直吹式制粉系统的一次风煤粉浓度和风速测量方法的研究_韩小岗

式制粉系统的火电厂使用。通过建立试验台及相应
的在线测量系统进行的试验表明该法是可行的。
２．３ 电磁波法
在直吹式制粉系统煤粉管道中， 空气夹带着煤
粉在铁制薄壁管中， 形成气固两相流动， 把粉管当作
波导管， 波导管的特性仅依赖于管内绝缘材料的多
少， 也就是在测量段内的固相浓度的大小。利用探针
激励原理使电磁波在波导管内传播， 再利用探针检
２ 电站锅炉燃烧在线监测技术的研究 现状
目前广泛采用一次风管静压差间接地反映风
粉情况的方法， 运行人员凭经验调节给粉机转速， 控制煤粉量， 燃烧调整缺乏针对性和有效手段， 很 难使锅炉四角配风量及煤粉浓度均匀。电站锅炉燃 烧 在 线 监 测 及 诊 断 系 统 是 否 能 够 实 现 实 时 、准 确 的 监测锅炉运行关键在于一次风速和煤粉浓度的准 确测量。
作用下逐渐被加速， 理论上说， 煤粉的水平速度最终
将与一次风速相同， 即风粉之间水平方向有相对速
度， 且煤粉与一次风之间的热交换已经完成， 风粉进
入相对稳定的流动状态。在风粉混合过程中， 系统的
静压不断减小， 温度逐步降低， 最后达到气粉混合温
度。在前述假设的基础上， 应用动量定律、伯努利方
程、气体状态方程联立求解， 并通过测量局部的有关
由于气固两相流的复杂性， 测量一次风风速及 煤粉浓度并非易事， 因此， 可以应用到工程实际中的 成熟的测量法并不多。为此， 先对有应用潜力方法的 原理及应用情况逐一介绍， 然后对它们的应用特点 进行比较分析。 ２．１ 热平衡法
假设忽略热风和煤粉混合过程中的散热， 可认 为混合前后的总热量维持恒定， 测量原理示意如图１ 所示。
锅炉同样采用热平衡法实现了一次风管煤粉浓度
在 线 监 测［１５］。 一 个 共 同 的 特 点 是 这 两 个 电 厂 锅 炉 都
为中间仓储式制粉系统， 热风送粉， 一次风速用标
定的测速管作为动压的一次测量元件， 为防止传压
孔被带粉气流堵塞， 被安装在混合器前一次风管道
上。
２．２ 压差法
煤粉从给粉机落入一次风管后， 在一次风速的
煤粉颗粒在一次风中的运动过程是非常复杂的 气固两相流动， 气固两相流动中各种流动参数的准 确测量多年来一直是研究人员致力解决的难题。许 多研究者对气固两相流颗粒浓度的测量提出了很多 方法， 目前煤粉浓度测量的方法主要分为两大类， 一 类为间接法， 它是根据热量平衡原理或者能量守衡 原理， 测量与煤粉浓度有关的各种参数， 计算出煤粉 浓度， 主要有热量平衡法［４］、摩擦电法［５］、压差法 等 ［６￣８］ 方法； 另一类为直接法， 它是利用各种先进的测量技 术和测量手段， 对煤粉浓度进行测量， 主要有微波法 ［９］、电 磁 法 ［１０］、激 光 法 ［１１］、超 声 波 法 ［１２］、电 容 法 ［１３］等 方 法。
火力发电厂制粉系统管道布置原则及要求规定［３］， 中速磨煤机直吹式制粉系统， 同层燃烧器各一次风 管之间的煤粉和空气应均匀分配， 风量偏差应小于 ８％， 煤粉偏差应小于１０％。各种机组运行实践表明， 现有直吹式制粉系统通过调整一次风管节流孔圈可 使风量偏差达到允许的数值， 但各管的煤粉浓度偏 差较难控制， 难以达到这个指标， 其弊端突出。
韩小岗等， 直吹式制粉系统的一次风煤粉浓度和风速测量方法的研究
目前热平衡法在我国应用较普遍， 相对发展得
比较成熟， 如广安电厂２×３００ ＭＷ机组锅炉采用热
平衡法技术进行了改造， 实现了一次风管煤粉浓度
喷 燃 器 出 口 、一 次 风 混 合 后 温 度 在 线 监 测 和 显 示 入
炉煤粉量计算和显示等功能［１４］。胜利发电厂６７０ ｔ／ｈ
２
０ ０
测。由于煤粉气流的存在， 电磁会发生衰减和其他特
８
年 第
性的变化， 将探针检测值与输入值相比获得正确的
３
期
固相浓度值。
·３６·
对于采用较低的电磁波谐振频率， 可以获得如
下优势（： １） 由于需要测量很多管道组成的管道组， 采用低频电磁波， 电磁波从测量段外反射回来的可 能性小， 从而减少干扰。（ ２） 气固两相流中通常存在 水蒸气， 水蒸气对电磁波的吸收随电磁波频率增加 明显， 从而对煤粉浓度测量会造成干扰。装置整体系 统包括电磁波探头和测量箱， 电磁波探头采用在管道 上钻孔安装的方法， 电磁波发生和接收探头成对地沿 粉管长度方向安装， 探针伸入管内约１５０ ｍｍ。电磁波 发生和接收探头在管道上的安装如图２所示。
关键词： 煤粉浓度； 直吹式制粉系统； 在线监测； 节能 Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ａｉｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ－ ｆｉｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｔｒｉｃａｃｙ ｏｆ ｇａｓ－ ｓｏｌｉｄ ｔｗｏ ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ， ｉｔ＇ｓ ｈａｒｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ａｉｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ． Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｆｅｗｅｒ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｖａｌｕａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｉｍａｒｙ ａｉｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｒｅｃｔ ｆｉｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ， ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｇａｖｅ． Ｔｈｉｓ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｃｈｉｎａ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｏｐｅｒａｔｏｒｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｃｏｕｌｄ ｍｏｎｉｔｏｒ ｍａｊｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔ ａｉｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｃａｎ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ，ｔｈｅ ｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ ｉｇｎｉｔｉｏｎ， ｓｏ ｔｈａｔ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｂｏｉｌｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ， ｈａｖｅ ｔｈｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ； ｄｉｒｅｃｔ－ ｆｉｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ； ｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ； ｓａｖｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ 中图分类号： ＴＫ３１ 文献标志码： Ｂ 文章编号： １００１－ ５５２３（ ２００８） ０３－ ００３４－ ０６
文献 ［１０］ 开发的在线监测系统在沙角某电厂 ６６０ ＭＷ锅炉煤粉管道上进行了实际应用以及现场 实测及运行实验， 煤粉管道内径为Φ５８４ ｍｍ。图３为 沙角某电厂１号锅炉２号角煤粉浓度在线监测系统的 输出信号的在线记录值。可见， 管内煤粉浓度在短时 内基本稳定， 在随后的实验中磨煤机的运行工况发 生变化， 给煤量增加幅度大于给风量， 导致煤粉浓度 较大幅度提高。
研究与探讨
直吹式制粉系统的一次风煤粉浓度和 风速测量方法的研究
韩小岗１， ２， 魏坤３， 李海尚４， 张进４ （１．山东电力研究院， 山东 济南 ２５０００２； ２．山东电力高等专科学校， 山东 济南 ２５０００２；
３．山东黄岛发电厂， 山东 青岛 ２６６５００； ４．山东莱芜发电厂， 山东 莱芜 ２７１１０２）
电磁波的发射和检测电路分别分装于两个金属 制的密闭盒子中， 发送部分包括电磁波发生器、锁相 电 路 、电 磁 波 频 率 调 节 装 置 、Ｔ形 接 头 、隔 离 器 以 及 天线。检测部分由天线、隔离器和检波器组成。
图２ 电磁波发生和接收探头在管道上的安装位置示意图
图３ 煤粉浓度度和风速测量方法的研究
研究与探讨
迫切需要解决的技术难题， 对锅炉的安全与经济运 行十分重要。本文在对有应用潜力的几种测量方法 的分析基础上， 提出了直吹式锅炉系统中最有实际 应用价值的煤粉浓度测量方法。
１ 直吹式制粉系统风粉输送特点
大型电站锅炉直吹式制粉系统通常配以中速磨 煤机， 国内较多采用的是ＭＰＳ型、ＨＰ型、Ｅ型磨煤机。 这类磨煤机通常是单台磨为同层各一次风喷口供 粉， 如国内一批亚临界６００ ＭＷ四角切圆煤粉炉， 燃 烧器共设置六层煤粉喷嘴， 锅炉ＭＣＲ和ＥＣＲ负荷时 均投五层， 另一层备用。锅炉前布置六台ＨＰ—９６３型 中速磨煤机， 每台磨的出口由４根煤粉管道接至炉膛 四角同一层布置的煤粉喷口。多年的运行以及试验 研 究 表 明［１］， 这 类 制 粉 系 统 煤 粉 管 路 中 存 在 风 粉 分 配偏差， 煤粉分配不均匀的问题。若不采取改善措 施， 磨煤机出口煤粉分配偏差可达２０％以上， 较严重 的个别磨煤机可达－ ４１％～５３％。同时， 由于煤粉输送 管路系统阻力特性的差异， 加剧了四角燃烧器中风 粉的偏差。因此， 直吹式制粉系统总的风粉分配偏差 达到３０％～４０％。
为了实现对直吹式制粉系统监测、调整， 首先必 须解决风粉管路运行状态煤粉浓度在线监测， 同时 当同层各一次风管之间出现较大风粉偏差时， 如何 有效调整煤粉分配， 这两个问题是直吹式制粉系统 风粉均匀性监测调整的关键技术。同层各一次风管 内煤粉浓度的在线测量是首要问题， 并要求能同时 在线测量出管道内的一次风风速。