基于煤粉濃度在線監(jiān)測下煤粉鍋爐的節(jié)能研究

基于煤粉濃度在線監(jiān)測下煤粉鍋爐的節(jié)能研究王強，周乃君，梅熾中南大學(xué)應(yīng)用物理與熱能工程系，湖南長沙410083混合后煤粉濃度的新方法，并且介紹了對次風(fēng)管中煤粉濃度風(fēng)速實現(xiàn)在線實時監(jiān)測的過程和方法。實踐證明在應(yīng)用此系統(tǒng)后，煤粉濃度的在線監(jiān)測與控制有利于煤粉充分燃燒，并取得了很好的節(jié)能效果。

　　1引目對于氣固兩相流動的煤粉濃度的精確測量來說，目前還存在較大的困難。國內(nèi)外學(xué)者對于熱風(fēng)送粉鍋爐的煤粉濃度測量做了大量的研究2，文獻3也對監(jiān)測鍋爐燃燒中風(fēng)煤配比的情況進行了研究，但沒有考慮到風(fēng)粉混合過程中壓力損失對煤粉濃度的影響。由于以往風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)的次性投資比較大，給進步研究開發(fā)帶來較大的困難。

　　在經(jīng)過大量的實驗和研究后，筆者找到種更簡單高效實用適合工程應(yīng)用的煤粉濃度測量的方法，而且已開發(fā)出相關(guān)軟件，對乏氣送粉鍋爐次風(fēng)管中煤粉濃度風(fēng)速進行直觀量化的有效監(jiān)測，特別是有利于工作人員準(zhǔn)確調(diào)節(jié)次風(fēng)量煤粉濃度，這對確保煤粉在爐膛內(nèi)完全燃燒，減少灰渣和飛灰穩(wěn)定性都有著重要的意義。

　　2建立數(shù)學(xué)模型2.1模型假設(shè)嚴格地講，風(fēng)粉混合物的流動屬于氣固兩相流的范疇，為了便于導(dǎo)出乏氣送粉系統(tǒng)中煤粉濃度的計算關(guān)系，對風(fēng)粉混合過程做如下假設(shè)6氣粉混合物在管道中的流動為稀疏相流動，煤粉顆粒較均勻分布在管道中，煤粉濃度！定義為單位質(zhì)量的空氣中所攜帶煤粉質(zhì)量，次風(fēng)中煤粉混合物的流動屬于旺盛的紊流狀態(tài)，假設(shè)煤粉粒子具有相同尺寸，且均為球形�；旌锨按物L(fēng)攜帶極少量的煤粉，其特性以純空氣特性考慮；次風(fēng)管中風(fēng)粉充分混合后，空氣和其所攜帶的煤粉均有相同的流速；將氣粒兩相流中煤粉顆粒的運動視為種特殊的流體，它在管道中運動也有摩擦阻力和局部阻力，所引起的附加壓損分別服從達西公式及局部損失的般公式。

　　2.2測量原理在乏氣送粉系統(tǒng)中，風(fēng)粉混合前次風(fēng)的風(fēng)速壓力和溫度以及風(fēng)粉混合后壓力和溫度均可測得。鍋爐燃燒系統(tǒng)送粉管道中風(fēng)粉混合物屬于稀疏相氣固兩相流動6，忽略混合過程中的散熱損失和壓縮性，則混合前后的過程滿足氣體狀態(tài)方程連續(xù)性方程及能量守恒方程。風(fēng)粉混合意1.

　　1氣體狀態(tài)方程混合前后空氣的壓力溫度和密度分別為尺2氣體的連續(xù)性方程vv2分別是空氣混合前后的速度，v3是風(fēng)粉混合后的速度，由前面假設(shè)知2=，7是混合物中煤粉的體積與混合物的體積之比，可推出2和煤粉濃度的關(guān)系式為，由式2知⑶氣粉混合物的修正狀態(tài)方程121是混合物的質(zhì)量比4風(fēng)粉混合前后的能量守恒方程沿程阻力損失戶，+蘆義。，l+K=a，根據(jù)日本學(xué)者刀根英明提出的公式壓損比=+在兩相流氣力輸送中多采用柏列斯公式05+，力是管道公稱直徑。

　　局部阻力損失戶心，根據(jù)文獻資料，在乏氣送粉系統(tǒng)中風(fēng)粉混合處的局部阻力系數(shù)可在0.150.4范圍內(nèi)取值，或現(xiàn)場直接標(biāo)定。結(jié)合以上各式且風(fēng)粉混合前后次風(fēng)的溫度壓力速度可測，混合后風(fēng)粉混合物的溫度壓力可測的情況下，風(fēng)粉混合后風(fēng)粉混合物的密度！3流度3！18和！1均為煤粉濃度的函數(shù)，即可以得到乏氣送粉方式下進入爐膛次風(fēng)管內(nèi)的煤粉濃度的方程，由式5即可求出次風(fēng)管內(nèi)煤粉濃度。

　　3監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和集成系統(tǒng)由上位計算機0構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及溫度壓力變送器和差壓變送器等構(gòu)成。

　　3.模塊設(shè)計本系統(tǒng)1模塊由日本菱公司的，2系列的個功能模塊組成，2.0基本單元包括中央處理器CPU存儲器RAM2k步時鐘以及擴展接口，其中點數(shù)為1212，個六擴展模塊完成對次風(fēng)管的24路溫度信號16路壓力信號的數(shù)據(jù)采集。通信模塊完成1與上位計算機之間的信息交換。

　　6路壓力測點信號224路溫度測點信號1乙，以掃描方式運行監(jiān)控程序。典型的掃描過程外，其余部分均為0的系統(tǒng)監(jiān)控程序。在內(nèi)部處理階段，0檢查1模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成些別的內(nèi)部工作。在通訊服務(wù)階段，1與別的帶微處理器的智能裝置通訊。在輸入處理階段，0把所有外部輸入信號的通斷狀態(tài)讀入到它的輸入映象寄存器中。在用戶程序執(zhí)行階段，10逐條解釋和執(zhí)行用戶程序，將運算結(jié)果寫入元件映象寄存器相應(yīng)的單元。在輸出處理階段，將輸出映象寄存器的狀態(tài)傳送到輸出寄存器，經(jīng)輸出隔離和功率放大后，驅(qū)動外部負載。

　　3.2上位機軟件系統(tǒng)的組成上位計算機軟件由6.0開發(fā)而成0是種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，因其代碼簡單靈活性好效率高等特點成為0，23環(huán)境下軟件開發(fā)繼承性，特別便于實時數(shù)據(jù)的訪問和查詢12345.上位機軟件組成結(jié)構(gòu)4，主要實現(xiàn)如下功能并送入上下限設(shè)定值；報警打印當(dāng)風(fēng)速風(fēng)粉濃度參數(shù)超過上下限值時，將顯當(dāng)前報警信號，提醒工作人員進行處理，報警時實時打印，項報警打印行。3.3動態(tài)鏈接庫的開發(fā)由于沒有提供直接的10操作功能，當(dāng)用戶使用；轉(zhuǎn)換卡或像采集卡即插即用的功能板給用戶編程帶來困難，用戶可運用1301叉串行通訊控件動態(tài)數(shù)據(jù)交換或動態(tài)鏈接庫技術(shù)。關(guān)于這種不同技術(shù)的特點參考文獻5已有較詳細的說明，為適應(yīng)現(xiàn)場的需要，筆者運用的是，技術(shù)，是姐肛，3，代。0，23的重要特點，程序人員利用它可以實現(xiàn)應(yīng)用程序共享代碼和衍0，23的重要資源。其主要優(yōu)點是，可與用戶的程序分開，用戶可更新，而不用更改可執(zhí)行文件，并且有利于維護整個監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定。用，40 C++Builder4.04編制動態(tài)鏈接庫其基本框架結(jié)構(gòu)是個函數(shù)函數(shù)出口函數(shù)！自定完成初始化工作；出口函數(shù)！是在被卸出之前。0，23調(diào)用它做些清除工作；自定義函數(shù)是開發(fā)，的核心部分。自定義函數(shù)由其它的應(yīng)用程序調(diào)用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)10.

　　下，就可在中直接通過；尺聲明來訪問及其編譯器，實現(xiàn)與！之間的數(shù)據(jù)通信。

　　4應(yīng)用實例廣西平果鋁業(yè)集團公司熱力廠的2爐在運行過程中由于角次風(fēng)流量不均，噴燃器出口煤粉濃度不均而導(dǎo)致爐膛火焰中心偏斜，從而引起爐膛氣流沖刷后墻及右墻，使得爐膛后側(cè)及右側(cè)水冷壁嚴重磨損，爐膛結(jié)焦嚴重，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒不充分，鍋爐出力也不高，此外灰渣和煙氣的含碳量都明顯偏高，既造成能源浪費，又不利于環(huán)境保護。

　　為緩解結(jié)焦減少黑煙，提高鍋爐出力，在2，爐上采用了主界面5的風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)，從現(xiàn)場的情況來看，在線監(jiān)測系統(tǒng)取得很好的效果。工作人員根據(jù)在線顯的風(fēng)速煤粉濃度調(diào)節(jié)次風(fēng)量，基本上保證了8根次風(fēng)管的煤粉濃度，風(fēng)速致。保證切圓不偏離中心，使鍋爐燃燒器以角切圓方式穩(wěn)定燃燒，鍋爐出力達到了額定出力。6是在該系統(tǒng)應(yīng)用前后，分別次對煙氣灰渣取樣測試含碳量的數(shù)據(jù)，可看出煙氣灰渣含碳量分別降低減少5以上，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒充分，節(jié)能效果非常顯著，大大提高了鍋爐的運行經(jīng)濟性。

　　5總結(jié)過程中的壓力損失影響，并運用能量法測量次風(fēng)管中風(fēng)粉混合后煤粉濃度的方法是可行的，模型和算法是可靠的。由此開發(fā)的軟件得到推廣和應(yīng)用，將可為乏氣送粉角切圓方式燃燒鍋爐運行的穩(wěn)定性安全性提供可靠的保障，以及鍋爐的經(jīng)濟節(jié)能運行提供有力的支持和幫助。

　　3系統(tǒng)應(yīng)用前灰渣煙氣含碳量2，4系統(tǒng)應(yīng)用后灰渣煙氣含碳量李新華。密度濃度測量在線監(jiān)測系統(tǒng)。北京中國計量出版社，1991.

　　金林，沈炯。乏氣送粉鍋爐煤粉濃度軟測量技術(shù)及其仿真研方彥軍，李敏，周洪�；痣姀S鍋爐次風(fēng)風(fēng)速及給粉濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)。動力工程，19986.