锅炉直吹式煤粉取样器产品改造说明 

      直吹式煤粉取样器产品改造说明。针对宁夏电厂煤粉取样器取样不准确，煤粉细度与实际偏差大，取样时间长、取样密封管密封不严，污染环境等问题，通过分析论证，提出了将原撞击式煤粉取样器换成笛形管式等速煤粉取样装置的技术改造方案。应用结果表明：改造方案缩短了煤粉取样时间，解决了煤粉取样不准确，取样时易出现喷粉的问题，保证了磨煤机煤粉细度在规定范围内，减少了磨煤机单耗及锅炉受热面磨损，为运行人员调整锅炉燃烧提供了准确依据。
     电厂为2台660MW燃煤汽轮发电空冷机组，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈加垂直管直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型、室内布置燃煤锅炉，锅炉采用紧身封闭。锅炉型号：HG-2210/25.4-YM16，设计煤和校核煤由宁夏灵武矿区、鸳鸯湖矿区、马莲台矿区和红岩湾矿区供给，4只低NOX墙式直流燃烧器采用四面墙布置、切圆燃烧，6台ZGM113G-II中速磨煤机配正压直吹制粉系统。
     煤粉细度是指煤粉的粗细程度，它是煤粉的品质之一。火力发电厂通常用用的筛子对煤粉进行筛分，留在筛上面的粗粉重量占筛分前煤粉总重量的百分比即为煤粉细度。火电厂用筛子的孔边长通常有90μm和200μm2种，筛分煤粉所得细度分别用R90、R200表示。R90值越大，说明煤粉越粗，反之越细。例如取25g煤粉，用边长为90μm的筛子按照规定进行筛分，筛分结束后对其称重：筛上未通过粗粉5g，筛下通过细粉20g，则煤粉细度R90=5/25×100%=20%。
     煤粉细度是锅炉燃烧调整的重要参数，对锅炉燃烧有重要的影响，煤粉越细，煤粉燃烧越完全，未燃尽碳热损失q4越小，锅炉效率越高，但制粉电耗（一次风机、磨煤机及给煤机电耗）、金属消耗会增加；另外还会使煤粉着火提前，炉膛火焰中心降低，有可能烧坏燃烧器喷口。反之相反。同时，煤粉中较粗颗粒极易从气流中分离出来与水冷壁产生冲撞，由于较大颗粒煤粉在到达水冷壁以前冷却并不容易，粗煤粉燃烧需要较长时间，因而它们往往在贴壁处形成还原性气氛，使灰熔点降低，受热面形成结渣、结焦。因此，对于一定的煤种和锅炉设备，入炉煤粉的细度要控制在一个合适的范围内。煤粉细度检测准确，既能保证煤粉燃烧完全，又能保证制粉系统经济运行。对于煤粉炉来说，需要经常性地、准确地测量煤粉细度，才能够做到有目的、有计划地调整锅炉燃烧，实现锅炉的佳运行方式，达到节能之目的。
     电厂直吹式制粉系统由于没有煤粉仓，煤粉细度只能从一次风管中取得煤粉试样进行测定，因此从一次风管中获得准确、具有代表性的煤粉试样就成为关键，投产以来电厂煤粉取样装置一直存在诸多问题，影响生产正常进行。
     （1）煤粉取样器橡胶密封圈密封不严，造成取样时漏粉，取样操作过程中取样枪频繁卡涩，漏粉造成环境污染，高温一次风粉冒粉影响取样人员的人身安全。
     （2）原简易取样枪不能多点等速取样，煤粉取样代表性差，煤粉检测数据波动性大，不能准确指导磨煤机煤粉细度的调节，引起锅炉尾部烟道磨损加剧、燃尽风区域出现结渣现象、制粉系统单耗升高。
     （3）取样过程中乏气排入空气，造成环境污染。
1问题分析
1.1橡胶密封圈老化，取样时“冒粉”及容易卡住取样管
     图1为电厂原橡胶密封管座图。图1中从左至右各部件依次为：橡胶密封取样管座装，解体后的橡胶密封取样管座底座，橡胶密封圈和压盖。密封的原理是利用橡胶密封圈与取样管密切接触来密封煤粉不向外漏，但由于一次风温比较高，橡胶密封圈受热时间一长就会老化，密封效果变差，取样时向外“冒粉”；另一方面橡胶密封圈经常卡住取样管，使它进退困难，无法进行正常取样。
1.2煤粉取样器无法实现等速取样，取样不准确
     按照有关节能技术监督、化学技术监督和磨煤机煤粉取样等相关技术规范要求，正压直吹式磨煤机煤粉取样器必须执行规定。中3.1.1节规定：取样枪4个取样头位置分别从管道横截面上划分的相等面积中取样（即多点取样），用相同时间进行各个位置点的取样。3.2.3节规定：取样是在煤粉气流进入取样枪时开始的，取样头的抽吸速度与煤粉管道里的气流速度之比应控制在1.1±0.1范围内（即等速取样）。按照此要求，煤粉取样器必须要具有差压计，等速取样，多点取样。
     公司采用的是简易煤粉取样器，此煤粉取样器按规范要求，主要有以下问题：
     ①简易煤粉取样器的左端头处只有一个φ8的取样孔，当取样枪插入一次风管后，正压的一次风就会通过φ8的取样孔进入取样管，依靠惯性、撞击作用将煤粉存储到粉罐中，无法进行等速、多点取样，检测结果不能代表整个煤粉管道截面煤粉细度状况。
     ②简易煤粉取样器取样时，含少量煤粉的乏气不能回到煤粉管内，只能通过分离器上面排空管直接排放到环境中，造成环境污染。
2煤粉取样器改造方案
2.1煤粉取样器改造方案的确定
     简易煤粉取样器和橡胶密封管座存在煤粉细度与实际偏差大，取样时间长、取样时易出现喷粉，污染环境等问题，目前国内电厂普遍采用新型压缩空气密封阀和先进的等速取样枪解决这一难题。但自动等速取样装置费用高，同时故障率较高。在进行了充分调研、论证后，该厂决定——移动笛形管式等速煤粉取样器和无尘密封管座组成的煤粉取样装置。此装置既能充分满足“等速取样”“多点取样”的要求，又能保证取样时不漏粉，对环境无污染；能给运行人员提供准确的煤粉细度信息，准确指导锅炉燃烧调整，可提高锅炉热效率，减轻锅炉磨损、结焦。
2.2改造方案
2.2.1在一次粉管上安装无尘密封管座及压缩空气管路系统
     图2为无尘密封管座。从图2可知：无尘密封管座由压缩空气接入端口、密封阀体和端盖组成。其工作原理是：当通入压缩空气后，就会在密封管座楔形环状通道形成流向一次风管内的高速气流，从而密封住“向外”喷出的煤粉气流，保证了取样时不向外“冒粉”。
图2无尘密封管座
     电厂在每个一次粉管上都安装了无尘密封管座及压缩空气密封系统，如图3所示。从图3可知：由无尘密封管座组成的取样空气密封系统，不但能保证每个粉管都能取样，而且设计新颖、布局合理、美观大方，实用性强。取样时，只要打开其密封空气阀，然后插入煤粉取样器进行取样，取样结束后取出煤粉取样器并上好密封阀端盖，然后关闭密封空气即可，整个取样过程不存在漏粉
现象。
压缩空气管路空气阀无尘密封管座
图3无尘密封管座及压缩空气管路系统
     从图4可知：取样过程实现了等速煤粉取样、无尘取样、操作简单并保证了取样的准确性，而且改善了工作环境，提高了劳动效率。
图4取样现场
2.2.2移动笛形管式等速煤粉取样器
     移动笛形管式等速煤粉取样器如图5所示。它由差压计、煤粉罐、笛形取样管、压缩空气接入管、乏气（经过分离器分离后的空气）回流管路及反吹管路等几部分组成。可实现多孔取样、等速取样、使用后反吹及乏气回流到一次风管等功能，完全满足要求。
图5移动笛形管式等速煤粉取样器

图6为移动笛形管式等速煤粉取样器局部放大图。
     从图6可清楚看出：此种煤粉取样器具有差压计，在煤粉取样时只要调整进入煤粉取样器空气量的大小，使差压计的示值为零，就能方便实现等速取样，从而保证了煤粉取样的准确性和代表性。
图6具有差压计的煤粉取样器局部
图7是笛形取样管局部放大图。
     由图7清楚的可看出，在取样管上有6个取样孔，比原简易煤粉取样器单孔取样代表性要好。图7笛形取样管
2.2.3移动笛形管式等速煤粉取样器工作原理
     移动笛形管式等速煤粉取样器
依据抽气器原理工作，即通入压缩空气后，在抽气器的喷嘴部位产生一定的负压，将一次风管中的风粉混合物通过笛形取样管抽出，再经过旋风式分离器将煤粉分离出来，储存在煤粉罐中，乏气通过乏气回流管送回一次风管。
2.2.4移动笛形管式等速煤粉取样器的功能
     （1）等速取样。煤粉取样器取样时抽出的只是一次风管中的一小股气流，但这一小股气流的速度与一次风管内整个气流的速度是相等的，此时差压计示值应为“零”，即为等速取样。移动笛形管式等速煤粉取样器取样时，通过调节差压计的示值为“零”，使取样管的空气流速与一次风管一致，便可实现等速取样，可确保取样的准确性，为锅炉的燃烧调整提供准确的煤粉细度信息。
     （2）多孔取样。由图7可知，煤粉取样时，只要将取样枪管直接插入一次风管，就可实现在直径方向的6个孔取样。与以前单孔取样时要分别停留在多个不同位置取样相比，不但增加了取样的代表性，而且使取样更加方便。
     （3）无尘取样。由图2可知，由于采用了新型的无尘密封管座，从而保证了在取样时不向外冒粉。
     （4）设置了反吹阀，每次取样后可实现煤粉取样器反吹，以保证每次取样的准确性。
     （5）无尘密封管座采用压缩空气密封，密封管座通孔直径比取样管直径大，所以不存在卡涩取样管现象。
2.2.5操作方法
     （1）全开密封阀上空气阀，打开密封风空气总阀，打开密封阀端盖，调小密封风至不漏煤粉为止。
     （2）将煤粉取样器全部插入一次风管内，打开差压计内外压球阀，观察差压计示值，通过空气调节阀调整煤粉取样器进气量，直到差压计示值为零后开始计时取样，一般取样时间为3～5min。
     （3）取样结束后，关闭空气调节阀和差压计内外压球阀，全部拉出煤粉取样器，卸掉煤粉罐将煤粉倒入密闭容器内，安装好煤粉罐。
     （4）打开煤粉取样器空气调节阀，反复开关反吹阀4～5次，对煤粉取样器进行反吹，反吹结束后关闭空气调节阀。
     （5）安装好密封阀端盖，关闭空气总阀，关闭密封阀上空气阀。下次取样重复以上操作。
3效果评价
     2014年10月进行技改，安装新型的无尘密封管座和移动笛形管式等速煤粉取样器，运行一年多，效果明显。
3.1煤粉取样器装置改造前后对比
     （1）煤粉取样器装置改造前,取样枪管座橡胶密封圈密封不严，取样时漏粉，取样枪卡涩；改造后,采用空气无尘密封管座实现了取样时不“冒粉”，不卡取样管，保证了取样卫生和煤粉取样器能长久使用。
     （2）煤粉取样器装置改造前,取样枪无差压计，无法使取样头的抽吸速度与煤粉管道里的气流速度之比控制在1.1±0.1范围内；改造后,采用的笛形管式等速煤粉取样器安装有差压计，实现了等速取样，完全满足要求。
     （3）煤粉取样器装置改造前,取样枪取样时需要人为移动取样枪在风管直径方向多点停留取样，每次只能在一个位置点取样，需进行多次取样。改进后，煤粉取样器取样时，不用在难以掌握的一次风管直径位置上多点次停留，只需把取样管直接插入到头，便可实现6点取样。
     （4）煤粉取样器装置改造前，取样枪乏气直接排至大气，造成环境污染；改进后，煤粉取样器取样时分离出来的乏气从取样管夹层回流到一次风管，保证了取样干净卫生。
     （5）煤粉取样器装置改造前，1台磨煤机取样需要2人配合操作，取样时间为40~60min；改造后，1台磨煤机取样只需1人操作，取样时间为15~25min。
3.2改造前后煤粉化验数据对比
     在分离器开度相同、煤质相同、磨煤机风量相同的条件下，用改造前后2种煤粉取样器，在相同时间段对电厂1号炉13磨煤机A粉管上煤粉进行取样，结果如表1所示。
表12种煤粉取样器取样结果对比
项目 锅炉 分离 取样 取样 煤粉细 煤粉细
 负荷/ 器开 时间/ 质量/ 度R90/ 度R200/
 MW 度/(°) min g % %
改造前 500 55 4 150 25.0 6.5
改造后 500 55 4 180 18.13 1.20
     从表1可看出：依靠撞击原理取样的简易式煤粉取样器（零速取样）取样煤粉细度为R90=25.0%偏大，而笛形管式等速煤粉取样器（等速取样）取样煤粉细度为R90=18.13%合适。如果此时运行人员依据简易式煤粉取样器取样化验的结果来调整煤粉细度，那将使本来已经合适煤粉细度变得更细，引起制粉电耗增加，磨煤机磨辊磨损加剧；同时还会影响煤粉在炉内的着火、燃烧，引发燃烧器喷口结焦，甚至有可能烧坏燃烧器。
     （1）改造后的等速取样装置能够准确将一次粉管内煤粉样品取出，解决了煤样细度与实际偏差大，取样时间长、取样时易出现喷粉现象，污染环境等问题，为运行人员调整煤粉细度提供准确依据，保证磨煤机煤粉细度在规定范围内，减少磨煤机单耗及锅炉受热面磨损。
     （2）改造后煤粉等速取样系统操作简单，取样时间短，减少检测人员配置和检测工作量。
     （3）笛形管式等速煤粉取样器仅适用于直吹式制粉系统煤粉取样。