鍋爐煤粉氣力輸送狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究.doc

鍋爐煤粉氣力輸送狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究摘要：煤粉氣力輸送狀態(tài)在線監(jiān)測對磨煤機工作狀態(tài)以及鍋爐爐膛燃燒安全、均衡和穩(wěn)定性的評估具有重要意義。在理論研究的基礎(chǔ)上，研制了一種基于激光脈動法和互相關(guān)法測試原理的鍋爐煤粉氣力輸送過程參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)煤粉氣力輸送過程狀態(tài)的在線監(jiān)測。該系統(tǒng)通過煤粉流經(jīng)系統(tǒng)探頭測量區(qū)時的激光脈動信號，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換元件、信號濾波以及數(shù)據(jù)分析處理后得到煤粉濃度、細度以及速度特征參數(shù)，進而評估磨煤機和煤粉管道運行狀態(tài)?，F(xiàn)場安裝和測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有測量精度高、成本低以及安裝簡便等特點。關(guān)鍵詞：煤粉；氣力輸送；激光脈動法；互相關(guān)法；在線監(jiān)測On-line monitoring for pulverized coal pneumatic conveyanceAbstract：Running condition of pulverized coal pipe and mill has great effect on the combustion and safe operation of the utilities in power station. There are, however, less effective ways to on-line monitor the pipe. This paper presents the research on on-line diagnosing the operation of pulverized coal pipe with light fluctuation method and cross-correlation method. Based on the theoretical research, a novel on-line monitoring system was designed to measure the characteristic parameters of the pulverized coal. The laser fluctuated signals passing through the test zone are transformed with a photo-electric transformation device, filtered and processed in order to acquire the concentration, size and velocity of the pulverized coal. The operating status of the mill and coal pipes is evaluated with these parameters. Experimental results show that the monitoring system has the characteristics of high accuracy, low cost and easy installation.Key words：pulverized coal; pneumatic conveyance; light fluctuation method; cross correlation method; on-line monitoring第8期 賈志海 等：鍋爐煤粉氣力輸送狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究 16531引言隨著對電廠運行經(jīng)濟性以及環(huán)境保護要求的提高，迫切需要對燃煤電廠的燃燒進行優(yōu)化以提高燃燒效率，降低煙塵、NOx和SO2的排放并減少制粉系統(tǒng)的能耗。對于直吹式制粉系統(tǒng)，煤粉由一次風(fēng)攜帶經(jīng)煤粉管直接進入爐膛燃燒，因而各煤粉管之間煤粉濃度的不均勻性對鍋爐的燃燒有很大影響。若各個燃燒器中的煤粉濃度相差太大，則燃燒不能很好組織，會引起火焰偏斜、結(jié)焦、燃燒不穩(wěn)等。同時煤粉粒度過大或過細則會造成機械不完全燃燒損失增大、鍋爐效率下降、磨煤機能耗增加等。而各管道內(nèi)煤粉速度不同則會造成燃燒的不均衡，引起爐膛局部過熱，引起安全隱患。因此，煤粉濃度、速度以及細度參數(shù)的監(jiān)測對評估鍋爐經(jīng)濟燃燒、均衡燃燒以及安全燃燒具有重要意義。長期以來，雖然國內(nèi)外先后利用光學(xué)法1-2、微波法3、電容法4-5、圖像法6-7以及靜電法8進行煤粉濃度的監(jiān)測，但對于煤粉濃度、細度和速度的定量同時測量，目前尚無有效的檢測手段。本文在理論研究的基礎(chǔ)上，研制了基于光脈動理論和互相關(guān)測試技術(shù)的煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)并用于鄒縣發(fā)電廠1 000 MW超超臨界機組的煤粉參數(shù)測試過程中，以其實現(xiàn)對電廠煤粉氣力輸送狀態(tài)的在線監(jiān)測。2測試原理及監(jiān)測系統(tǒng)2.1測試原理2.1.1煤粉粒度、濃度測試原理當一束平行單色光照射到被測顆粒時，如圖1所示，由于顆粒對光的散射和吸收，透射光的光強將會衰減，根據(jù)Lambert-Beer定律，有： (1)式中：I為透射光強；I0為入射光強；L為測量光束行程；Dmea為顆粒的平均粒徑；N為單位體積顆粒濃度；E(l, m, Dmea) 為消光系數(shù)，它是入射單色光束波長l、顆粒相對折射率m以及顆粒平均粒徑Dmea的復(fù)雜函數(shù)，由Mie理論求得。圖1煤粉粒度、濃度測試原理Fig.1 The principle of light fluctuation for measuringthe size and concentration of the pulverized coal設(shè)測量單色平行光束的截面積為Amea，測量區(qū)的體積則為AmeaL，則式(1)可以改寫成： (2)式中：n為測量區(qū)內(nèi)的顆粒數(shù)，n = NAmeaL。引入無因次顆粒尺寸a，令a = pDmea/l，當a較大時，設(shè)煤粉顆粒的投影面積為S1=(p /4)Dmea2；引入無量綱的顆粒投影面積S=S1/Amea，當S0.39），煤粉磨制較細易于著火和燃盡。對煤粉進行取樣，利用圖像儀測得的煤粉體積平均細度為 34.65 mm，和在線測得的結(jié)果相對誤差均小于10，滿足現(xiàn)場測量精度要求。從現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)來看，煤粉濃度和細度均處于合理的范圍內(nèi)，保證了鍋爐的安全燃燒。圖7煤粉平均細度時變特征Fig.7 Characteristics of the size of the pulverized coal利用相關(guān)法測試的煤粉流動速度如圖8所示?？梢钥吹剑瑑筛悍酃艿纼?nèi)的流速在均值20.63 m/s處作隨機波動，且波動范圍較??；此外，D1和B1管道對沖速度相差較小，因此燃燒比較均衡，利于安全穩(wěn)定燃燒。圖8煤粉平均運行速度時變特征Fig.8 Characteristics of the velocity of the pulverized coal因此，通過對管道內(nèi)煤粉濃度、細度以及速度參數(shù)的在線監(jiān)測，可以對磨煤機的工作狀態(tài)以及鍋爐爐膛內(nèi)火焰燃燒均衡狀況的評估，對機組安全穩(wěn)定運行提供重要參考依據(jù)。4結(jié)論通過運用煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)對電廠1 000 MW超超臨界機組煤粉管道運行狀況進行在線監(jiān)測，可以得到以下結(jié)論：1)研制的煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對煤粉管道中煤粉細度、濃度以及速度等參數(shù)進行在線準確測量，評估磨煤機和機組的運行狀況。2)從監(jiān)測結(jié)果可以看到，同一磨煤機出口各煤粉管的煤粉參數(shù)并不一定相同，這與磨煤機的運行狀況有很大關(guān)系，各煤粉管內(nèi)的煤粉粒度和濃度是否存在較大不均勻，以及煤粉濃度是否出現(xiàn)大幅度波動可以作為磨煤機運行狀況好壞及是否需要進行檢修的判據(jù)。3)對煤粉管道進行定期監(jiān)測可以幫助了解管道運行情況，有助于鍋爐的安全運行。4)研制的煤粉在線監(jiān)測系統(tǒng)具有精度高、成本低及安裝便捷等特點，適用于工業(yè)現(xiàn)場安裝和技術(shù)推廣。參考文獻1 蔡小舒, 李俊峰, 歐陽新，等. 光脈動法煤粉實時在線監(jiān)測技術(shù)進展J. 華北電力大學(xué)學(xué)報, 2003, 30(6): 38-42. 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