基于煤粉浓度在线监测下煤粉锅炉的节能研究

基于煤粉浓度在线监测下煤粉锅炉的节能研究

基于煤粉浓度在线监测下煤粉锅炉的节能研究王强，周乃君，梅炽中南大学应用物理与热能工程系，湖南长沙410083混合后煤粉浓度的新方法，并且介绍了对次风管中煤粉浓度风速实现在线实时监测的过程和方法。实践证明在应用此系统后，煤粉浓度的在线监测与控制有利于煤粉充分燃烧，并取得了很好的节能效果。

　　1引目对于气固两相流动的煤粉浓度的精确测量来说，目前还存在较大的困难。国内外学者对于热风送粉锅炉的煤粉浓度测量做了大量的研究2，文献3也对监测锅炉燃烧中风煤配比的情况进行了研究，但没有考虑到风粉混合过程中压力损失对煤粉浓度的影响。由于以往风粉在线监测系统的次性投资比较大，给进步研究开发带来较大的困难。

　　在经过大量的实验和研究后，笔者找到种更简单高效实用适合工程应用的煤粉浓度测量的方法，而且已开发出相关软件，对乏气送粉锅炉次风管中煤粉浓度风速进行直观量化的有效监测，特别是有利于工作人员准确调节次风量煤粉浓度，这对确保煤粉在炉膛内完全燃烧，减少灰渣和飞灰稳定性都有着重要的意义。

　　2建立数学模型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的范畴，为了便于导出乏气送粉系统中煤粉浓度的计算关系，对风粉混合过程做如下假设6气粉混合物在管道中的流动为稀疏相流动，煤粉颗粒较均匀分布在管道中，煤粉浓度！定义为单位质量的空气中所携带煤粉质量，次风中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尺寸，且均为球形。混合前次风携带极少量的煤粉，其特性以纯空气特性考虑；次风管中风粉充分混合后，空气和其所携带的煤粉均有相同的流速；将气粒两相流中煤粉颗粒的运动视为种特殊的流体，它在管道中运动也有摩擦阻力和局部阻力，所引起的附加压损分别服从达西公式及局部损失的般公式。

　　2.2测量原理在乏气送粉系统中，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得。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6，忽略混合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。风粉混合意1.

　　1气体状态方程混合前后空气的压力温度和密度分别为尺2气体的连续性方程vv2分别是空气混合前后的速度，v3是风粉混合后的速度，由前面假设知2=，7是混合物中煤粉的体积与混合物的体积之比，可推出2和煤粉浓度的关系式为，由式2知⑶气粉混合物的修正状态方程121是混合物的质量比4风粉混合前后的能量守恒方程沿程阻力损失户，+芦义。，l+K=a，根据日本学者刀根英明提出的公式压损比=+在两相流气力输送中多采用柏列斯公式05+，力是管道公称直径。

　　局部阻力损失户心，根据文献资料，在乏气送粉系统中风粉混合处的局部阻力系数可在0.150.4范围内取值，或现场直接标定。结合以上各式且风粉混合前后次风的温度压力速度可测，混合后风粉混合物的温度压力可测的情况下，风粉混合后风粉混合物的密度！3流度3！18和！1均为煤粉浓度的函数，即可以得到乏气送粉方式下进入炉膛次风管内的煤粉浓度的方程，由式5即可求出次风管内煤粉浓度。

　　3监测系统的开发和集成系统由上位计算机0构成的数据采集系统，以及温度压力变送器和差压变送器等构成。

　　3.模块设计本系统1模块由日本菱公司的，2系列的个功能模块组成，2.0基本单元包括中央处理器CPU存储器RAM2k步时钟以及扩展接口，其中点数为1212，个六扩展模块完成对次风管的24路温度信号16路压力信号的数据采集。通信模块完成1与上位计算机之间的信息交换。

　　6路压力测点信号224路温度测点信号1乙，以扫描方式运行监控程序。典型的扫描过程外，其余部分均为0的系统监控程序。在内部处理阶段，0检查1模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成些别的内部工作。在通讯服务阶段，1与别的带微处理器的智能装置通讯。在输入处理阶段，0把所有外部输入信号的通断状态读入到它的输入映象寄存器中。在用户程序执行阶段，10逐条解释和执行用户程序，将运算结果写入元件映象寄存器相应的单元。在输出处理阶段，将输出映象寄存器的状态传送到输出寄存器，经输出隔离和功率放大后，驱动外部负载。

　　3.2上位机软件系统的组成上位计算机软件由6.0开发而成0是种面向对象的程序设计语言，因其代码简单灵活性好效率高等特点成为0，23环境下软件开发继承性，特别便于实时数据的访问和查询12345.上位机软件组成结构4，主要实现如下功能并送入上下限设定值；报警打印当风速风粉浓度参数超过上下限值时，将显当前报警信号，提醒工作人员进行处理，报警时实时打印，项报警打印行。3.3动态链接库的开发由于没有提供直接的10操作功能，当用户使用；转换卡或像采集卡即插即用的功能板给用户编程带来困难，用户可运用1301叉串行通讯控件动态数据交换或动态链接库技术。关于这种不同技术的特点参考文献5已有较详细的说明，为适应现场的需要，笔者运用的是，技术，是姐肛，3，代。0，23的重要特点，程序人员利用它可以实现应用程序共享代码和衍0，23的重要资源。其主要优点是，可与用户的程序分开，用户可更新，而不用更改可执行文件，并且有利于维护整个监测系统的稳定。用，40 C++Builder4.04编制动态链接库其基本框架结构是个函数函数出口函数！自定完成初始化工作；出口函数！是在被卸出之前。0，23调用它做些清除工作；自定义函数是开发，的核心部分。自定义函数由其它的应用程序调用来实现数据10.

　　下，就可在中直接通过；尺声明来访问及其编译器，实现与！之间的数据通信。

　　4应用实例广西平果铝业集团公司热力厂的2炉在运行过程中由于角次风流量不均，喷燃器出口煤粉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，炉膛结焦严重，煤粉在炉膛内燃烧不充分，锅炉出力也不高，此外灰渣和烟气的含碳量都明显偏高，既造成能源浪费，又不利于环境保护。

　　为缓解结焦减少黑烟，提高锅炉出力，在2，炉上采用了主界面5的风粉在线监测系统，从现场的情况来看，在线监测系统取得很好的效果。工作人员根据在线显的风速煤粉浓度调节次风量，基本上保证了8根次风管的煤粉浓度，风速致。保证切圆不偏离中心，使锅炉燃烧器以角切圆方式稳定燃烧，锅炉出力达到了额定出力。6是在该系统应用前后，分别次对烟气灰渣取样测试含碳量的数据，可看出烟气灰渣含碳量分别降低减少5以上，煤粉在炉膛内燃烧充分，节能效果非常显著，大大提高了锅炉的运行经济性。

　　5总结过程中的压力损失影响，并运用能量法测量次风管中风粉混合后煤粉浓度的方法是可行的，模型和算法是可靠的。由此开发的软件得到推广和应用，将可为乏气送粉角切圆方式燃烧锅炉运行的稳定性安全性提供可靠的保障，以及锅炉的经济节能运行提供有力的支持和帮助。

　　3系统应用前灰渣烟气含碳量2，4系统应用后灰渣烟气含碳量李新华。密度浓度测量在线监测系统。北京中国计量出版社，1991.

　　金林，沈炯。乏气送粉锅炉煤粉浓度软测量技术及其仿真研方彦军，李敏，周洪。火电厂锅炉次风风速及给粉浓度在线监测系统。动力工程，19986.