入炉煤采样系统及使用方法与流程

本发明涉及燃煤锅炉(尤其是大型电站锅炉)性能监督和检测的技术领域，具体涉及入炉煤采样系统及使用方法。

背景技术：

对于火力发电企业来说，煤炭作为大型电站锅炉的主要燃料，燃料成本占其总运行成本的85％以上，要准确核算燃料成本必须要求对入炉煤进行准确取样，尤其是进行锅炉性能测试时，对入炉煤的取样要求也更为严格，入炉煤取样的代表性、准确性将直接影响相关锅炉性能计算的结果，但是目前关于入炉没取样的规程较少，在国标GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》中第21页5.6项中燃料的采样和分析作了如下描述：要求从运动中的原煤流中取样，采样时间与锅炉试验工况时间相等采用间隔取样，入炉煤采样铲长×宽×高为300mm×200mm×50mm。但对于采样所用器具没有详细描述，取样步骤或采用人工采样还是机器采样都没做描述，对于如何保证采集的入炉煤样的代表性和准确性没有做详细描述，尤其是对于正压的直吹式制粉系统困难较大，由于给煤机内的压力达到5kPa以上，如取样不当会造成取样人员的人身伤害，以往取样人员经常由于密封不好或取样位置不易操作等被原煤喷到脸上。而且由于燃煤电厂所买煤炭非常杂乱，目前取样方式的所获取的煤样已经不能代表真正的入炉煤样，因此无论从保护取样人员人身安全还是提高取样的代表性、准确性方面来说，都有必要研制一套智能化的入炉取样装置，该装置实现自动采样，并可以有选择性的采样，可以随入炉煤种的多少、锅炉负荷的变化等进行采样，这样既能避免人为采样偶然性误差，也避免的采样代表性差的问题，而且减少了采样人员的劳动强度，全面的提高了入炉煤取样的准确性，从而减少锅炉性能测试误差，为电厂准确核算燃料成本提供保证。

首先简要介绍一下燃煤电厂的煤炭流程：火车、汽车或轮船运输原煤至电厂的煤场，并在煤场堆积，然后通过皮带送至原煤仓，在从原煤仓落入给煤机，如果是煤粉炉则进入磨煤机，磨成煤粉送入锅炉，如果是层燃炉或循环流化床锅炉，则直接送入锅炉燃烧，为了保持锅炉燃烧的连续性，一般原煤仓起到缓冲作用，防止皮带故障而断煤，原煤仓至少能存储4小时的煤量。从以上燃煤流程可以看出，入炉煤取样的最佳位置在原煤仓下部，给煤机上部最为合适。

经检索介绍智能化入炉煤取样装置这方面的文献没有。

通过检索，原煤取样的相关专利分为三类，第一类是入厂煤的取样，当煤炭从煤矿运送至电厂时，在运输工具(如汽车、火车、轮船)上进行采样的装置如CN200520129755.8全自动智能取样系统,这个专利与本专利在原理和适用对象方面完全不同，在此不进行对比。第二类是在皮带上进行的取样装置如CN89214988.4原煤取样机，CN92219969.8摇臂式原煤采样器，这两个专利与本专利在原理和适用对象方面完全不同，在此也不进行对比。目前的皮带取样装置能够实现连续取样，皮带上的煤首先要进入原煤仓，在原煤仓内停留4-8个小时才能送入炉内燃烧，也就是说皮带上的取得煤样并不是真正的入炉煤样；第三类是一些简单的原煤取样器如CN201410799128.9便携式原煤取样装置，CN201420296381.8一种新型的手持式原煤取样装置，CN201420486376.3便携式原煤取样装置，CN201520191860.8一种轻便式原煤取样机，CN201520285881.6原煤取样器这些取样装置都是一些结构简单的人工取样设备，不能实现大量取样或连续精确取样，关键是耗费人力，在取样位置较差或系统处于正压的状况下会产生危险。

通过以上分析可知，精确地入炉煤的取样是进行锅炉性能检测必要条件，也是锅炉运行燃烧调整的重要依据，但目前的取样方式存在一下问题：(1)、入炉取样的代表性不强，同步性不强和偶然性较大。(2)、入炉煤取样方式大部分还是采用人工采集，即使皮带取样实现了连续自动取样，由于存在较大时差，不能代表入炉煤样，不适合用于严格的性能测试、锅炉运行监督和事故分析。(3)、人工采集入炉煤样要耗费人力，对可能对取样人员造成伤害，尤其是从正压制粉系统内取样时会喷出原煤击伤取样人员。因此有必要发明一套入炉煤取样装置，该装置能够取代人力智能地进行入炉煤样的采集，提高了所取入炉煤样的代表性和准确性。

技术实现要素：

本发明提出了入炉煤采样系统及其使用方法，该系统可以自动、连续取样避免了常规人工取样方法的随机性和偶然性，并能根据煤种变化情况，锅炉负荷，化验分析需要和试验要求等随时调整取样频次，有效提高取样的准确性，并且在整个取样过程中不需要检测人员参与，实现智能取样。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的第一个方案是：入炉煤采样系统，所述的入炉煤采样系统设于原煤仓的一侧，该系统包括：

隔离挡板，原煤仓设有一开口，隔离挡板可打开固定于该开口处用于防止原煤从原煤仓泄露；控制隔离挡板由第二旋转电机控制旋转，隔离挡板从下方往上方打开；打开动作 方向则与之相反，将动作方向定位此开关方向可以防止原煤颗粒卡涩而导致隔离挡板关闭不严。

采集杆，采集杆的一端朝向开口且采集杆上设有采样部件，采集杆具有尖锐前端，采集杆与带动其向开口移动的驱动机构连接；采集杆活动固定于支架上，支架与原煤仓固定，采集杆相对于支架由驱动机构穿过开口由采样部件采样后从开口处退出；

外壳，设于开口的一侧；

装煤机构，设于外壳的底部用于接收采样部件从原煤仓内取出的煤炭试样。

进一步地，所述采样部件为设于采集杆表面的螺旋叶片，并且最前面的螺旋叶片的长度是短的，顺着采集杆的方向逐渐变长，所述采集杆与旋转电机连接，旋转机构设于驱动板上，驱动板与直线驱动机构固定，由此实现驱动板移动进而带动采集杆的前进和后退，并通过旋转电机带动采集杆的旋转。

所述螺旋叶片长度为整个采集杆长度的二分之一，其中螺旋叶片的前半段为渐开叶片，这部分安装有逐渐变长的螺旋叶片采集杆的长度为采集杆总长度的六分之一，安装有等长螺旋叶片采集杆的长度为三分之一，用来螺旋叶片的长度和间距根据锅炉性能试验规程中各煤种的粒度要求或具体电厂入炉煤的粒度来确定。

这样，直线驱动机构和旋转电机带动采集杆旋转前进进入原煤仓，通过螺旋叶片采集到煤样，然后直线驱动电机后退，旋转电机反向旋转，将煤样带出原煤仓，落入到外壳内，继而落入装煤机构内。

进一步地，为了防止所采集煤样丧失水分影响煤质化验的准确性，所述装煤机构的顶部设置可打开的密封盖。

进一步地，所述密封盖有两个，两个密封盖对开设置，在装煤机构顶部设有轨道用于密封盖移动，两个密封盖为电磁吸门。

进一步地，在所述装煤机构的底部设置重量传感器，重量传感器的精度和范围可根据锅炉性能测试要求和电厂运行监督需要确定。

进一步地，在所述支架上设置一个进限位开关和一个退限位开关，在所述采集杆上设置有一个触碰杆，采集杆向前移动时，当触碰杆的位置与进限位开关接触时，进限位开关发送信号给直线驱动电机，控制采集杆停止前进，当采集杆后退时，当触碰杆的位置与退限位开关接触时，退限位开关发送信号给直线驱动电机，控制采集杆停止后退，进限位开关与退限位开关可以都是光电开关，二者均在支架的下表面设置，进限位开关相对于退限位开关更靠近原煤仓的开口，二者错开采集杆的长轴中心线设置。

进一步地，所述外壳的直径从所述的开口至所述的装煤机构直径逐渐缩小，外壳采用普通铁皮制成，主要用来将取出的煤样导流至装煤机构和防止煤散落污染环境，具体形状可根据实际条件制作，要求保证下部有出煤口，出煤口尺寸与下面的装煤机构相配，前后设进出口，进出口尺寸与螺旋叶片的尺寸相配，其固定在支架上。

进一步地，还包括控制单元，控制单元与所述的旋转电机、直线驱动电机、电磁吸门和控制隔离挡板打开的第二旋转电机分别单独连接。

本发明提供的另一方案：入炉煤采样系统的使用方法，具体步骤如下：

1)控制系统接收到取样指令后，打开隔离挡板；

2)控制系统控制旋转电机和直线驱动电机动作带动采集杆向原煤仓的开口移动；

3)由采样部件采样后煤炭通过外壳向下坠落；

4)控制系统控制电磁吸门打开，煤炭试样落入装煤机构后，电磁吸门关闭，取样完成。

本发明的有益效果是：

1、本发明设在原煤仓侧边，给煤机上部取样，更能代表锅炉实际燃煤状况，入炉煤样具有更强代表性。

2、本发明可以实现自动采集入炉煤样，有效减少了煤样取样人员的劳动强度，保护了采样人员的安全，并且能够有效防止漏煤，保护了取样周围环境的清洁。

3、本发明采用智能控制系统实现了智能化地实时、连续进行入炉煤采集，可根据锅炉运行状态、混煤种类智能化地采集入炉煤样，有效解决了传统入炉煤取样方法的代表性差、偶然性和随机性较强的问题，提高了选煤的代表性和准确性。

附图说明

图1智能型入炉煤取样系统示意图；

图2采集杆示意图；

图3-1驱动板俯视示意图；

图3-2驱动板左视示意图；

图3-3驱动板局部放大示意图；

图4-1驱动原理示意图；

图4-2驱动齿轮示意图；

图4-3驱动原理局部示意图；

图5-1密封盖结构示意图；

图5-2密封盖俯视示意图；

图5-3密封盖左视示意图；

图6装煤桶俯视示意图；

图7控制系统原理示意图；

图中：1、原煤仓，2、隔离挡板，3、螺旋叶片，4、控制单元，5、斜拉筋板，6、驱动电机，7、驱动板，8、支架、9、退限位开关，10、采集杆，11、非驱动端轴承，12、驱动端轴承，13、旋转电机，14、进限位开关，15、封闭外壳，16、密封盖，17、装煤桶，18、支撑架，19、重量传感器，20、驱动齿条，21、从动轮，22、连接筋板，23、驱动齿轮，24、电磁线圈，25、铁块，26、弹簧，27、弹簧挂钩，28、滑动轮，29、密封盖轨道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

华电集团某电厂#3锅炉为蒸发量1025t/h的亚临界、中间一次再热、自然循环汽包炉，燃烧方式为四角切圆燃烧方式，每角有六层煤粉燃烧器，与二次风喷口间隔布置，制粉系统为BBD4062型双进双出式钢球磨煤机正压直吹式制粉系统，除渣方式为水力除渣，为了提高入炉煤取样的准确性，减少取样人员劳动强度。

结合图1对#3锅炉安装的智能型入炉煤取样系统进行说明，对锅炉制粉系统的运行状况，原煤仓的材料、壁厚以及给煤机运行的空间尺寸进行查询和测量，获取必要的资料并设计该系统的各个组件。根据测量所得尺寸可以预制采集杆10，驱动板7，支架8，密封外壳15，密封盖16，控制单元4等，根据具体参数选择，然后将这些设备、部件以及材料安装、连接即可开始调试。

入炉煤采集系统包括隔离挡板2，采集杆10和旋转电机13以及一些辅助原件。隔离挡板2采用电动的，安装方式为直接在原煤仓1上选择合适位置，割开一个合适圆孔焊接在上面即可，其中需要注意一点是为了防止原煤颗粒卡涩隔离挡板导致隔离挡板2关闭不严，要求隔离挡板2的关闭方向为从斜下方朝斜上方关闭。采集杆10的具体结构见图2，采集杆10包括螺旋叶片3，非驱动端轴承11，驱动端轴承12，旋转电机13。采集杆10的基体为一定硬度的耐磨钢杆，在钢杆上焊接螺旋叶片3，其中缠绕螺旋叶片3的长度为整个采集杆10长度的二分之一，其中前六分之一为渐开叶片，即螺旋叶片3的长度逐渐增长，后三分之一为等长螺旋叶片，即螺旋叶片的长度不变。在此实施例中驱动端轴承12选择推力滚子轴承，非驱动端轴承11选择向心滚子轴承，旋转电机13选择用变频电机。为了保证采集杆10能够进退到位，设置了进限位开关14和退限位开关9。封闭外壳15采用普通铁皮 制成，下部有出煤口，出煤口尺寸与下面的装煤桶17相配，前后设进出口，进出口尺寸与螺旋叶片的尺寸相配。整个入炉煤采集系统固定在支架8上。

驱动系统是驱动采集杆10前进和后退的机构，驱动原理见图4-1，该系统主要包括驱动板7，驱动齿轮23，驱动电机6，支架8，具体参见图3-1，3-2，3-3，图4-2和4-3。驱动板7是截面呈倒T型的金属板见图3-1，3-2，3-3，在驱动板7上布置驱动齿条20，滑动轮28，连接筋板22，在此实施案例中从动轮21采用金属轮或硬质塑料轮；连接筋板22焊接在驱动板7上，驱动端与非驱动端轴承通过螺栓连接在连接筋板22上。图4-1，4-2和4-3示意出了驱动方法，驱动齿轮23与驱动齿条20啮合用来使驱动板运动，驱动齿轮23与驱动电机6连接。

支架8的作用就是将上述的入炉煤采集系统和驱动系统各个设备和装置进行固定和支撑，支架8直接焊接在原煤仓1上，并用斜拉筋板5来加固，支架8主要采用了便于拆卸的轻质但强度较高的钢结构组成，为保证滑动轮28能平稳、无卡涩的移动，支架8上与滑动轮28接触的结构进行了打磨处理，使表面更为光滑。

入炉煤承接系统包括装煤桶17，密闭盖16，重量传感器19和支撑架18。其中装煤桶18采用了敞口的、方形、硬质塑料桶见图6。为了实现智能化、自动取煤，密闭盖16结构相对复杂一些，密封盖结构见图5-1，5-2和5-3，密封盖16由水平布置的，可水平移动硬质塑料板组成，每块硬质塑料板上有四个滑动轮28，两个弹簧挂钩27，并在一侧边沿上安装一小铁块25可参见图5-2，两块塑料板可在支撑架18上的密封盖轨道29上水平移动见图5-3，两侧挂钩之间用弹簧26连接，并且在支撑架18上的两个横梁上布置各布置一个电磁线圈24见图5-1，密封盖16的开关原理为，在正常不需要入炉煤取样时，在弹簧26的较小的拉力下，两块塑料板靠在一起，密封盖16处于关闭状态，图5-1所表示的状态即为关闭状态，当需要取样时，电磁线圈24通电，产生磁力吸引铁块25使得电磁线圈24和铁块25靠在一起，同时弹簧26被拉伸，当取样完成，电磁线圈24断电失去磁力，由于弹簧26的拉力使得两块塑料板在靠在一起，密封盖16又回复关闭状态，因此弹簧26和电磁线圈24的选型比较重要，在此案例中进行了多次试验才匹配成功。(该方案中密封盖所采用的电磁线圈和弹簧的结构是为了降低材料成本，结构比较复杂，简单的方法是直接采用两扇电动平开门)还有一点是为保证密封盖16在装煤桶17上时比较严密，在密封盖下面布置了橡胶密封圈。

重量传感器19是布置在装煤桶下面用来称量所采集的入炉煤样重量的，重量传感器的精度和量程选为0.5级和50kg；装煤桶17安装在重量传感器19上面。

支撑架18为固定、支撑装煤桶17、密封盖16、重量传感器19的结构，分为上下两部分从图1可以看出，上部分是用来支撑密封盖16的，在支撑架18上布置有轨道和横梁，轨道是保证从动轮21可以无卡涩的平行移动，横梁是为了安装电磁线圈24的，下部分是用来支撑和固定重量传感器19，两部分都直接焊接在原煤仓1外壁上，需要说明的是支撑架没有具体技术要求，可根据现场实际条件只要保证足够强度即可。

另外智能型入炉煤采集系统的数量要根据制粉系统的数量来确定，但控制单元只需要一套即可，该实施例中有三套制粉系统故安装了三套入炉煤取样系统即每套制粉系统一个，三套入炉煤取样系统共用一个智能控制单元。

控制单元为该入炉煤取样装置的控制系统，在该实施例中采用PLC控制，该控制单元的原理图如图7所示。由于目前锅炉的燃煤偏离设计煤种较多，而且煤质种类繁多，为了提高入炉煤取样的准确性，具体要求为煤质种类越多，取样次数越多；锅炉运行过程中每套制粉系统的给煤量是不同的，给煤量越大，取样次数也就越多，给煤量小于制粉系统最小给煤量时(该实施例为20t/h)，说明该制粉系统处于非正常运行状态，如启停过程，或已经停运，这时不必取样，因此入炉煤的取样次数是一个与制粉系统给煤量和煤质种类的函数，F＝f(T,H)，函数中F为取样频次(本实施例采用次/30分钟，这里需要说明的是，次的计量可以采用重量如每次取0.5kg，或采用旋转电机的旋转的圈数，如采用旋转电机的旋转圈数还需要加装转速传感器，本实施例中采用的是每次取0.5kg)，T为制粉系统给煤量(t/h)，H为煤质种类数量，煤质种类数量需要运行人员输入，输入后入炉煤取样系统可启动。在该实施例中入炉煤取样系统有两种运行方式自动和手动，在自动方式下，运行人员输入煤质种类数量后，每套制粉系统的取样系统启动取样顺控，当连续取样后，重量传感器19发出装煤桶17满的信号时，取样顺控停止，并给化验值班室和DCS发出信号，化验员取出煤样，取完后按复位键；化验员认为不需要取样时，可以直接按复位按钮，在值班室、就地现场和DCS都可以复位。手动方式就是在性能测试或临时取样时采用，手动方式可以在DCS和就地现场操作，在手动方式下可以根据取样时间和取样重量随时启停取样系统。

下面介绍一下，在自动方式下入炉煤取样顺控：

入炉煤取样系统的初始和停止状态为：退限位开关9发出信号，隔离挡板2处于关闭状态，驱动电机6停止，旋转电机13停止，电磁线圈24失电，密封盖16处于关闭状态，重量传感器19显示为0，运行人员以输入煤质种类，系统满足启动条件。

控制单元发出取样指令，隔离挡板2打开，电磁线圈24送电，密封盖16打开，旋转电机13启动，采集杆10开始旋转，驱动电机7启动，退限位开关9信号消失，采集杆10 边旋转边前进，通过隔离挡板2进入原煤仓1，当进限位开关14发出信号时，驱动电机7停止运行，采集杆10停止前进，取煤开始，当装煤桶17有煤时，重量传感器19会发出信号，DCS和就地显示屏上都可显示出取样的重量，当一个取样循环完成后，驱动电机7启动，采集杆10开始后退，进限位开关14失去信号，直到退限位开关9发出信号，驱动电机7停止，隔离挡板2关闭，电磁线圈24失电，密封盖16关闭，旋转电机13停止，系统恢复至初始状态，第二个取样循环开始时，会重复上面动作顺序，在本实施例中，装煤桶17的最大装煤量为50kg，当重量传感器19发出50kg的信号时，取样系统会停止，并向DCS和化验室发出信号，直到DCS运行人员或化验室人员，将煤样取出，并按复位按钮，系统则恢复至初始状态。

在手动取样方式下，按下手动取样按钮，取样系统进入如前所述的取样状态进行取样，松开按钮则系统停止，再次按取样按钮，系统又开始取样，直到按复位按钮，则系统恢复至初始状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。