经过两级旋风分离器7、8，在离心力的作用下，煤粉颗粒被收集到取样罐9、10中；第一级旋风分离器7入口与取样截止阀6通过管道连接，管道截止阀6与控制机构电连接，管道上设置有气源S3,，第一级旋风分离器7出口与第二级旋风分离器8入口连接，第二级旋风分离器8出口通过管道25与抽气机构的抽气器18的负压端连接。

称重机构：设置于旋风分离器7、8下方，实现对所取煤粉样品的质量称重。称重机构包括第一取样罐9和第二取样罐10，取样罐9在第一级旋风分离器7正下方，取样罐10在第二级旋风分离器8正下方，第一取样罐9和第二取样罐10与支撑平台11连接，支撑平台11与重力传感器12连接，重力传感器12与控制机构电连接，第一取样罐9和第二取样罐10分别与驱动机构13有传动连接，可实现上下移动，驱动机构13与控制机构电连接，第一取样罐9和第二取样罐10顶部分别设置有密封圈。

测速机构：原煤粉管道1上设置管道流速传感器15，实现对煤粉管道1内流速的测量，取样管路上设置取样速度传感器5，实现对取样管路流速测量。管道流速传感器15通过密封装置17安装于煤粉管道1上取样机构4下游方向，管道流速传感器15为阵列式布置多组电极3，每组电极可测量出一个速度，即可实现直径方向上不同位置的流速测量；通过控制机构计算得到当前管道内的平均流速。

本实施例自动取样煤粉流量在线测量装置的在线测量方法，包括如下步骤：

（1）采用等速取样方式通过伸入煤粉管道1内的多点式旋转取样枪4，通过控制机构控制抽气机构抽吸实现煤粉颗粒的等速取样，煤粉颗粒在旋风分离器7、8作用下被收集，其采用等速取样方式采集煤粉颗粒，即通过原煤粉管道1上设置管道流速传感器15，实现对煤粉管道1内流速V1的测量，取样管路上设置取样速度传感器5，实现对取样管路流速V2测量，由PLC控制单元14通过两个煤粉流速之差ΔV来控制抽气机构的抽气压力，从而改变取样管路流速V2，保证两个煤粉流速V1、V2相等，实现等速取样；

（2）将步骤（1）收集的煤粉颗粒由所述控制机构控制传送到称重机构进行称重，得到煤样的质量大小，计算煤粉质量流量，其过程为：取样开始前，由PLC控制单元14电信号得到重力传感器12的处理重力M0；取样时，从煤粉管道1采集的煤粉颗粒由PLC控制单元14控制经旋风分离器7、8分离后，煤粉被收集到取样罐9、10内，由PLC控制单元14电信号得到重力传感器12的处理重力M1，由PLC控制单元14计算得到取样煤粉质量M=M1-M0，进一步计算得到煤粉管道1内的煤粉质量流量。

（3）通过所述控制机构控制压缩空气S3将称重完的煤粉颗粒回吹至原煤粉管道1，其过程为：取样罐9、10在驱动机构13的作用下向上移动到与旋风分离器7、8密封状态下，控制机构控制打开电动球阀24，关闭取样截止阀6，打开气源S3将取样罐9、10内称重完的煤粉颗粒送回到原煤粉管道1内。

具体的实施过程为：

初始状态：PLC控制单元14控制取样截止阀6关闭、电动球阀24关闭；控制驱动机构13向上移动，取样罐9、10与旋风分离器7、8处于吸合密封状态；控制气源S1、S3关闭，气源S2打开，压缩空气通过取样外管22往旋转取样头2的四个取样孔吹气防止煤粉进入取样管内堵塞管路。管道流速传感器15处于测量状态，测量管道内的流速分布，并由控制机构的PLC控制单元计算出管道内平均流速V。

当用户在控制结构的操作面板上选择开始取样操作，且管道内平均流速V大于0表示管道内有煤粉流过，则进入到第一次称重状态；

第一次称重状态：PLC控制单元14控制驱动机构13使得取样罐9、10与旋风分离器7、8处于分离断开状态；取样罐9、10与旋风分离器7、8完全分离稳定后，PLC控制单元通过称重传感器12测量得到第一取样罐9、第二取样罐10的总初始质量M0；得到初始质量M0后，PLC控制单元14控制驱动机构13使得取样罐9、10向上移动，与旋风分离器7、8回到初始的吸合密封状态；气源S2依然处于初始状态下的打开状态；

等速取样状态：PLC控制单元14控制电动球阀24打开，带其全开时，气源S1打开，负压调节器19处于一个初始开度50%，接着PLC控制单元14控制取样截止阀6打开，当取样截止阀6全部打开时，关闭气源S2，开始取样计时，同时旋转取样头2开始绕旋转轴线开始匀速转动。煤粉管道1内的旋转取样头2四个取样孔下的煤粉在抽气器18的吸力作用下，穿过取样外管22、取样速度传感器5、取样截止阀6；流经旋风分离器7、9时，在旋风作用下，煤粉颗粒被分离，落入煤粉取样罐9、10内，剩余的空气被抽气器18通过管道25吸走送回煤粉管道1内；在整个取样计时中，PLC控制单元通过管道流速传感器15和取样速度传感器5分别测量出煤粉管道内的流速V1和取样管路中的流速V2，通过改变负压调节器19的开度，使抽气器16实现不同的吸力，改变取样速度V2使其等于煤粉管道内流速V1。等速取样持续时间达到设定的取样时间后，关闭气源S1，关闭电动球阀24，关闭取样截止阀6，PLC控制单元14控制旋转取样头2回到初始位置，待取样截止阀6全关时，打开气源S2，压缩空气通过取样外管22往旋转取样头2的四个取样孔吹气防止煤粉进入取样管内堵塞管路，系统进入到称重计算状态；

称重计算状态：PLC控制单元14控制驱动机构13使得取样罐9、10与旋风分离器7、8处于分离断开状态；取样罐9、10与旋风分离器7、8完全分离稳定后，PLC控制单元通过称重传感器12测量得到第一取样罐9、第二取样罐10的总质量M1；得到初始质量M1后，PLC控制单元14控制驱动机构13使得取样罐9、10向上移动，与旋风分离器7、8回到初始的吸合密封状态，气源S2处于打开状态；同时PLC控制单元14通过计算输出本次测量的煤粉流量参数，系统进入到回吹状态；

回吹状态：PLC控制单元14控制电动球阀24打开，当电动球阀24全开时，控制气源S3打开，压缩空气经过旋风分离器7、9和取样罐9、10将称重完的煤粉依次通过管道25、电动球阀24、手动球阀23回吹到煤粉管道1内，待取样罐9、10内的煤粉全部吹扫干净后，PLC控制单元控制气源S3关闭，同时关闭电动球阀24，整个测量过程结束，回到初始状态，等待下个系统流程的启动。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的实施例方法、结构，及在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。