乏气送粉锅炉煤粉浓度软测量技术及其仿真研究

乏气送粉锅炉煤粉浓度软测量技术及其仿真研究

乏气送粉锅炉煤粉浓度软测量技术及其仿真研究金林，沈烟东南大学动力工程系，江苏南京210096摘要锅炉燃烧过程中，喷燃器出口煤粉浓度不均将会导致炉膛火焰中心偏斜，从而引起炉膛气流冲刷后墙及右墙，高温过热器高温再热器出现局部超温结焦的现象。因此准确测量各风管中的煤粉浓度并指导调节对锅炉的安全经济运行非常重要。为此，必须寻找种简单高效实用而且适合工程应用的煤粉浓度测量的方法对于热风送粉锅炉用。本文提出了种乏气送粉方式下基于气固两相流理论，根据风粉混合前后压力差大小计算煤粉浓度的新方法，并在理论推导的基础上进行了仿真研究。结果明，煤粉浓度计算值与混合压差呈很好的对应关系，这说明能量法理论计算公式是适用的。

　　1引言目前，100丽以上机组普遍采用钢球磨中间储仓式热风或乏气送粉锅炉制粉系统。但是，国内火电厂燃煤机组的锅炉燃烧调整几乎都是运行人员根据风机电流和调节档板开度给粉机转速及次风静压等参数来组织的。锅炉运行中实际风速的高低风量的大小角配风情况及煤粉浓度的大小均匀性等都直接影响着锅炉燃烧稳定性经济性及可靠性。特别是煤粉浓度的大小对于角切圆燃烧浓度不均而导致炉膛火焰中心偏斜，从而引起炉膛气流冲刷后墙及右墙，使得炉膛后侧及右侧水冷壁严重磨损，高温过热器高温再热器出现局部超温结焦的现象；由于给粉机的机械特性会受多种因素动，甚至发生堵粉现象，给燃烧调节造成困难。所以仅仅依靠监视转速，运行人员无法及时准确地发现各次风管中的煤粉浓度差。可，对煤粉浓度进行直观量化的有效监测，对锅炉燃烧的稳定性经济性和安全性有着重要的意义。

　　关于煤粉浓度的测量，由于两相流动的原因，测量是比较困难的。近年来，随着计算机技术的发展，国内外对于热风送粉锅炉的煤粉浓度测量做了大量粉浓度测量也有所研究，如已报道的电容法激光法电荷法等，但均未到工程应用报道。为此，必须寻找种简单高效实用而且适合工程应用的煤粉浓度测量的方法。

　　2模型假设及气固两相流理论2.1模型假设严格地讲，风粉混合物的流动属于气固两相流计算关系，我们对风粉混合过程作如下假设风粉混合物在管道中的流动为稀疏相流动煤粉浓度定义为单位质量的空气中所携带煤粉1混合物中煤粉的质量，1劣；财3.混合物中空气的质量，在电厂实际运行参数范围内，煤粉浓度从0.2891免免到0.81免1兔不等，而煤粉密度是热空气密度的540倍，所以在单位体积内，煤粉粒子体积占混合物总体积的0.044到0.124.根据气固两相流理论2，固体粒子尺寸很小绝大部分煤粉微粒的直径为2060，若占总体积的5以下，则在流场中与气体混合的流动可认为是稀疏相流动。

　　假设可获得所有煤粉粒子的平均特性，如速度温度压力等。

　　次风中煤粉混合物的流动属于旺盛的紊流状态。

　　收穑日期⑴沉修订日期⑴扣基金项目教育部高等学校骨干教师基金资助项目6803⑴7009；江苏省333工程基金资助项目9203⑴101950mS，运动粘度约为13.20X106m2s其流动的雷诺数及6约为7.95父5，远大于2000，所以认为煤粉混合物的流动属于旺盛的紊流状态。

　　假设煤粉粒子具有相同的尺寸，且均为球形。

　　假设次风中风粉充分混合后，空气和其所携带的煤粉均有相同的流速。

　　风粉混合前次风携带极少量的煤粉，其特性以纯空气特性考虑。

　　由于系统采用乏气送粉方式，煤粉仓中煤粉的温度和次风的温度非常接近，因此假设风粉混合前后的温度相同。

　　2.2气固两相流理论在以上模型假设的基础上，首先介绍几个气固两相流的基本概念和相关理论。

　　体积比定义为混合物中固体粒子的体积与混合物的体积之比，即=7=以，+固体粒子的体积；气体粒子的体积；厂=+4气固混合物的体积，下同。由于固体粒子相对于气体的浓度为则和2之间的关系可以为z=wywp+p3组员密度和组员分密度定义固体粒子的组员密度为9=册，4可知，固体粒子的组员密度对给定的问来说是个常数。

　　类似地，我们同样可以定义气体的组员密度为由上式可知是，的函数。

　　质量比定义为气固混合物中固体粒子的质量与混合物质量之比，即左1=册1册=册1气体状态方程在气固混合物中的应用及修正在热力学平衡状态下，混合物中固体粒子的温度和气体的温度相等，则我们找到以下的把混合物作为个整体的压强和密度之间的关系式气固混合物的有效运动粘度气固混合物的有效运动粘度定义为Vrnk=1kiVg9气固混合物混合流动过程中的阻力损失单相粘性流体流动沿程阻力损失可为单相粘性流体流动局部阻力损失可为为沿程阻力系数；为局部阻力系数；为流动速度；为管道长度；为管道内径类似地，如果将固体粒子看作伪流体，则气固混合物流动过程中的沿程阻力损失和局部阻力损失可以为，3乏气送粉制粉系统煤粉浓度测量原理锅炉燃烧系统送粉管道中风粉混合物属于稀相气固两相流。忽略混合过程中的散热损失和压缩性，则风粉混合物的总能量体现于混合物的流动动能和静压力之和。由于混合过程中存在的局部阻力损失和沿程阻力损失，空气和煤粉在混合前后的总能量存在差别。在流速温度等其他条件相同的情况下，空气和煤粉混合比例的不同势必反映在混合前后气固两相流体前后静压差的不同。只要测出空气和煤粉混合前的空气的流速和静压力以及混合前后的温度和静压，通过定的算法，即可求得相应的煤粉浓度。我们这里称之为能量法。

　　3.1测量原理在乏气送粉制粉系统中，风粉混合前次风的风速压力和温度以及风粉混合后压力和温度均可测量。锅炉燃烧系统送粉管道中风粉混合物属于稀疏相气固两相流动，忽略混合前后过程中的散热损失和压缩性，则混合前后的过程满足气体状态方程连续性方程及能量守恒方程。

　　1气体状态方程煤粉空气风粉混合物风粉混合前后气体的连续性方程风粉混合前后的能量守恒方程次风的温度压力户士速度灰可测混合后风粉混合物的温度，压力户可测的情况下，风粉混合后风粉混合物的密度流动速度灰沿程阻力损失从和局部阻力损失汉均为煤粉浓度的函数，从而方程17中左右只有个未知数煤粉浓度，通过求解方程17，即可以得到乏气送粉方式下进入炉膛前次风管内的煤粉浓度。

　　如下的元次方程通过求解方程18即可求得煤粉浓度民3.2关于混合前后沿程阻力系数和局部阻力系数风粉混合前空气流动沿程阻力系数乏气送粉系统中，风粉混合前空气的沿程阻力系数可采用如下经验公式；风粉混合后风粉混合物流动沿程阻力系数风粉混合后风粉混合物流动的雷诺数约在3父1058父105之间，根据流体力学有关文献资料，当105处3父106时，尼古拉兹归纳的计算沿程阻力系数的经验公式为风粉混合中局部阻力系数流体在管道中流动的能量损失不仅有沿长度方向的能量损失，而且还有由流体的相互碰撞和漩涡损失称为局部能量损失或局部阻力。局部阻力定额计算问最终可以归结为寻求局部阻力系数，的问外，大部分管件都是由试验测定的。根据有关文献资料，在乏气送粉系统风粉混合处的局部阻力系数，可在0.15到0.4范围内取值，或由现场试验标定。

　　4乏气送粉系统煤粉浓度测量仿真试验研究4.1煤粉浓度测量仿真算法煤粉浓度主要由方程18求得，方程18形入1均为煤粉浓度的超级函数，使得方程18的求解变得复杂，为此我们考虑以下的算法。

　　方程17中，若不考虑混合前后的所有阻力损失，则方程17化为92能量法测量煤粉浓度仿真曲线这时结合式123，通过推导，得到如下量，921.1可以通过式1415求得，91为给定值。则由式21可求得在不考虑混合过程中阻力损失情况下的煤粉浓度叫。

　　在求得不考虑混合过程中阻力损失情况下的煤粉浓度，的基础上，把，作为初值带入式18求得心，尤2从而可以计算出煤粉浓度汽4.2仿真结果及分析能量法测量煤粉浓度的计算机仿真结果明煤粉浓度计算值与混合压差呈很好的对应关系，且数值保持在合理的范围内；相同的混合前后压差下，较低的风速对应着较高的煤粉浓度水平。

　　5工程应用在实际工程应用中，混和前后压力速度的测量是能量法测量煤粉浓度的前提。对于风粉混合前后压力的测量，考虑到取样的防堵耐磨精度耐温及安装方便等因素，可采用钛合金膜面体化安装压力变送器；对于风速监测，可由自清灰防堵塞耐磨测速装置差压变送器及显计算大部分组成，测速装置把风管内的风速转换成差压，差压由引压管引至变送器，变送器将差压转变成420mA输出至监测主机，监测主机采样到电流信号后经公式计算直接在画面上显风管内风速大小，并为浓度计算使用。

　　6结论用能量法根据气固两相流理论和风粉混合前后压差测量乏气送粉煤粉浓度，计算值与混合压差呈很好的对应关系，且数值保持在合理的范围内，相同范从振。锅炉原理。北京水利电力出版社，1986.

　　2美柏实义。相流动。施宁光，严家祥，夏玉顺译。北京万勇。中间仓储式电站锅炉均衡燃烧自动控制系统的研究与设计南京东南大学，1996李新华。密度。浓度测量。北京中国计量出版社，1991.

　　5戴昌辉。流体流动测量。北京航空工业出版社，1992.

　　复编辑上接第159页从上可知，由于采用了抽汽制冷和回热技术，固体吸附集中供冷与现有分散空调器制冷方式相比，仅年运行费用就节约36.9万元，2.7年即可收回全部投资，具有显著的经济效益。

　　6结论采用固体吸附式制冷技术实现热电厂集中供冷，既能大幅度降低空调用电，又能提高机组热化发电系数，还可通过回热提高机组热经济性。系统结构简单可靠性高投资低占地少环保性能好运行费用低廉。具有显著的节能与环保效益。