一種電站鍋爐燃燒風(fēng)粉測量裝置的設(shè)計研究
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電站鍋爐利用煤的燃燒發(fā)熱,通過傳熱對水進行加熱，產(chǎn)生高壓蒸汽，推動汽輪發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生強大的電能。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。煤粉由給粉機從粉倉中絞出，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)濟性是一個非常重要的指標(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)濟燃燒的目的。
不僅煤粉濃度是一個非常重要的指標(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)機耗電量，還會使燃燒向后推移，加劇煤粉的不完全燃燒。因此，一次風(fēng)速也必須保持在一個合理的范圍內(nèi)，才能保證鍋爐的安全經(jīng)濟燃燒。
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)濟性和安全性是非常重要的，但從目前現(xiàn)場的實際情況看，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。
2 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)熱平衡原理計算出煤粉濃度，還可測量一次風(fēng)速，并計算出相應(yīng)的風(fēng)量和粉量。運行人員通過監(jiān)視煤粉濃度和風(fēng)速等參數(shù)，根據(jù)需要及時調(diào)整風(fēng)門擋板開度和給粉機轉(zhuǎn)速，使它們保持在一個最佳的運行狀態(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)濟性的目的。
本裝置最多可對20根風(fēng)管進行檢測，其結(jié)果通過面板迅速而直觀地顯示出來。面板是采用先進的LCD顯示技術(shù)，可同時顯示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行閃爍報警。由于LCD顯示信息量大，所有數(shù)據(jù)都可在一個屏幕內(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行顯示切換，從而大大方了便用戶的使用。
2.1 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。
2.2 風(fēng)速測量
風(fēng)速測量是采用動壓式測量方法。在一根風(fēng)管中安裝有兩支靠背式動壓測速管，迎風(fēng)管壓力減去背風(fēng)管壓力即為其動壓(差壓)。將此動壓值經(jīng)差壓變送器變換成電信號后，即可測出風(fēng)速值，如圖2所示。
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