CN105004879A - 一种煤粉气流的速度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉气流的速度测量方法，包括以下步骤：步骤1在煤粉管道中安装仅包括收缩段的文丘里管；步骤2在实验室通过实验获得的差压系数k和测量常数f，由管道尺寸计算管道面积A；步骤3测量气流温度T，确定气流密度ρ；步骤4通过制粉系统的出力情况获得煤粉的质量流量m_p；步骤5测量煤粉气流流过文丘里时的差压ΔP_m，且确定煤粉气流的速度V。此测量方法使用一段文丘里管的差压来测量煤粉气流的速度，简化了测量环节，测量方法简便易行。本发明的测量方法避免了两段文丘里管的测量误差的叠加，有利于提高测量精度。本方法只需测量一段文丘里管的差压，减少了煤粉气流的测量元件，提高了测量的可靠性。

Description

一种煤粉气流的速度测量方法

技术领域

本发明涉及一种煤粉与空气混和物的流动速度测量方法，尤其是一种直吹式制粉系统的煤粉管道中煤粉气流的速度测量方法。

背景技术

在电力、能源、石油、化工、建材等领域，煤粉锅炉作为产生高温高压蒸汽的动力设备而被广泛采用。在燃煤锅炉及其辅助系统中，原煤被磨制成为煤粉并被气流输送进入炉膛燃烧，放出热量，加热锅炉受热面中的工质产生蒸汽。

煤粉气流的流动速度是煤粉锅炉稳定运行的重要参数，准确测量与控制煤粉气流的速度是保证燃煤锅炉运行安全性与经济性的关键技术之一。

由于煤粉气流中煤粉的存在，插入式的测量元件很快就会被堵塞或磨损，测量的准确性和可靠性无法保证，使用维护都比较困难。文丘里管是一种非插入式的测量元件，在洁净气流的速度测量方面得到了广泛的应用。对于在煤粉气流测量中应用文丘里管，目前的研究和探索集中于使用长颈的文丘里管，需要由收缩段和扩张段两节文丘里管共同组成测量段，这样的文丘里管有一个较长的喉部，这就使测量段长度大大增加，一来增加了额外的阻力，二来也使管道布置困难，在设备现场可能无法布置安装过长的测量管段。在应用这样的系统进行测量时需要两段文丘里的差压来计算煤粉浓度和气体流量，增加了测量的复杂性，加大了设备维护的负担。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺点，本发明具体公安了一种煤粉气流的速度测量方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种煤粉气流的速度测量方法，包括以下步骤：

步骤1在煤粉管道中安装仅包括收缩段的文丘里管；

步骤2获得步骤1所述的文丘里管的差压系数k、测量常数f；

步骤3确定煤粉气流所流经的管道横截面面积A；

步骤4测量煤粉气流温度T，确定煤粉气流密度ρ；

步骤5获得煤粉的质量流量m_p；

步骤6测量煤粉气流流过文丘里时的差压ΔP_m，且确定煤粉气流的速度V。

所述的步骤2中所述的差压系数k的测量方法如下：

在实验条件下测量空气流过文丘里管时的速度V₀和文丘里管的差压ΔP₀，根据气流温度T₀计算出此时的气流密度ρ₀，由

$k=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_0}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_0{V}_0^2}---\left(1\right)$

得到差压系数k。

所述的步骤2中所述的测量常数f的测量方法如下：测量浓度为μ₀的煤粉气流以相同速度V₀流过文丘里管时的差压ΔP_m0，由

$f=\frac{\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{m0}}{\mathrm{\Δ}{P}_0}-1}{{\mathrm{\μ}}_0}---\left(2\right)$

得出测量常数f。

步骤4所述的测量气流温度T是通过放置在气流中的热电偶进行测量，在文丘里管的入口处设有多个气流温度测点，进而求平均值地获得气流的温度T。

步骤4确定气流密度ρ的方法如下：

将测量气流温度T，带入到公式(3)得出：

$\mathrm{\ρ}=1.293\×\frac{273}{273+T}---\left(3\right)$

所述的步骤5通过制粉系统的出力情况获得煤粉的质量流量m_p方法如下：

通过为磨煤机供煤的称重式的给煤机实时显示原煤流量，根据质量守恒，原煤流量等于煤粉的质量流量，即获得测量段的煤粉的质量流量m_p。

所述的步骤6中获得煤粉气流的速度V的方法如下：

测量煤粉气流流过文丘里时的差压ΔP_m，通过(4)式计算煤粉气流的速度V

$V=\frac{\sqrt{f^2{m}_p^2+8\frac{A^2}{k}\mathrm{\ρ\Δ}{P}_m}-f{m}_p}{2\mathrm{A\ρ}}---\left(4\right).$

本发明的有益效果如下：

本发明的测量方法使用仅包括收缩段的文丘里管完成流速测量，提出了一种针对仅包括收缩段的文丘里管的煤粉气流的速度测量方法，由于测量段的长度大为缩短便于在设备现场的安装与应用，此外，由于只需要一个测量段，系统阻力显著降低，有利于提高机组的运行经济性。

此外，此测量方法使用一段文丘里管的差压来测量煤粉气流的速度，简化了测量环节，测量方法简便易行。本发明的测量方法避免了两段文丘里管的测量误差的叠加，有利于提高测量精度。本方法只需测量一段文丘里管的差压，减少了煤粉气流的测量元件，提高了测量的可靠性。

附图说明

图1长颈文丘里示意图；

图2本发明所用文丘里管；

图3测量系统示意图；

图中：1给煤机，2磨煤机，3煤粉管道，4温度测点，5文丘里管测量段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

对于图2所示的文丘里管，在只有空气流过时，其测量段差压与气流速度有如下关系：

$\mathrm{\Δ}{P}_a=k\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{V}^2---\left(5\right)$

式中，ΔP_a为空气流过文丘里管时的测量段差压，Pa；

k为文丘里管的差压系数，由试验确定；

ρ为气体的密度，kg/m³；

V为气流速度。

在煤粉气流以相同速度流过该文丘里管时，测量段的差压ΔP_m与只有空气流过时的差压ΔP_a的关系可以表示为：

$\frac{\mathrm{\Δ}{P}_m}{\mathrm{\Δ}{P}_a}=1+\mathrm{f\μ}---\left(6\right)$

式中，f为文丘里管的测量常数，由试验确定；

μ煤粉气流的煤粉浓度，即煤粉气流中煤粉与空气的质量比，kg/kg；

对于燃煤电厂直吹式的制粉系统，煤粉浓度μ可以根据煤粉质量流量和气流速度计算得到：

$\mathrm{\μ}=\frac{m_p}{\mathrm{\ρAV}}---\left(7\right)$

式中，m_p为煤粉的质量流量，kg／s；

A为管道截面面积，m²；

由(1)、(2)、(3)式可得煤粉气流的速度与差压的关系式：

$\mathrm{\Δ}{P}_m=k\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{V}^2(1+\frac{f{m}_p}{\mathrm{\ρAV}})---\left(8\right)$

整理后得到

$\mathrm{A\ρ}{V}^2+f{m}_{p}V-2\frac{\mathrm{A\Δ}{P}_m}{k}=0---\left(9\right)$

由(5)式可解得煤粉气流的速度为：

$V=\frac{\sqrt{f^2{m}_p^2+8\frac{A^2}{k}\mathrm{\ρ\Δ}{P}_m}-f{m}_p}{2\mathrm{A\ρ}}---\left(4\right)$

具体的测量系统如图3所示：给煤机1与磨煤机2相连，磨煤机2出口的煤粉管道3上安装有文丘里管，在文丘里管上包括一段文丘里管测量段5，温度测点4安装在文丘里管的入口处测量段5的前面；具体的煤粉气流的速度测量方法如下：

步骤1在实验室通过实验获得文丘里的差压系数k和测量常数f，由管道尺寸计算管道面积A；

差压系数k的测量方法如下：

在实验条件下测量空气流过文丘里管时的速度V₀和文丘里管的差压ΔP₀，根据气流温度T₀计算出此时的气流密度ρ₀，由

$k=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_0}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_0{V}_0^2}---\left(1\right)$

得到差压系数k。

测量常数f的测量方法如下：测量浓度为μ₀的煤粉气流以相同速度V₀流过文丘里管时的差压ΔP_m0，由

$f=\frac{\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{m0}}{\mathrm{\Δ}{P}_0}-1}{{\mathrm{\μ}}_0}---\left(2\right)$

得出测量常数f。

步骤2测量气流温度T，确定气流密度ρ；

测量气流温度T是通过放置在气流中的热电偶进行测量，在直吹式制粉系统中设有多个气流温度测点，进而求平均值地获得气流的温度T。

确定气流密度ρ的方法如下：

将测量气流温度T，带入到公式(3)得出：

$\mathrm{\ρ}=1.293\×\frac{273}{273+T}---\left(3\right)$

步骤3通过制粉系统的出力情况获得煤粉的质量流量m_p；

直吹式制粉系统设有称重式的给煤机能够显示实时的原煤流量，根据质量守恒，原煤流量就等于煤粉的质量流量，即获得测量段的煤粉质量流量m_p。

步骤4测量煤粉气流流过文丘里时的差压ΔP_m，通过(4)式计算煤粉气流的速度V。

$V=\frac{\sqrt{f^2{m}_p^2+8\frac{A^2}{k}\mathrm{\ρ\Δ}{P}_m}-f{m}_p}{2\mathrm{A\ρ}}---\left(4\right)$

下面结合一个具体的实施例进行说明：

某文丘里管在只有空气流过时的差压系数经标定为k=0.56，其测量系数经实验确定为f＝0.8，由管道直径(0.4米)计算得到管道面积A为0.1256m²。

测量气流温度为75℃，计算出气流密度ρ为1.014kg/m³，由制粉系统运行情况得到管道的煤粉流量m_p为1.6kg/s。

$V=\frac{\sqrt{1.6384+0.2285\×\mathrm{\Δ}{P}_m}-1.28}{0.2547}---\left(8\right)$

由(7)式计算得到的煤粉气流流速见下表。

差压Pa	速度m／s
		50	9.17
100	14.40
		150	18.50
200	21.99
		250	25.07
300	27.87
		350	30.44
400	32.85

在煤粉质量流量变化时，测得的速度也会发生变化，速度受到测量段的差压和煤粉质量流量的影响，此时的煤粉气流速度可按(9)式计算：

$V=\frac{\sqrt{0.64m_p^2+0.2285\mathrm{\Δ}{P}_m}-0.8m_p}{0.2547}---\left(9\right)$

当气流温度变化时，气流密度也发生变化。在密度、煤粉流量都在实时变化时，煤粉气流的速度为：

$V=\frac{\sqrt{0.64m_p^2+0.2254\mathrm{\ρ\Δ}{P}_m}-0.8m_p}{0.2512\mathrm{\ρ}}$

上式与(7)式共同使用即可得出实时的流动速度。

Claims (7)

1.一种煤粉气流的速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1在煤粉管道中安装仅包括收缩段的文丘里管；

步骤2获得步骤1所述的文丘里管的差压系数k、测量常数f；

步骤3确定煤粉气流所流经的煤粉管道的横截面面积A；

步骤4测量煤粉气流温度T，确定煤粉气流密度ρ；

步骤5获得煤粉的质量流量m_p；

步骤6测量煤粉气流流过文丘里时的差压ΔP_m，且确定煤粉气流的速度V。

2.如权利要求1所述的煤粉气流的速度测量方法，其特征在于：所述的步骤2中所述的差压系数k的测量方法如下：

在实验条件下测量空气流过文丘里管时的速度V₀和文丘里管的差压ΔP₀，根据气流温度T₀计算出此时的气流密度ρ₀，由

$k=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_0}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_0{V}_0^2}---\left(1\right)$

得到差压系数k。

3.如权利要求1所述的煤粉气流的速度测量方法，其特征在于：所述的步骤2中所述的测量常数f的测量方法如下：测量浓度为μ₀的煤粉气流以相同速度V0流过文丘里管时的差压ΔP_m0，由

$f=\frac{\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{m0}}{\mathrm{\Δ}{P}_0}-1}{{\mathrm{\μ}}_0}---\left(2\right)$

得出测量常数f。

4.如权利要求1所述的煤粉气流的速度测量方法，其特征在于：步骤4所述的测量气流温度T是通过放置在气流中的热电偶进行测量，在文丘里管的入口处设有多个气流温度测点，进而求平均值地获得气流的温度T。

5.如权利要求1所述的煤粉气流的速度测量方法，其特征在于：步骤4确定气流密度ρ的方法如下：

将测量气流温度T，带入到公式(3)得出：

$\mathrm{\ρ}=1.293\×\frac{273}{273+T}---\left(3\right).$

6.如权利要求1所述的煤粉气流的速度测量方法，其特征在于：所述的步骤5通过制粉系统的出力情况获得煤粉的质量流量m_p方法如下：

通过为磨煤机供煤的称重式的给煤机实时显示原煤流量，根据质量守恒，原煤流量等于煤粉的质量流量，即获得测量段的煤粉的质量流量m_p。

7.如权利要求1所述的煤粉气流的速度测量方法，其特征在于：所述的步骤6中获得煤粉气流的速度V的方法如下：

测量煤粉气流流过文丘里时的差压ΔP_m，通过(4)式计算煤粉气流的速度V

$V=\frac{\sqrt{f^2{m}_p^2+8\frac{A^2}{k}\mathrm{\ρ\Δ}{P}_m}-f{m}_p}{2\mathrm{A\ρ}}---\left(4\right).$