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摘 要：锅炉一次风速及煤粉管道的煤粉浓度的测量及标定对于火电厂的燃烧调整有着重要作用，目前对于煤粉输粉管道的风速及浓度标定工作由专业的试验机构通过人工检测得到，试验周期较长，试验工作环境较差，且得到的数据量相對较少。为解决测量试验过程中存在的这些问题，提出了一种新型测量装置，该装置能够较好的实现测量要求，同时能够记录试验过程中的数据，减少试验人员的操作，提高试验效率。
关键词：煤粉速度;煤粉浓度;测量装置
1 引言
现代火电机组中煤粉输粉管道的风速测量标定主要依据的是手动测量试验，实验员根据手动测量试验的结果，调整煤粉输粉管道的可调缩孔等调节设备。试验过程中，需要打开煤粉输粉管道的取样孔，由于管道内部是正压且输送煤粉，因此，试验时会有大量的煤粉喷出，输送的煤粉容易堵塞测量一次风速的皮托管，影响测量精度，测量时要反复吹扫皮托管，保证皮托管管道内部的通畅。
另外，煤粉浓度的测量采用等速取样方法，取样时间长，一般一根煤粉输粉管道的煤粉浓度测量需要10分钟左右，由于等速取样是由一个或多个取样点逐个进行取样，每个取样位置的停留时间保持一致，通过所取得的样品的煤量与风量求出煤粉管道的浓度。测量过程中要求煤粉输粉管道的风速和煤粉量要尽可能稳定，否则误差会增大。测量过程中也存在着严重的煤粉泄露。
2 测量装置设计
为解决现有技术中的不足，本文设计了一种煤粉输粉管道中风粉速度和煤粉浓度自动测量装置，该装置能够替代传统的手动测量试验，为电厂煤粉输粉管道的调平提供依据。
2.1测量装置功能设计
一种煤粉输粉管道中风粉速度和煤粉浓度自动测量装置包含两种主要功能，一是煤粉输粉管道中的风速测量;一种是煤粉输粉管道中的浓度测量。其中风速测量是利用差压原理实现，浓度测量利用静电感应原理实现。所得到的测量数据，均通过PLC写入日志，保存在测量主机箱中。
为避免测量过程中煤粉的溢出，采取了无尘连接的煤粉取样孔。在取样前将0.4MPa的压缩空气连接在无尘连接取样孔上，打开取样孔，此时，压缩空气可实现封堵作用，使得煤粉输粉管道中的煤粉不喷出。
为实现便携式的要求，该装置尽可能选择快速插头连接方式，方便实用。
2.2测量装置结构设计
煤粉输粉管道中风粉速度和煤粉浓度自动测量装置采用了总分的整体结构，即设置一台主机箱，设置若干分体测量机箱，其中分体测量机箱可根据磨煤机煤粉输粉管道的数量来确定。根据现场情况，一台主机箱能同时处理6个分体箱的测量数据。整体结构图如下图所示：
图1 测量装置的结构示意图
一台便携式主机其主机箱的外侧设有总开关，所述总开关用于在不打开箱体的条件下控制自动测量装置的运行;最多支持连接六组相互匹配的浓度测量单元和风速测量单元，对应的浓度测量单元与速度测量单元的编号设定为A、B、C、D、E、F;每组匹配的浓度测量单元和风速测量单元，均包括一个浓度测量单元和一个风速测量单元，用于测量同一根煤粉输粉管道的风粉速度和煤粉浓度。便携式主机、浓度测量单元和风速测量单元之间通过电源线、信号线或气源管连接，用于实现所述自动测量装置分析部件与测量部件的分离。
浓度测量单元包括浓度静电感应传感器、浓度信号分析设备和连接线缆;
所述浓度静电感应传感器和浓度信号分析设备，分别用于测量管路煤粉浓度的采集和分析，将煤粉浓度转变成电信号并通过连接线缆传送至便携式主机的控制器，控制器接收并存储煤粉浓度信息。
2.3主要设计要求
主机箱设计要求：
1.主机箱子满足IP65防护等级要求;
2.主机箱子内部器材应固定牢固可靠，重要仪器应设有相应减震措施，防止设备在搬运图中损坏;
3.主机箱子内部各气源连接应满足不漏气要求，防止因气源泄露导致的测量误差增大以及损伤设备;
4.风速采用皮托管测量，为防止皮托管堵塞，实现连续测量功能，主机需提供自动反吹扫功能，以保证满足测量要求;
5.主机箱应具备一键启动功能，接通电源开关可启动自动测量程序;
6.主机箱应设有气源手动关断阀;
7.主机箱中气源入口应有过滤减压装置。
浓度测量传感器设计要求：
1.浓度测量的信号能够应用4-20mA电流送给PLC控制器;
2.浓度测量信号传送的值应为所测量的浓度终值;
3.浓度测量传感器能够实现连续测量。
皮托管设计要求
1.采用标准的防堵型皮托管;
2.皮托管长度应大于1米，以满足各机组的一次风测量的需要;
3.皮托管应当能够耐受150℃以上的高温;
4.皮托管应安装固定支架，该支架可滑动，通过滑动可调整皮托管的长度，以满足不同煤粉输粉管道的要求。
3 测量方法
3.1测量装置的风速测量的流程
首先确定主机控制器程序处于非吹扫状态，关闭所有电磁阀，皮托管将压力信号传送给差压变送器，差压变送器将压力信号转换成电信号传送给控制器，控制器中风速测量程序根据伯努利方程计算出煤粉输粉管道的风速;同时执行存储程序保存测量记录，风速测量程序如果没有终止则继续执行风速测量，否则结束测量。
3.2吹扫流程
为防止运行中一次风风速测量原件被煤粉堵塞，在此系统中配置了PLC自动吹扫系统。PLC采用倍福系列产品，在系统中主要是控制电磁阀的定时吹扫。电磁阀可选用德国宝德产品，每路测量系统由两组常开电磁阀组成，由PLC控制开闭完成吹扫过程。保证测速管不积灰，稳定工作。考虑到电磁阀的漏气对于测量的干扰，在压缩空气的气源处增加了总电磁阀，当不需要吹扫时，此阀门处于关闭状态，切断各支气管路的无压缩空气。吹扫是按顺序进行的，吹扫程序如下：
首先打开压缩空气总阀，即压缩空气开关阀和压缩空气总电磁阀都需要打开，4秒后（时间可调），打开压缩空气过滤减压阀，压缩空气对管路和皮托管进行吹扫，吹扫10秒后（时间可调）关闭该阀，再过4秒（时间可调）进行下一路吹扫，直到最后一组吹扫结束，关闭压缩空气总阀，这时一个完整的吹扫过程结束，间隔1小时后（时间可调）再重复吹扫。其中，吹扫时间以及间隔时间可根据现场情况进行设定。
4 操作步骤及说明
1.首先将测量装置的主机箱接入电源及压缩空气，电源要求为交流电220V，气源要求为电厂仪用气，气源压力为0.4～0.6MPa;
2.测量装置的主机箱与测量机箱连接好气源管及电线，并将皮托管与测量机箱连接好;
3.打开测量装置的主机箱，调至为手动操作模式，对所连接的各皮托管依次进行反吹扫;
4.将皮托管通过连接法兰固定在煤粉输粉管道的取样孔上（注意：此时煤粉输粉管道中有煤粉，如有无尘连接器，可通过压缩空气进行气封）;
5.在主机箱中开启自动测量程序开始速度测量并记录数据;
6.速度测量程序结束后，开始煤粉浓度测量程序;
7.将煤粉浓度传感器通过连接法兰固定在煤粉输粉管道的取样孔上，注意：此时煤粉输粉管道中有煤粉，如有无尘连接器，可通过压缩空气进行气封）;
8.在主机箱中开启自动测量程序开始煤粉浓度测量并记录数据;
9.测量程序结束，拆卸安装的测点并整理装置。
5 结论
1.设计了一套能够实现煤粉输粉管道速度、浓度自动测量的装置，该装置具有便携应用的特点;
2.装置应用差压原理测量煤粉输粉管道的速度，采用压缩空气反吹扫皮托管，有效解决了皮托管堵塞的问题，，保证测量的准确性;
3.装置设有煤粉输粉管道浓度测量功能;
4.装置可记录测量过程中的试验数据，以备查用。
关键词：煤粉速度;煤粉浓度;测量装置
1 引言
现代火电机组中煤粉输粉管道的风速测量标定主要依据的是手动测量试验，实验员根据手动测量试验的结果，调整煤粉输粉管道的可调缩孔等调节设备。试验过程中，需要打开煤粉输粉管道的取样孔，由于管道内部是正压且输送煤粉，因此，试验时会有大量的煤粉喷出，输送的煤粉容易堵塞测量一次风速的皮托管，影响测量精度，测量时要反复吹扫皮托管，保证皮托管管道内部的通畅。
另外，煤粉浓度的测量采用等速取样方法，取样时间长，一般一根煤粉输粉管道的煤粉浓度测量需要10分钟左右，由于等速取样是由一个或多个取样点逐个进行取样，每个取样位置的停留时间保持一致，通过所取得的样品的煤量与风量求出煤粉管道的浓度。测量过程中要求煤粉输粉管道的风速和煤粉量要尽可能稳定，否则误差会增大。测量过程中也存在着严重的煤粉泄露。
2 测量装置设计
为解决现有技术中的不足，本文设计了一种煤粉输粉管道中风粉速度和煤粉浓度自动测量装置，该装置能够替代传统的手动测量试验，为电厂煤粉输粉管道的调平提供依据。
2.1测量装置功能设计
一种煤粉输粉管道中风粉速度和煤粉浓度自动测量装置包含两种主要功能，一是煤粉输粉管道中的风速测量;一种是煤粉输粉管道中的浓度测量。其中风速测量是利用差压原理实现，浓度测量利用静电感应原理实现。所得到的测量数据，均通过PLC写入日志，保存在测量主机箱中。
为避免测量过程中煤粉的溢出，采取了无尘连接的煤粉取样孔。在取样前将0.4MPa的压缩空气连接在无尘连接取样孔上，打开取样孔，此时，压缩空气可实现封堵作用，使得煤粉输粉管道中的煤粉不喷出。
为实现便携式的要求，该装置尽可能选择快速插头连接方式，方便实用。
2.2测量装置结构设计
煤粉输粉管道中风粉速度和煤粉浓度自动测量装置采用了总分的整体结构，即设置一台主机箱，设置若干分体测量机箱，其中分体测量机箱可根据磨煤机煤粉输粉管道的数量来确定。根据现场情况，一台主机箱能同时处理6个分体箱的测量数据。整体结构图如下图所示：
图1 测量装置的结构示意图
一台便携式主机其主机箱的外侧设有总开关，所述总开关用于在不打开箱体的条件下控制自动测量装置的运行;最多支持连接六组相互匹配的浓度测量单元和风速测量单元，对应的浓度测量单元与速度测量单元的编号设定为A、B、C、D、E、F;每组匹配的浓度测量单元和风速测量单元，均包括一个浓度测量单元和一个风速测量单元，用于测量同一根煤粉输粉管道的风粉速度和煤粉浓度。便携式主机、浓度测量单元和风速测量单元之间通过电源线、信号线或气源管连接，用于实现所述自动测量装置分析部件与测量部件的分离。
浓度测量单元包括浓度静电感应传感器、浓度信号分析设备和连接线缆;
所述浓度静电感应传感器和浓度信号分析设备，分别用于测量管路煤粉浓度的采集和分析，将煤粉浓度转变成电信号并通过连接线缆传送至便携式主机的控制器，控制器接收并存储煤粉浓度信息。
2.3主要设计要求
主机箱设计要求：
1.主机箱子满足IP65防护等级要求;
2.主机箱子内部器材应固定牢固可靠，重要仪器应设有相应减震措施，防止设备在搬运图中损坏;
3.主机箱子内部各气源连接应满足不漏气要求，防止因气源泄露导致的测量误差增大以及损伤设备;
4.风速采用皮托管测量，为防止皮托管堵塞，实现连续测量功能，主机需提供自动反吹扫功能，以保证满足测量要求;
5.主机箱应具备一键启动功能，接通电源开关可启动自动测量程序;
6.主机箱应设有气源手动关断阀;
7.主机箱中气源入口应有过滤减压装置。
浓度测量传感器设计要求：
1.浓度测量的信号能够应用4-20mA电流送给PLC控制器;
2.浓度测量信号传送的值应为所测量的浓度终值;
3.浓度测量传感器能够实现连续测量。
皮托管设计要求
1.采用标准的防堵型皮托管;
2.皮托管长度应大于1米，以满足各机组的一次风测量的需要;
3.皮托管应当能够耐受150℃以上的高温;
4.皮托管应安装固定支架，该支架可滑动，通过滑动可调整皮托管的长度，以满足不同煤粉输粉管道的要求。
3 测量方法
3.1测量装置的风速测量的流程
首先确定主机控制器程序处于非吹扫状态，关闭所有电磁阀，皮托管将压力信号传送给差压变送器，差压变送器将压力信号转换成电信号传送给控制器，控制器中风速测量程序根据伯努利方程计算出煤粉输粉管道的风速;同时执行存储程序保存测量记录，风速测量程序如果没有终止则继续执行风速测量，否则结束测量。
3.2吹扫流程
为防止运行中一次风风速测量原件被煤粉堵塞，在此系统中配置了PLC自动吹扫系统。PLC采用倍福系列产品，在系统中主要是控制电磁阀的定时吹扫。电磁阀可选用德国宝德产品，每路测量系统由两组常开电磁阀组成，由PLC控制开闭完成吹扫过程。保证测速管不积灰，稳定工作。考虑到电磁阀的漏气对于测量的干扰，在压缩空气的气源处增加了总电磁阀，当不需要吹扫时，此阀门处于关闭状态，切断各支气管路的无压缩空气。吹扫是按顺序进行的，吹扫程序如下：
首先打开压缩空气总阀，即压缩空气开关阀和压缩空气总电磁阀都需要打开，4秒后（时间可调），打开压缩空气过滤减压阀，压缩空气对管路和皮托管进行吹扫，吹扫10秒后（时间可调）关闭该阀，再过4秒（时间可调）进行下一路吹扫，直到最后一组吹扫结束，关闭压缩空气总阀，这时一个完整的吹扫过程结束，间隔1小时后（时间可调）再重复吹扫。其中，吹扫时间以及间隔时间可根据现场情况进行设定。
4 操作步骤及说明
1.首先将测量装置的主机箱接入电源及压缩空气，电源要求为交流电220V，气源要求为电厂仪用气，气源压力为0.4～0.6MPa;
2.测量装置的主机箱与测量机箱连接好气源管及电线，并将皮托管与测量机箱连接好;
3.打开测量装置的主机箱，调至为手动操作模式，对所连接的各皮托管依次进行反吹扫;
4.将皮托管通过连接法兰固定在煤粉输粉管道的取样孔上（注意：此时煤粉输粉管道中有煤粉，如有无尘连接器，可通过压缩空气进行气封）;
5.在主机箱中开启自动测量程序开始速度测量并记录数据;
6.速度测量程序结束后，开始煤粉浓度测量程序;
7.将煤粉浓度传感器通过连接法兰固定在煤粉输粉管道的取样孔上，注意：此时煤粉输粉管道中有煤粉，如有无尘连接器，可通过压缩空气进行气封）;
8.在主机箱中开启自动测量程序开始煤粉浓度测量并记录数据;
9.测量程序结束，拆卸安装的测点并整理装置。
5 结论
1.设计了一套能够实现煤粉输粉管道速度、浓度自动测量的装置，该装置具有便携应用的特点;
2.装置应用差压原理测量煤粉输粉管道的速度，采用压缩空气反吹扫皮托管，有效解决了皮托管堵塞的问题，，保证测量的准确性;
3.装置设有煤粉输粉管道浓度测量功能;
4.装置可记录测量过程中的试验数据，以备查用。