一種電站鍋爐燃燒風(fēng)粉測量裝置的設計研究

作者：時(shí)間：2013-09-11 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 參數測量的必要性

電站鍋爐利用煤的燃燒發(fā)熱,通過(guò)傳熱對水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機旋轉，從而產(chǎn)生強大的電能。在這一復雜的過(guò)程中，天然煤要通過(guò)巨大的球磨機磨成合乎要求的細粉，存于煤粉倉中。在煤粉倉的下部安裝有一次風(fēng)管和給粉機。煤粉由給粉機從粉倉中絞出，注入一次風(fēng)管與熱風(fēng)混合，利用風(fēng)的慣性作用將煤粉送入鍋爐爐堂中進(jìn)行燃燒。在燃燒過(guò)程中，風(fēng)和煤的配比狀況，也就是煤粉濃度，對于鍋爐的燃燒經(jīng)濟性是一個(gè)非常重要的指標。如果濃度過(guò)高，將會(huì )導致燃燒不充分，而使很多煤粉沒(méi)有在爐堂中燃燼，就隨同煙氣一起排入大氣中。這不僅會(huì )造成燃料的損失，還會(huì )對大氣產(chǎn)生嚴重的污染。不僅如此，濃度過(guò)高還容易引起風(fēng)管堵粉和燃燒器出口結焦等安全事故。相反，如果濃度過(guò)低，雖然煤粉能得到充分燃燒，但由于進(jìn)入爐堂的熱風(fēng)較多，那些多余的熱風(fēng)并不與煤粉發(fā)生化學(xué)反應就直接排入大氣中，而這些熱風(fēng)的進(jìn)口溫度相對于爐堂的出口溫度而言是較低的，它們需要在爐堂加熱而升溫，從而使這些多余的熱風(fēng)在通過(guò)爐堂時(shí)帶走大量的熱量，造成熱量的損失。不僅如此，如果濃度過(guò)低，還會(huì )造成由于粉量不足而使爐堂滅火的安全事故。由此可見(jiàn)，只有在一個(gè)合理的煤粉濃度下，才能有效地提高鍋爐燃燒熱效率，減少事故的發(fā)生，達到安全經(jīng)濟燃燒的目的。

不僅煤粉濃度是一個(gè)非常重要的指標，而一次風(fēng)速也同樣如此，它同樣影響著(zhù)鍋爐的安全性和經(jīng)濟性。風(fēng)速過(guò)低會(huì )造成風(fēng)管堵粉和燃燒器噴口結焦；風(fēng)速過(guò)高會(huì )加大鼓風(fēng)機耗電量，還會(huì )使燃燒向后推移，加劇煤粉的不完全燃燒。因此，一次風(fēng)速也必須保持在一個(gè)合理的范圍內，才能保證鍋爐的安全經(jīng)濟燃燒。

由以上討論可知，一次風(fēng)煤配比和風(fēng)速對于鍋爐燃燒的經(jīng)濟性和安全性是非常重要的，但從目前現場(chǎng)的實(shí)際情況看，仍然缺乏有效的檢測手段，比較通行的做法是采用傳統的靜壓表[2]，但它只能粗略和間接地反映一次風(fēng)速，而無(wú)法準確測出煤粉濃度和一次風(fēng)速。隨著(zhù)電站鍋爐向大容量和高參數的方向發(fā)展，這兩項指標對燃燒的影響越來(lái)越大，準確而直觀(guān)地測量它們已顯得十分迫切和必要。

2 測量裝置的功能和原理

本裝置可以測量電站鍋爐燃燒過(guò)程中各一次風(fēng)管內的熱風(fēng)溫度，煤粉溫度及風(fēng)粉混合物溫度，并根據熱平衡原理計算出煤粉濃度，還可測量一次風(fēng)速，并計算出相應的風(fēng)量和粉量。運行人員通過(guò)監視煤粉濃度和風(fēng)速等參數，根據需要及時(shí)調整風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度和給粉機轉速，使它們保持在一個(gè)最佳的運行狀態(tài)。從而達到節能降耗和改善大氣環(huán)境，提高安全性和經(jīng)濟性的目的。

本裝置最多可對20根風(fēng)管進(jìn)行檢測，其結果通過(guò)面板迅速而直觀(guān)地顯示出來(lái)。面板是采用先進(jìn)的LCD顯示技術(shù)，可同時(shí)顯示20根風(fēng)管中的風(fēng)溫、粉溫、混溫(風(fēng)粉混合物溫度)和煤粉濃度，以及一次風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)量和粉量，還可以將濃度和風(fēng)速值以直方圖的形式顯示出來(lái)，且一旦超過(guò)允許范圍就立即進(jìn)行閃爍報警。由于LCD顯示信息量大，所有數據都可在一個(gè)屏幕內顯示出來(lái)，因而觀(guān)察起來(lái)極其直觀(guān)、全面、準確，而且還不需要任何操作按鍵用來(lái)進(jìn)行顯示切換，從而大大方了便用戶(hù)的使用。

2.1 濃度測量

在每根風(fēng)管中安裝有三支熱電偶，分別用于測量熱風(fēng)溫度、煤粉溫度和風(fēng)粉混合溫度[4]，如圖1所示。設熱風(fēng)溫度為t1，煤粉溫度為t2，混合溫度為t3，根據熱平衡原理[1]、[5]，煤粉濃度按如下公式計算：

μ= Ca′t1-Cat3
Cct3-Cc"t2

上式中，μ為煤粉濃度，單位為kg/kg，既每千克空氣中所含煤粉的千克數。t1、t2、t3的含義如前所述，單位為℃。
系數Ca′則為t1溫度下熱風(fēng)的比熱；Ca為t3溫度下熱風(fēng)的比熱；Cc為t3溫度下煤粉的比熱；Cc″為t2溫度下煤粉的比熱。

需要指出的是，由于風(fēng)粉混合物在風(fēng)管中的輸送速度非常之快，高達每秒20米以上，對熱電偶保護層有十分嚴重的沖刷作用，一般在使用不到一個(gè)星期就損壞了，因而需要采用堅固防磨型熱電偶，這樣才能保證其長(cháng)期安全使用。而其他兩支只需采用一般普通熱電偶就可以了。

2.2 風(fēng)速測量

風(fēng)速測量是采用動(dòng)壓式測量方法。在一根風(fēng)管中安裝有兩支靠背式動(dòng)壓測速管，迎風(fēng)管壓力減去背風(fēng)管壓力即為其動(dòng)壓(差壓)。將此動(dòng)壓值經(jīng)差壓變送器變換成電信號后，即可測出風(fēng)速值，如圖2所示。

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