中高溫風(fēng)速儀在電站鍋爐燃燒風(fēng)粉測量裝置中的應(yīng)用

一種用于測量電站鍋爐燃燒過程中一次風(fēng)的煤粉濃度和風(fēng)速的裝置。煤粉濃度的測量是利用三支分別用于測量熱風(fēng)溫度、煤粉溫度和風(fēng)粉混合溫度的熱電偶所測得的溫度值，根據(jù)熱平衡原理所計(jì)算出來的。而風(fēng)速測量是根據(jù)兩支背靠式動壓測速管所測得的動壓值(差壓)，根據(jù)動壓測速原理計(jì)算出來的。該裝置用于現(xiàn)場后,可幫助鍋爐運(yùn)行人員準(zhǔn)確調(diào)整風(fēng)粉配比和一次風(fēng)速,有利于提高燃燒熱效率,達(dá)到安全穩(wěn)定燃燒的目的。
參數(shù)測量的必要性
 電站鍋爐利用煤的燃燒發(fā)熱,通過傳熱對水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生高壓蒸汽，推動汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的電能。在這一復(fù)雜的過程中，天然煤要通過巨大的球磨機(jī)磨成合乎要求的細(xì)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(jī)。煤粉由給粉機(jī)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(jì)性是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。如果濃度過高，將會導(dǎo)致燃燒不充分，而使很多煤粉沒有在爐堂中燃燼，就隨同煙氣一起排入大氣中。這不僅會造成燃料的損失，還會對大氣產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。不僅如此，濃度過高還容易引起風(fēng)管堵粉和燃燒器出口結(jié)焦等安全事故。相反，如果濃度過低，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(yīng)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，如果濃度過低，還會造成由于粉量不足而使?fàn)t堂滅火的安全事故。由此可見，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(dá)到安全經(jīng)濟(jì)燃燒的目的。
 不僅煤粉濃度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，而一次風(fēng)速也同樣如此，它同樣影響著鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。風(fēng)速過低會造成風(fēng)管堵粉和燃燒器噴口結(jié)焦；風(fēng)速過高會加大鼓風(fēng)機(jī)耗電量，還會使燃燒向后推移，加劇煤粉的不*燃燒。因此，一次風(fēng)速也必須保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，才能保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)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(jì)性和安全性是非常重要的，但從目前現(xiàn)場的實(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(tǒng)的靜壓表[2]，但它只能粗略和間接地反映一次風(fēng)速，而無法準(zhǔn)確測出煤粉濃度和一次風(fēng)速。隨著電站鍋爐向大容量和高參數(shù)的方向發(fā)展，這兩項(xiàng)指標(biāo)對燃燒的影響越來越大，準(zhǔn)確而直觀地測量它們已顯得十分迫切和必要。
測量裝置的功能和原理
 本裝置可以測量電站鍋爐燃燒過程中各一次風(fēng)管內(nèi)的熱風(fēng)溫度，煤粉溫度及風(fēng)粉混合物溫度，并根據(jù)熱平衡原理計(jì)算出煤粉濃度，還可測量一次風(fēng)速，并計(jì)算出相應(yīng)的風(fēng)量和粉量。運(yùn)行人員通過監(jiān)視煤粉濃度和風(fēng)速等參數(shù)，根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整風(fēng)門擋板開度和給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，使它們保持在一個(gè)*的運(yùn)行狀態(tài)。從而達(dá)到節(jié)能降耗和改善大氣環(huán)境，提高安全性和經(jīng)濟(jì)性的目的。
 本裝置zui多可對20根風(fēng)管進(jìn)行檢測，其結(jié)果通過面板迅速而直觀地顯示出來。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，且一旦超過允許范圍就立即進(jìn)行閃爍報(bào)警。由于LCD顯示信息量大，所有數(shù)據(jù)都可在一個(gè)屏幕內(nèi)顯示出來，因而觀察起來極其直觀、全面、準(zhǔn)確，而且還不需要任何操作按鍵用來進(jìn)行顯示切換，從而大大方了便用戶的使用。
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(shè)熱風(fēng)溫度為t1，煤粉溫度為t2，混合溫度為t3，根據(jù)熱平衡原理[1]、[5]，煤粉濃度按如下公式計(jì)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(shù)。t1、t2、t3的含義如前所述，單位為℃。
 系數(shù)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(dá)每秒20米以上，對熱電偶保護(hù)層有十分嚴(yán)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(jiān)固防磨型熱電偶，這樣才能保證其長期安全使用。而其他兩支只需采用一般普通熱電偶就可以了。