CN103335324B - 一种变转速旋转式煤粉分配器及其分配方法 - Google Patents

Abstract

一种变转速旋转式煤粉分配器及其分配方法，适用于火力发电厂制粉系统。该煤粉分配器包括入口锥、外筒、转子、消旋挡板、出口支管以及驱动控制系统；转子布置在外筒内部；消旋挡板布置在转子上方，并将外筒圆形区域均匀分成至少三个扇形区域；出口支管布置在消旋挡板的上方，每个扇形区域对应一个出口支管。转子采用周期性变速旋转方式，在一个周期内，任何位置的带粉气流通过转子后，被均匀的分配到整个圆周范围内。最终，带粉气流离开转子时，风量、粉量以及煤粉粒径分布同时变得完全均匀。本发明利用带粉气流在时间上风量、粉量和粉量粒径分布的连续性，可同时使风量、粉量及粉量粒径分布均匀，且不会改变带粉气流的浓度。<pb pnum="1" />

Description

一种变转速旋转式煤粉分配器及其分配方法

技术领域

本发明涉及一种煤粉分配器，特别涉及一种适用于火力发电厂制粉系统中的煤粉分配器及其分配方法。

背景技术

现代锅炉大都采用直吹式制粉系统，通常每台磨煤机需向锅炉某一燃烧器层4台有时甚至8台燃烧器提供一次风。煤粉分配器的作用是将磨煤机研磨完成后的带粉气流均匀分配到若干一次风管路和燃烧器中，其性能对燃烧器、锅炉等的安全经济运行有重要的作用。

各煤粉管道之间的风粉比例不均衡将引起很多问题。当煤粉管道中风煤比例低于设计值时，就会引起飞灰含碳量增加，结渣现象严重及热负荷效率降低等现象；相反，当煤粉管道中风煤比例高于设计值时，则会引起热力型NOx的增加。因此，要提高锅炉运行的安全性和经济性，同时满足越来越严格的环保要求，一定要保证各燃烧器间带煤粉气流的分配均匀性。

磨煤机出口处煤粉的不均匀存在多种形式：风量的不均匀、粉量的不均匀和粉量粒径分布不均匀。煤粉分配器设计的难点在于，要同时保证上述三个量在各支管的均匀性。

风量的调节相对比较简单，一般采用平衡压差的办法。采用气动风门或者缩孔等设备，使所有支路管道总的阻力相等，达到各支路风量均匀的目的。

目前现有技术中有试图同时调整多个不平衡量的。例如：中国专利文献公开了一种双可调煤粉分配器（公告号CN2295917Y)，在壳体内装有煤粉浓、淡气流分离装置，将壳体分为浓相气流空间和稀相气流空间，然后对这两股气流分别进行分配和调节，再使一股浓相气流和一股稀相气流进行混合，实现煤粉支管(混合管后)的煤粉和空气的均匀分配；其实际运行效果为：风量和粉量的偏差在8～10%以内，其缺点是实际运行效果一般，且只能对风量和粉量进行均衡调整，无法对煤粉粒径分布进行调整。

中国专利文献公开的“采用涡旋射流的气动输送式煤粉分配器（公告号CN102652043A(名称为)，其原理是，在带粉气流分配之前，利用射流喷射装置向煤粉分配室切向喷射高压的空气或氮气，使气粉混合物在涡旋力的作用下混合达到均匀状态；其缺点一个是喷射高压气体后，会稀释原来的煤粉浓度，进而影响燃烧器的运行；另一个是实际运行时射流喷射装置的结构布置和各个喷射点的喷射量也会存在偏差，引起带粉气流新的不均匀现象的出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种变转速旋转式煤粉分配器及其分配方法，可同时使风量、粉量及粉量粒径分布均匀，且不会改变带粉气流的浓度。

本发明的技术方案如下：

一种变转速旋转式煤粉分配器，其特征在于：该煤粉分配器包括入口锥、外筒、带叶片的转子、消旋挡板、出口支管以及驱动控制系统，所述的转子布置在外筒内部；所述的消旋挡板布置在外筒内部的转子上方，并将外筒圆形区域均匀分成至少三个扇形区域；出口支管布置在消旋挡板的上方，每个扇形区域对应一个出口支管；驱动控制系统包括变频电机和变频器，变频器通过控制线路与变频电机连接，变频电机的输出轴与转子的轴固连。

本发明的另一技术特征是：所述的出口支管的截面由扇形渐变到圆形。

本发明提供的一种变转速旋转式煤粉分配方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）带粉气流首先进入分配器下部的入口锥，之后进入旋转的转子区域；

2）转子在驱动控制系统的控制下，以周期性的变速旋转方式运行，周期T和转速w满足下列关系式：

$T={2t}_0=\frac{{\mathrm{\&pi;D}}^{2}L}{2Q};$

$w=\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{k\&pi;}/T,\mathrm{mT}\&le;t<\mathrm{mT}+T/2\\ -2\mathrm{k\&pi;}/T,\mathrm{mT}+T/2\&le;t<(m+1)T\end{array}\right.$

其中：

k=1，2，3……

m=0，1，2……

T—周期，单位为s；

t—转子运行时间，单位为s；

t₀—气流轴向穿过转子的时间，单位为s；

Q—带粉气流体积流量，单位为m³/s；

D—外筒的内径，单位为m；

L—转子高度，单位为m；

w—转子瞬时角速度，单位为rad/s。

本发明具有如下优点及突出性的技术效果：①本发明利用特殊的结构和运行方式，突破了传统的煤粉分配器只能将风量和粉量均匀分配的技术难点，利用带粉气流在时间上风量、粉量和粉量粒径分布的连续性，实现空间上，主要是切向方向上的均匀分配。②分配均匀性高，随着转子叶片的数量增加，最终的均匀效果会越好。③不会改变带粉气流的浓度，也不会加剧管道的磨损。

附图说明

图1为变转速旋转式煤粉分配器的结构原理示意图。

图2为变转速旋转式煤粉分配器立体图示意图。

图3为出口支管立体图示意图。

图4为消旋挡板立体图示意图。

图5为转子转速随时间变化的函数图。

图6为气流进出转子角度差随进入时间的函数图。

图中：1-入口锥；2-外筒；3-转子；4-消旋挡板；5-出口支管；6-驱动控制系统。

具体实施方式

下面将结合附图详细描述本发明的结构、原理和工作过程。

如图1、图2为本发明提供的变转速旋转式煤粉分配器的结构原理示意图，该煤粉分配器包括入口锥1，外筒2、转子3、消旋挡板4、出口支管5以及驱动控制系统6；入口锥1为上大下小的圆锥形管道；转子由若干叶片及转动轴组成，所述的转子3布置在外筒1的内部；所述的消旋挡板4布置在外筒内部的转子3上方，并将外筒圆形区域均匀分成至少三个扇形区域；出口支管5布置在消旋挡板4的上方，每个扇形区域对应一个出口支管5；驱动控制系统6包括变频电机和变频器，变频器通过控制线路与变频电机连接，变频电机的输出轴与转子3的轴固连。出口支管5的截面是从扇形渐变到圆形，其上端与通往燃烧器的一次风管连接；驱动控制系统6由变频器和变频电机组成，通过变频器内部的PLC模块，实现变频电机周期性变速的转动输出，带动转子变转速旋转。

图4为消旋挡板立体图示意图，该消旋挡板安装于转子上方，其数量和出口支管5的数量一致（如图3所示），能够一定程度上消除转子3旋转引起的气流切向速度，从而减少能减少管道的磨损。出口支管5下部截面为扇形，上部截面为圆形，与通往燃烧器的一次风管道相连。出口支管的布置方式能为驱动控制系统6提供安装空间，不仅结构紧凑，而且能最大限度的减少流动阻力。

本发明的工作原理如下：分布不均匀的带粉气流首先进入分配器下部的入口锥1，由于流通面积的逐渐扩大，轴向速度逐渐降低。之后进入旋转的转子区域。驱动控制系统6通过变频器内部的PLC模块，实现变频电机周期性的电信号输出，控制变频电机做变速功率输出。转子在变频电机的带动下，采用周期性的变速旋转方式运行。同一位置的带粉气流，在不同时刻进入转子，离开转子时的位置是不断变化的。控制转子的变速周期，使气流轴向穿越转子的时间正好是转子的变速周期的二分之一，那么在一个变速周期内，任何位置的带粉气流通过转子的作用，在离开转子时，被均匀的分配到360度的范围内。由于带粉气流的风量、粉量和粉量粒径在时间上的连续性，带粉气流离开转子时，在空间的切向方向，上述三个量实现分布均匀。

已经均匀的带粉气流，被消旋挡板4均匀分成若干部分，每部分进入一根出口支管（通往燃烧器的一次风管）。消旋挡板4能消除因转子旋转引起的气流的切向速度，因为过大的切向速度会加剧管道的磨损，减少管道的寿命。

本发明提供的变转速旋转式煤粉分配方法包括如下步骤：

1）带粉气流首先进入分配器下部的入口锥，之后进入旋转的转子区域；

2）转子在驱动控制系统的控制下，以周期性的变速旋转方式运行，周期T和转速w满足下列关系式：

$T={2t}_0=\frac{{\mathrm{\&pi;D}}^{2}L}{2Q};$

$w=\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{k\&pi;}/T,\mathrm{mT}\&le;t<\mathrm{mT}+T/2\\ -2\mathrm{k\&pi;}/T,\mathrm{mT}+T/2\&le;t<(m+1)T\end{array}\right.$

其中：

k=1，2，3……

m=0，1，2……

T—周期，单位为s；

t—转子运行时间，单位为s；

t₀—气流轴向穿过转子的时间，单位为s；

Q—带粉气流体积流量，单位为m³/s；

D—外筒的内径，单位为m；

L—转子高度，单位为m；

w—转子瞬时角速度，单位为rad/s。

下面提供一个实施例以清楚说明本发明的意图和原理：

某火电厂的单台磨煤机实际通风量为Q=12.6m³/s，设计煤粉分配器的转子高度L=0.63m，外筒内径D=1.6m，气流通过转子的时间t₀=0.1s。

$T={2t}_0=\frac{{\mathrm{\&pi;D}}^{2}L}{2Q}=0.2\left(s\right);$

在第一个时间周期内（即m=0）,取k=1，则:

$w=\left\{\begin{array}{c}10\mathrm{\&pi;},0\&le;t<0.1\\ -10\mathrm{\&pi;},0.1<t\&le;0.2\end{array}\right.$

式中，w—转子转速，单位rad/s（弧度每秒）；t—时间，单位s（秒）。

转子的转速变化函数如图5所示。转速变化的周期为0.2秒：前0.1秒转速为10π(rad/s)。后0.1为-10π(rad/s)。

设计的18片叶片将转子区域均匀等分成的18个区域，分别叫做：A1、A2、A3…Ai…A18；定义Ai_t表示从Ai区域在t时刻进入转子的带粉气流。

对于任意Ai_t，其离开转子时为t+0.1s时刻，在t～t+0.1s时间段内，该气流会随着转子旋转一定角度：

$\mathrm{\&theta;}(\mathrm{Ai}\_t)=\underset{t}{\overset{t+0.1}{\&Integral;}}\mathrm{wdt}=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&pi;}(1-20t),0\&le;t\&le;0.1\\ \mathrm{\&pi;}(20t-3),0.1<t<0.2\end{array}\right.;$

其函数图形如图6所示。其含义是对于任意的Ai，一个时间周期（0.2s）内，由于进入转子的时刻不同，其离开转子时，随转子旋转的角度也不同。并且这一个周期的变化正好对应空间上一个圆周。也就是说，对于任意Ai在一个时间周期进入转子的气流，被分成若干份，而这若干份在离开转子时，被均匀分配到整个圆周360度的范围内。

由于Ai是任意的，所以最终每一个区域都和上述的Ai一样的分配方式。在转子出口截面的任一区域，汇集了从A1-A18不同时间段的带粉气流。就这样，带粉气流的风量、粉量以及煤粉粒径分布变得都均匀。

Claims (3)

1.一种变转速旋转式煤粉分配器，其特征在于：该煤粉分配器包括入口锥（1）、外筒（2）、带叶片的转子（3）、消旋挡板（4）、出口支管（5）以及驱动控制系统（6），所述的带叶片的转子布置在外筒内部；所述的消旋挡板（4）布置在外筒内部的转子上方，并将外筒圆形区域均匀分成至少三个扇形区域；出口支管（5）布置在消旋挡板（4）的上方，每个扇形区域对应一个出口支管（5）；驱动控制系统（6）包括变频电机和变频器，变频器通过控制线路与变频电机连接，变频电机的输出轴与转子的轴固连。

2.根据权利要求1所述的一种变转速旋转式煤粉分配器，其特征在于：所述的出口支管的截面由扇形渐变到圆形。

3.一种采用如权利要求1或2所述煤粉分配器的煤粉分配方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）带粉气流首先进入分配器下部的入口锥，之后进入旋转的转子区域；

2）转子在驱动控制系统的控制下，以周期性的变速旋转方式运行，周期T和转速w满足下列关系式：

$T={2t}_0=\frac{{\mathrm{\&pi;D}}^{2}L}{2Q};$

$w=\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{k\&pi;}/T,\mathrm{mT}\&le;t<\mathrm{mT}+T/2\\ -2\mathrm{k\&pi;}/T,\mathrm{mT}+T/2\&le;t<(m+1)T\end{array}\right.$

其中：

k=1，2，3……

m=0，1，2……

T—周期，单位为s；

t—转子运行时间，单位为s；

t₀—气流轴向穿过转子的时间，单位为s；

Q—带粉气流体积流量，单位为m³/s；

D—外筒的内径，单位为m；

L—转子高度，单位为m；

w—转子瞬时角速度，单位为rad/s。