CN103822669A - 锅炉的风粉在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉的实时监测，具体为一种锅炉的风粉在线监测方法，首先，在锅炉的一次风管上安装有差压式均速流量传感器1；在锅炉的给粉机30下游的落粉管50上安装有用于测量煤粉温度t₂的温度传感器T₂，在锅炉的一次风管上携带煤粉之前和之后的管路上分别安装有用于测量一次风温度t₁的温度传感器T₁和用于测量风粉混合物温度t₃的温度传感器T₃。本发明设计合理，可用于测量和显示管道输送的气体、气固两相流的流量，可长期保持高精度测量，能够准确在线监测出锅炉一次风的风速、风管风量、总风量、煤粉浓度及堵管报警、断粉报警信号。

Description

锅炉的风粉在线监测方法

技术领域

本发明涉及锅炉的实时监测，具体为一种锅炉的风粉在线监测方法。

背景技术

电厂锅炉燃烧过程中的每个一、二、三次风管的风速和风量，各个燃烧器的煤粉流量以及风与煤粉之间的比例，直接影响着锅炉的燃烧工况和锅炉的燃烧效率。特别是一次风为风粉混合物，如果各个燃烧器的煤粉流量和风速不均或者风和煤粉之间的比例偏离正常范围，将导致不完全燃烧，锅炉效率降低，甚至可能产生飞灰可燃物高，炉膛内部结焦，燃烧器烧坏及燃烧不稳定等问题。如果一次风速与煤粉浓度控制不当，很容易造成锅炉一次风管道的堵管或自燃，情况严重的可能引起燃烧器及一次风管烧损或锅炉灭火。所以，调整好各个燃烧器的风速风量和煤粉浓度及其之间的合理配比，不仅有利于达到炉内最佳的燃烧工况，而且能够保证炉膛内部燃烧动力场的平衡和稳定，控制好着火点和火焰中心位置，避免局部结焦和管屏局部过热等现象，进而提高锅炉的运行效率和可靠性，降低锅炉的运行和维修费用。

过去，锅炉调整一、二、三次风风速和风量的依据大都是采用传统静压表测量各个风管的静压值，用静压来间接反映风管道的工况。但是这种方法存在的问题是：①风管的静压与管内风粉混合物流动状况之间没有确定的关系，无法及时反映各个风管是否堵塞、断粉状况；②大多数情况下，风管风量的大小与其静压的高低没有确定的关系，根据静压测量值无法得到准确的风速和风量；③各风管阻力不同，很难根据静压值将各燃烧器的风煤参数调整到最佳。运行人员不能准确、快速地调整风粉配比，导致发电负荷不能及时跟踪电网分配负荷，造成经济损失以及人力资源的浪费。

发明内容

本发明为了解决目前无法准确在线监测出锅炉一次风、二次风和三次风的风速、风量及一次风管的煤粉浓度的问题，提供了一种锅炉的风粉在线监测方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种锅炉的风粉在线监测方法，首先，在锅炉的一次风管上带粉前的管路上安装有差压式均速流量传感器；在给粉机下游落粉管上安装有用于测量煤粉温度t₂的温度传感器T₂，在锅炉的一次风管上位于落粉管之前和之后的管路上分别安装有用于测量一次风温度t₁的温度传感器T₁和用于测量风粉混合物温度t₃的温度传感器T₃。

然后，差压式均速流量传感器的动压测量管和静压测量管分别通过引压管将动压信号和静压信号传输至微差压变送器，微差压变送器根据动压信号和静压信号获得差压△P，并将差压△P转换成标准电流信号后通过电缆将电流信号传输至控制显示装置；每个温度传感器经补偿导线将测得的温度信号传输至控制显示装置。

最后，经控制显示装置进行运算和逻辑判断，得到各一次风管的风速v、风管风量M、煤粉浓度μ并显示。

本领域技术人员根据风速的理论计算公式，并利用标准表采取现场试验、喷口实测的方法，对风速计算修正系数K进行标定，最后得到风速v的计算公式为式（1）：

$v=K\×\sqrt{\frac{\mathrm{\ΔP}(273+t_1)}{176.5}}...\left(1\right)$

其中，v：一次风的风速；

ΔP：均速流量传感器测得的差压；

t₁：一次风温度；

K：流速标定系数。

风管风量M的计算方法即风速v乘以风管的截面S，其计算公式为式（2）：

M=v*S……………………………….………………….（2）

根据流体的质量守恒和能量守恒方程，得出煤粉浓度μ的计算公式如式（4）：

$\mathrm{\μ}=\frac{K_q\×t_1-K_h\×t_3}{t_3-t_2}...\left(4\right)$

其中，μ：煤粉浓度；

t₁：热风温度；

t₂：煤粉温度；

t₃：风粉混合物温度；

K_q：计算常数，0.88；

K_h：计算常数，0.826。

上述差压式均速流量传感器的结构特征及使用方法已在专利号ZL201320445227.8内公开。

如图1所示，在中间储仓式制粉系统中，供给锅炉的煤粉由给粉机控制。经落粉管在一次风管里与一次风混合后，在一次风的裹携下送到炉膛内燃烧。根据流体力学和空气动力学理论及实践表明，流体的流速与其动静压之差或与其节流压差的平方根成正比。在一次风管上安装差压式均速流量传感器，流体流过时通过动压测量管产生动压信号，通过静压测量管产生静压信号，微差压变送器根据这两个信号获得差压，差压信号以电流形式送到控制显示装置，经过参数补偿和数学运算处理，原理如公式（1）（2）（3），可得一次风管的风速、风量、总风量。在一次风管的带粉前管段、落粉管、风粉混合后的一次风管段分别安装温度测点，测量一次风温度、煤粉温度以及风粉混合物的温度。然后，根据流体的质量守恒和能量守恒方程，可计算出煤粉浓度。

工作时，差压式均速流量传感器垂直安装在一次风管上，如图1所示。通过差压式均速流量传感器采样的是一次风管的管道内动压信号与静压信号，通过引压管送入微差压变送器获得差压△P。微差压变送器将差压信号△P转换成4～20mA信号，通过电缆传送到控制显示装置。由温度传感器测得的一次风温度t₁、煤粉温度t₂以及风粉混合物温度t₃经补偿导线接入控制显示装置。控制显示装置根据两相流体质量和能量守恒原理计算出一次风管内的煤粉浓度，将结果输出到显示系统，可显示成表格、柱状图、曲线图等不同形式。这样锅炉运行人员可以随时获得准确、定量的一次风管的风速、风量和一次风管的煤粉浓度值，判断出是否处于配比合理的范围，这样，有利于运行人员调整好各个燃烧器的风量和煤粉浓度及其之间的合理配比，达到锅炉内最佳的燃烧工况，保证炉膛内部燃烧动力场的平衡和稳定，控制好着火点和火焰中心位置，避免局部结焦和管屏局部过热等现象，进而提高锅炉的运行效率和可靠性，降低锅炉的运行和维修费用。

本发明设计合理，可用于测量和显示管道输送的气体、气固两相流的流量，与已在专利号ZL201320445227.8内公开的差压式均速流量传感器配套。由于一次风风粉混合物容易造成差压式均速流量传感器动静压测量管上的取压孔与传压管路的堵塞，所以要配套专利号为201320738759.0中所述的风粉在线监测系统中的反吹扫系统，以有效防止传感器的堵塞和引压管路的不畅。本发明可长期保持高精度测量，能够准确在线监测出锅炉一次风的风速、风量及风粉浓度等参数，具有宽量程、低压损、易安装、易维护的优点。

附图说明

图1是本系统中单路在线监测连接示意图。

图中，1-差压式均速流量传感器，2-引压管，3-微差压变送器，4-控制显示装置，20-储粉仓，30-给粉机，40-炉膛，50-落粉管。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明。

一种锅炉的风粉在线监测方法，首先，在锅炉的一次风管上带粉前的管路上安装有差压式均速流量传感器1，差压式均速流量传感器1在一次风管上的安装位置优选为：一次风管上安装差压式均速流量传感器1的上游有大于3倍管径的直管段、下游有大于2倍管径的直管段；在给粉机30下游的落粉管50上安装有用于测量煤粉温度t₂的温度传感器T₂，在锅炉的一次风管上位于落粉管50之前和之后的管路上分别安装有用于测量一次风温度t₁的温度传感器T₁和用于测量风粉混合物温度t₃的温度传感器T₃；如图1所示。

然后，差压式均速流量传感器1的动压测量管和静压测量管分别通过引压管2将动压信号和静压信号传输至微差压变送器3，微差压变送器3根据动压信号和静压信号获得差压△P，然后将差压△P转换成4～20mA电流信号后通过电缆将电流信号传输至控制显示装置4（采用DCS或者PLC）；每个温度传感器经补偿导线将测得的温度信号传输至控制显示装置4。

最后，经控制显示装置进行运算和逻辑判断，得到各一次风管的风速v、风管风量M、总风量M_总、煤粉浓度μ及堵管报警、断粉报警信号并显示。

所述风速v的计算公式为式（1）：

$v=K\×\sqrt{\frac{\mathrm{\ΔP}(273+t_1)}{176.5}}...\left(1\right)$

其中，v：一次风的风速；

ΔP：均速流量传感器测得的差压；

t₁：一次风温度；

K：流速标定系数，根据现场试验，比对喷口人工实测与本差压式均速流量传感器的测量结果进行标定，标定后系数在0.8-1.1的范围。

风管风量M的计算方法即风速v乘以风管的截面S，其计算公式为式（2）：

M=v*S……………………………….………………….（2）

总风量M_总为各个一次风管内的风量的总和，其计算公式为式（3）：

M_总=∑M_i（i为一次风管的管道个数，i=1,2,3Ln）……（3）

总风量将作为锅炉燃烧调整的依据。

所述煤粉浓度μ的实际计算公式为式（4）：

$\mathrm{\μ}=\frac{K_q\×t_1-K_h\×t_3}{t_3-t_2}...\left(4\right)$

其中，μ：煤粉浓度；

t₁：热风温度；

t₂：煤粉温度；

t₃：风粉混合物温度；

K_q：计算常数，0.88；

K_h：计算常数，0.826。

本发明煤粉浓度μ的计算方法中设置有小信号切除，当给粉机转速v_给粉为0或者是一次风速v小于设定值v_min时，这时的煤粉浓度μ输出将为零。用逻辑表达式表示为：

μ=(v_给粉=0)||(v<v_min)其中，v_min可根据实际情况进行调整。

本系统对每一根一次风管设计了异常报警功能，包括断粉报警和堵管报警，当一次风速v>v_min、给粉机转速v_给粉>γ_min、煤粉浓度μ<μ_min（γ_min为给粉机启动时的转速下限，μ_min为煤粉浓度的最小设定值，γ_min、μ_min可根据实际情况进行设定调整）这三个条件都满足时，本系统就会进行断粉报警。当风门处于开状态时，一次风速v<v_min，本系统就会进行堵管报警。

具体实施时，所述温度传感器T₁、T₂及T₃采用热电偶。

工作时，动压测量管和静压测量管分别穿过堵头的通孔并固定组合成组合体，通过堵头的螺纹固定于管座内，管座固定于被一次风管（风道）的外表面，即动压测量管一端浸没在一次风管的管道内、另一端穿过堵头暴露在一次风管的管道外侧，动压测量管为笛形管，浸没在一次风管的管道内的一端的迎风面上设置一排动压取压孔；静压测量管一端插入一次风管的管道内、另一端暴露在一次风管的管道外。那么，一次风管的的风从动压取压孔进入动压测量管，从静压测量管的一端（静压取压孔）进入静压测量管，静压测量管只需突出风道的内壁即可，不需要伸入太长。

上述方法同样可以用来测量锅炉二次或三次风管的参数。

Claims (3)

1.一种锅炉的风粉在线监测方法，其特征在于：

首先，在锅炉的一次风管上带粉前的管路上安装有差压式均速流量传感器（1）；在锅炉的落粉管（50）的管路上安装有用于测量煤粉温度t₂的温度传感器T₂，在锅炉的一次风管上带粉前和带粉后的管路上分别安装有用于测量一次风温度t₁的温度传感器T₁和用于测量风粉混合物温度t₃的温度传感器T₃；

然后，差压式均速流量传感器（1）的动压测量管和静压测量管分别通过引压管（2）将动压信号和静压信号传输至微差压变送器（3），微差压变送器（3）根据动压信号和静压信号获得差压△P，然后将差压△P转换成电流信号后通过电缆将电流信号传输至控制显示装置（4）；每个温度传感器经补偿导线将测得的温度信号传输至控制显示装置（4）；

最后，控制显示装置（4）经计算判断显示出一次风管的风速V、煤粉浓度μ及风量M；

所述风速v的计算公式如式（1）：

$v=K\&times;\sqrt{\frac{\mathrm{\&Delta;P}(273+t_1)}{176.5}}...\left(1\right)$

其中，v：一次风的风速；

ΔP：均速流量传感器测得的差压；

t₁：一次风温度；

K：流速标定系数；

风量M的计算方法即风速v乘以风管的截面S，其计算公式如式（2）：

M=v*S……………………………….………………….（2）

所述煤粉浓度μ的实际计算公式如式（4）：

$\mathrm{\&mu;}=\frac{K_q\&times;t_1-K_h\&times;t_3}{t_3-t_2}...\left(4\right)$

其中，μ：煤粉浓度；

t₁：一次风温度；

t₂：煤粉温度；

t₃：风粉混合物温度；

K_q：计算常数，0.88；

K_h：计算常数，0.826。

2.根据权利要求1所述的锅炉的风粉在线监测方法，其特征在于：差压式均速流量传感器（1）在一次风管上的安装位置为：差压式均速流量传感器（1）的上游有大于3倍管径的直管段、下游有大于2倍管径的直管段。

3.根据权利要求1或2所述的锅炉的风粉在线监测方法，其特征在于：所述温度传感器T₁、T₂及T₃采用热电偶。

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