便携式颗粒等速取样器的研制.doc

便携式颗粒等速取样器的研制摘要：本文在动压平衡型等速采样管原理基础上，采用不会被粉尘堵塞的大口径靠背管测量流场动压计算流速，用流量计控制采样管流速与流场速度相等。动压的测量采用了差压变送器和计算机数据采集系统，流速和流量的测量采用计算机计算和显示，采样流量的控制采用手动调节，实现了半自动化取样采集，升级了传统设备系统，简化了操作。关键词：等速 取样 颗粒 研制0. 前言气固两相流体中颗粒含量的测量在很多领域中有应用，目前，电站锅炉直吹式制粉系统中一次风管道中的煤粉浓度测量是一直未解决的问题；我国电厂的飞灰含碳量的取样方法也基本上采用撞击式飞灰取样器取样分析，由于方法欠科学，很难取得真实的并且符合飞灰实际成份的样品，这样就给飞灰含碳量的准确测量带来困难。针对这些问题，我们研制开发了一种便携式飞灰等速取样器，用来进行气固两相流体中颗粒含量的准确取样和测量，可用于电厂锅炉尾部烟气飞灰的等速准确取样，使飞灰含碳量得以准确的检测，为锅炉热效率的科学计算提供可靠依据；也可用于电站锅炉直吹式制粉系统中一次风管道中的煤粉浓度测量，为锅炉运行提供可靠依据；或用于科学研究中对流化床稀相区颗粒的取样和测量。1. 原理及系统组成在气固两相流场中，迎着气流方向放置取样管，在采样的过等速采样管的一端与抽气泵相连，利用抽气泵使采样管内的气体流动速度等于其所测流场中当地局部的平均气流速度。这样做的目的是减少对流场的干扰，提高测量精度。 等速取样器的关键在于“等速”，即如何控制采样管内的气体流动速度等于其所测流场中当地局部的平均气流速度。通常有以下几种方法：（1）预测流速法：即预测流场速度，控制采样管内的气体流动速度等于该速度。但当发生工况变化或生产工艺上的状况变化，使得烟气温度、流速、流量发生较大变化时，等速采样的精度就要受到影响。 （2）静压平衡型：静压平衡型等速取样管由采样管人口配置的专门采样嘴(在嘴内外壁上分别开有测量静压的条缝)，调节采样流量使采样嘴内、外条缝处静压相等，达到等速采样条件，采样孔插入流场中，使采样嘴置于测点上，正对气流，抽取一定量的气体。根据采样管滤筒上所捕集到的颗粒物量和同时抽取的气体量，计算出其中的粉尘含量。当被测烟道湿度大、烟尘浓度高时，静压孔容易被粘堵，影响等速采样。 （3）动压平衡型：采样的同时实时测量流场中的动压和采样管内气流动压，调节控制采样管内外动压相等（即速度相等），达到等速取样的目的。 比较以上几种原理可以看出，动压平衡型从原理上最可靠，但结构也最复杂。它需要测管内外动压，并进行比较平衡，调整操作难度大。本文在动压平衡型等速采样管原理基础上，采用不会被粉尘堵塞的大口径靠背管测量流场动压，算出流速，用流量计控制采样管流速与流场速度相等，简化了操作。动压的测量采用了差压变送器和计算机数据采集系统，流速和流量的测量采用计算机计算和显示，采样流量的控制采用手动调节，实现了半自动化取样采集。烟道12345678910图1 便携式颗粒等速取样器系统连接1.取样枪；2.靠背管；3.取样口；4.滤筒；5.差压变送器；6.数据采集模块；7.流量计；8.球阀；9.真空泵；10.计算机；11.热电偶11便携式颗粒等速取样器系统连接如图1所示，整个系统又取样枪、数据采集系统、抽气系统组成。取样枪主要由靠背管、取样管、热电偶、滤筒等几部分组成；数据采集系统由差压变送器、数据采集模块和计算机组成；抽气系统由流量计、球阀、真空泵组成。2 几个关键技术问题的处理2.1 靠背管的标定 因为颗粒取样器工作在粉尘环境中，为了防止颗粒堵塞毕托管的压力测孔，采用了自制非标准靠背管测量气体流速。动压法测流速公式为： m/s （1）其中，流速，m/s；动压管系数；靠背管测量的动压，Pa； 流体密度，kg/m3； 动压管系数K对于标准毕托管为1，非标准管需标定。自制靠背管为非标准毕托管，所以需要标定才能使用。经标定，K=0.83。2.2 半自动采集过程的实现为了尽量减化人工操作，采用了计算机采集动压数据并自动计算流场流速，并及时显示应控制的流量值，操作人员可根据计算机显示的流量值调节流量控制阀，使流量计显示与计算机计算的值相符合。这样减少了手动计算取样流量的过程，实现了采集过程的半自动化，这也是本系统的创新点之一。当然配上电控阀门也可实现全自动采样过程，但考虑到全自动控制的系统过于复杂，本次开发仅实现了半自动采样。程序设计中主要用到了以下几个计算公式：（1）动压法测流速公式为：各符号含义见式（1）。（2）等速采样流量公式： L/min (2) 式中采样管嘴直径，m；标准状态下烟气密度，kg/m3；标准状态下烟气温度，；实际测量时烟气温度，。2.3 数据采集和处理系统的程序编制采用VB编制了数据采集和处理程序，实现了数据的计算机采集、记录、采样流量计算、数据显示，是实现半自动化采集的关键所在。3. 操作方法（1）将取样枪按图1连接好系统；（2）启动计算机数据采集系统；（3）取样枪插入烟道内，使取样口正对气流方向；（4）计算机实时算出等速采样流量；（5）启动真空泵，调整流量计阀门，随时使流量计显示值与计算机计算值相等；（6）计时采样；（7）停真空泵，取出取样枪中滤筒中的颗粒样品称重或进行其它化验处理。4结束语实际使用表明，该等速取样装置取样准确，操作比较方便，为气固两相流动中颗粒的准确取样提供了一个实用的装置。该仪器的特点是：（1） 采用动压差测量烟气流速，原理准确可靠；（2） 计算机数据采集系统的加入，实现半自动化采样，简化了繁琐的操作；（3） 配以多种口径的可更换采样头，适合大范围流速和浓度的场合。参考文献1. 方彦军，等火电厂锅炉一次风风速及给粉浓度在线监测系统