直吹式制粉系統煤粉取樣準確性因素分析摘要：介紹了煤粉細度及測量煤粉細度意義，分析了影響直吹式制粉系統煤粉取樣準確性的主要因素，為各火電廠直吹式制粉系統選擇煤粉取樣裝置提供了一定的參考依據。關鍵詞：煤粉細度直吹式笛形管等速取樣差壓計1前言煤粉細度是煤粉的品質之一，它是指煤粉的粗細程度。工程上通常用專用的篩子對煤粉進行篩分，留在篩上面的粗粉重量占篩分前煤粉總重量的百分比即為煤粉細度。火電廠專用篩子的孔邊長有90微米和200微米兩種，篩分煤粉所得細度分別用R90、R200表示。R90值越大，說明煤粉越粗，反之越細。煤粉細度是鍋爐燃燒調整的重要參數，對鍋爐燃燒有重要的影響。煤粉越細，煤粉燃燒越完全，未燃盡碳熱損失q4越小，鍋爐效率高，但制粉電耗(一次風機、磨煤機及給煤機電耗)、金屬消耗會增加，另外還會使煤粉著火提前，爐膛火焰中心降低，有可能燒壞燃燒器噴口；反之相反。因此對于一定的煤種和鍋爐設備，入爐煤粉的細度要控制在一個合適的范圍內，既保證了煤粉燃燒完全，又保證了制粉電耗及金屬消耗要小。因此對于煤粉爐來說就需要經常性地、準確地測量煤粉細度，從而才能夠做到有目的、有計劃地調整鍋爐燃燒，實現鍋爐的最佳運行方式，達到節能之目的。直吹式制粉系統由于沒有煤粉倉，因此為了確定煤粉細度只能從一次風管中取得煤粉試樣進行測定，那么如何從一次風管中獲得具有代表性的煤粉試樣將成為關鍵。我們只有找到了影響直吹式制粉系統煤粉取樣準確性的主要因素，才能在實踐中對癥下藥、有的放矢地采取措施，以保證煤粉取樣的準確性，為判斷鍋爐的燃燒及熱力計算提供準確無誤的信息。影響直吹式制粉系統煤粉取樣準確性的因素主要有：取樣裝置的類型、取樣時的非等速取樣、取樣器的現場安裝位置等。下面著重給予分析。2一次風管內氣粉混合物流動狀態分析研究表明，氣固兩相流在一次風管中流動的雷諾數達到105及以上時(經計算一次風管內兩相流的雷諾數均大于105)，管道中煤粉顆粒的分布可以認為是以一次風管中心為對稱分布的多個同心圓，如圖1所示。因此可以從管道直徑方向上對稱分布的若干采樣點進行多點取樣，例如在全直徑上或半徑上取樣，如圖2、圖3所示。這樣采集的樣品就代表了整個一次風管內煤粉的整體特性。圖1管道中煤粉顆粒的分布圖2全直徑上取煤粉圖3半徑上取煤粉3取樣時非等速取樣對煤粉取樣準確性的影響3.1等速取樣分析等速取樣就是在取樣時保證取樣管內(稱內壓)、管外(稱外壓)壓力相等，此時取樣管內工質速度與粉管內工質速度相等。在實際取樣時通過調整取樣器進氣量的大小，輔以觀察差壓計的示值是否為零來實現。為什么取樣時必須要保證內、外壓力相等---等速取樣呢？圖4等速取樣w0=wx圖4所示為等速取樣(w0=wx)。由能量方程式：w02ρ/2+p0=wx2ρ/2+px式中：wx、w0---取樣管、粉管內工質速度，m/s；px、p0---取樣管、粉管內壓力，Pa；得知差壓計為零時，px=p0，此時wx=w0，即取樣管、粉管內工質流動速度相等。此時所取煤粉試樣完全具有代表性，這是因為等速取樣的實質是取樣管內工質流動的狀況和粉管內工質流動狀況完全相同。3.2非等速取樣分析圖5(a)(b)表示非等速取樣wx＞w0、wx＜w0由圖5(a)知，wx＞w0、px＜p0，取樣管速度大于一次風管速度，取樣管壓力小于一次風管壓力，則會在取樣管嘴處造成煤粉氣流的收縮現象，此時邊緣流束中夾有的一部分粗煤粉圖5非等速取樣wx≠w0會因慣性力的作用而脫離正在改變流向的收縮氣流，因而導致煤粉樣品中細粒組分的增加，這樣所取試樣比實際煤粉細。同樣道理，如果wx＜w0、px＞p0，取樣管速度低于一次風管速度，取樣管壓力大于一次風管壓力，取樣管嘴處會出現煤粉氣流向四周擴張的現象，如圖5(b)所示，此時改變流向脫離管嘴的流束中，會有部分粗煤粉受慣性力的作用沖入取樣管嘴，因而增加了樣品中的粗粒組分，所取試樣比實際煤粉粗。圖5(c)表示取樣管口未正對煤粉氣流，此時即使保持等速，也可能有粗煤粉顆粒受慣性力的作用從管嘴邊緣滑過而造成誤差。4取樣裝置類型對煤粉取樣準確性的影響直吹式制粉系統煤粉取樣裝置可分為以下幾類。4.1按照取樣裝置是否固定在粉管上分類分為移動式和固定式兩種。移動式不直接固定安裝在粉管上，每測一根一次風管需要移動壓縮空氣和取樣器等設備，比較麻煩也容易損壞儀器。而固定式取樣器直接安裝在一次風管上，由一套推進裝置完成取樣管的進退，要取哪個磨的煤粉，直接操作固定式等速煤粉取樣器即可，比較方便，而且儀器也不容易損壞，使用壽命長。4.2按照取樣口個數分類分為單孔取樣和笛形管多孔取樣。單孔取樣是老式取樣器，笛形管多孔取樣是新式取樣器。從一次風管內氣粉混合物流動狀態分析結果可看出，多孔取樣比單孔取樣更加準確，因為它采樣點多，更具有代表性。4.3按照取樣器上安裝的表計分類一是什么表計也沒有，僅僅依靠一次風正壓的作用慣性的將煤粉撞擊在粉罐內，這種取樣器最不準確，所取樣品肯定比實際的煤粉粗。二是裝壓力表的不能真正實現等速取樣的煤粉取樣器。這是因為壓力表只有一個進氣接口，它不能同時接取樣管內壓力(內壓)、粉管壓力(外壓)，它只能代表進空氣的壓力，無法做到等速取樣，更不能適應鍋爐變工況。三是裝有差壓計的能真正實現等速取樣的煤粉取樣器。因為它有兩個接口，一個接內壓，一個接外壓。取樣時只要通過調節取樣器進氣量的多少使差壓計示值為零，就可方便實現等速取樣，同時適應鍋爐變工況，因為鍋爐工況變化時一次風管內工質流動速度有所變化。4.4按照取樣管的彎曲程度分類分為平頭式和彎頭式，取樣管是直的稱平頭式，彎的稱彎頭式。目前電廠主要用平頭式。5取樣裝置安裝位置對煤粉取樣準確性的影響任何準確的取樣器，如果安裝位置不當也會影響煤粉取樣準確性。取樣位置的選擇是一個要綜合考慮取樣準確性的要求、現場粉管安裝情況、操作人員取樣的方便性等幾個因素后所確定的。對有些粉管直管段很短的管道要確定取樣器安裝位置確實是一件很難的事情。總的原則是：首先要保證取樣的準確性，其次才考慮取樣的方便性。準確性方面的要求：DL/T942-2005直吹式制粉系統煤粉取樣方法中規定，取樣位置要選擇在距上游局部阻力件5倍粉管直徑以上，可有時在現場很難做到。因為300MW、600MW機組的一次風管直徑大約在0.42-0.65m之間，按此要求取樣位置要選擇在粉管直管段的3m以上，這樣就給實際取樣人員帶來了極大的不便，同時現場有些粉管直管段很短，也沒有那么長。鑒于此種情況，在現場實際安裝時，取樣位置首先要選擇在直管段上，距上游阻力件3-5倍粉管直徑左右，下游阻力件2-3倍粉管直徑左右，并且要盡量避開彎頭。如果實在避不開彎頭，也要安裝在距彎頭較遠且在管道彎曲的外側，同時要進行修正。有條件的話在兩個“正交”的直徑方向上安裝2臺取樣裝置下面用實例來說明。XXXX電廠#1鍋爐設有四臺磨，每臺磨有六根粉管，純前墻布置燃器，從下往上依次是A、B、C、D。煤粉取樣裝置安裝的是笛形管式等速煤粉取樣器。C、D磨出口粉管直管段較長，容易安裝，而A、B磨出口粉管直管段很短，尤其是A磨不足3m。初次安裝時，由于重點考慮了取樣操作的方便性，忽視了取樣的準確性，致使A、B磨取樣結果R90之值出現了不可信的結果。后來重新安裝取樣裝置后再取樣，結果R90就變得可信了。詳見表1。表1A、B磨出口粉管取樣位置變更前后R90結果對比(分離器開度未變化)安裝次數粉管取樣位置R90(%)R200(%)第一次安裝A1距上游彎頭0.8m0.880.11B6距上游彎頭0.8m3.010.24第二次安裝A1距上游彎頭1.8m27.123.50B6距上游彎頭3.7m19.401.736結論煤粉細度是鍋爐燃燒調整的重要參數，對鍋爐燃燒的安全性和經濟性有著重要的影響。對于直吹式制粉系統如何才能獲得具有代表性的煤粉樣品呢？首先要選擇具有差壓計的煤粉取樣器，因為只有具有差壓計的煤粉取樣器才能真正做到等速取樣；在此基礎上盡量選擇新型的笛形管