CN1052943A - 管道输煤粉质量流量测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管道输煤粉质量流量测量方法 和装置。该法根据存在温差的气体与煤粉混合后将 出现热交换平衡这一原理，它属两相流体测量范畴， 其装置为智能计量仪器。测量方法概括成如下公式 煤粉质量流量M＝KM₁C₁(T₁-T₃)/C₂(T₃-T₂)+ △M。装置由传感器及其电路，微计算机及其外设组 成。温度传感器(2)、差压计(3)安装在输送管(5)中 的A与B处，温度传感器(6)安装在料仓管中C处， 温度传感器(7)安装在输送管中一次风与煤粉混合后 的E处。

Description

本发明公开一种管道输煤粉质量流量测量方法和装置。

本发明涉及两相流体测量领域，方法概括成公式，待测煤粉质量流量可通过传感器测得的数据利用计算机在线计算出来。装置属智能计量仪器，它由传感器及其信号传送电路，微计算机及相应的外围设备组成。

利用空气的能量输送粉粒体的方法在国民经济各部门逐渐得到应用，最典型的例子是用空气输送煤粉进入锅炉燃烧。这种既有气体又有固体粉粒的两相流体流量的测量比较困难。目前世界上用得最多的流量计是撞击式定向输入型流量计，它是利用物料冲击力来测量物料流量的。这种流量计的主要优点是不因粘附而产生零漂，体积小、重量轻，检测容易。另外根据使用对象的需要可做成完全密封的结构。这种流量计的时间常数为0.4秒，时延几乎为零，可适合作自动控制的检测手段。但这种流量计有因物性变化造成流量-输出特性变化的缺点且在粉尘很多的场合，这种流量计的维护工作量大，否则误差变化也大，甚至不能工作。苏联在与80万发电机组配套的T∏∏-200-1型锅炉中安装了较为先进的煤粉流量检测器，测量精度达到6%～8%，它的给煤粉机是特制的，由给煤粉机的转速代替给煤粉量，精度与煤粉仓中的煤粉高度有关。此外，国外有利用射线、超声波、微波、电容、电感等方法测量粉粒质量流量的，但国外现有技术一方面必须对输粉系统作较大改动，另一方面成本高，精度也不高，不适于火电厂应用，更不适合我国火电厂的具体情况，因此在国内电厂尚未见应用。

本发明的目的在于提供一种理论依据可靠，计量精度高、实施装置结构简单，易于维护和维修，对我国火电厂输煤粉系统无需作较大改造即能安装使用，用于测量管道输煤粉质量流量的方法和装置。

本发明所提供的计量方法是这样探索出来的：在火电厂中，输送空气与被输送煤粉之间温度差较大，当两者混合后存在热交换这一物理过程，在理论上并可能出现热交换动态平衡，这一物理过程成为本发明探寻的测量煤粉质量流量的基础。这一设想能否成立必须回答和解决以下问题：一、在气体流速高达30米/秒，输送管道短的只有几米长的情况下，气体和煤粉混合后进入锅炉之前能否出现热交换动态平衡，气体和煤粉能否达到均匀一致的温度;二、输送管道中气体、煤粉热交换平衡是一个点还是一段区间;三、工况变化对管道中气体和煤粉的热交换将带来什么影响，能否用数学方式来描述这一影响;四、工况变化所引起的响应速度的变化规律如何，滞后的时间是否严重到测量数据的有效性;五、传感器插在输送管道中将遭到煤粉的严重磨损，这一实际问题能否解决;六、计量装置在恶劣的环境条件能否正常工作。这些问题的答案都只能通过现场试验才能得到，而这种试验因涉及到火电厂的正常生产和安全，因此难于进行。除难度大以外，试验工作条件差而且工作量也大，过去无人涉足。本发明克服了上述困难，解决了前述问题，通过三年的现场试验，在测得大量数据的基础上得到如下结论：在输送管道中存在气体、煤粉热交换平衡区，并在管道中距气、粉混合后15倍输送管内径处出现;工况变化对测量的影响可用数字方式描述，并不影响测量数据的可靠性和精度;计量装置可通过防尘、抗干扰等措施在现场正常工作。本管道输煤粉质量流量测量法概括成如下公式，被测煤粉质量流量M＝KM₁C₁（T₁-T₃）/C₂（T₃-T₂）+△M，式中K为修正系数，M₁为输送气体的质量流量，C₁为输送气体的比热，T₁为输送气体进入管道时的温度，T₃为输送气体与煤粉热交换平衡后的温度，C₂为煤粉的比热，T₂为煤粉与输送气体混合前的温度，△M为补偿值。

本发明的测量装置是这样实现的：在输送管道和料仓管中装有温度传感器和差压计，它们与传感器电路连接，传感器电路的另一端与多路放大器的输入端连接，放大器的输出端与多路电子开关连接，电子开关的另一端与微计算机连接，微计算机的输出端口与打印机、记录仪、D/A接口板连接，D/A接口板与指示仪表连接。其中一温度传感器与差压计安装在输送管中一次风总管与煤粉料仓管之间，一温度传感器装在煤粉料仓管中，另一温度传感器安装在输送管中一次风与煤粉混合后的热平衡处。

本发明所提供的管道输煤粉质量流量测量方法理论依据可靠，在实践中可行，测量精度高达±5%。实现本测量方法的装置结构简单，无需对火电厂的输粉系统作较大的改造，微计算机可靠性高，维护维修方便。本测量装置可同时对多个输送管道的煤粉质量流量进行计算，因此提供了对各输送煤粉量进行调节的依据，使各输送管输送的煤粉保持平衡。这对锅炉来说，可防止火焰中心偏离，从而避免了炉膛局部高温和水冷壁过热器爆管，提高了锅炉燃烧的安全性，减少了对锅炉的检修;由于大大提高了锅炉燃烧调节的科学性，从而提高了燃烧效率，以湖南省火电厂年发电量计算，全省火电厂使用这种测量装置后，每年可提供的直接和间接经济效益达5000万元以上;此测量装置为提高火电厂自动化程度打下了良好基础;为电厂发电煤耗小指标劳动竞赛的依据提高了可靠性，为我国管道输煤粉质量流量检测提供了一种新的方法和全新的智能计量装置。

以下结合附图对本发明进行说明。

附图1是测量装置传感器安装位置示意图，

图2是测量装置电路框图，

图3是气、粉混合后实测所得温度分布曲线。

参照附图：图3纵坐标表示温度，横坐标表示料仓管（4）中心点F到炉膛（8）的距离，曲线GHI为实测所得的温度分布曲线，H为热交换平衡完成点。测得曲线表明在输送管道中空气和煤粉将实现热交换平衡，在HI段曲线略有下降，是因为输送管道散热所致。

一次风总管（1）的热压缩空气进入输送管道（5）（火力发电厂每台煤粉锅炉有2～16根输送管道，本图只画出其中一根），在输送管A处装有温度传感器（2），在B处装有U型液面差压计（3），A与B点在一次风总管与煤粉料仓管（4）之间，在煤粉料仓管（4）的C处装有温度传感器（6），在输送管道一次风与煤粉混合后的某位置E装有温度传感器（7），E到煤粉料仓管中心F的距离EF＝15～20D，D为输送管道的内径，输送管道与炉膛（8）相接。传感器（2）、（3）、（6）、（7）分别提供一次风温度、一次风质量流量、煤粉进入输送管道前的温度、一次风与煤粉混合后平衡温度的信号。上述信号通过传感器电路（9）（本测量装置的传感器电路由2-N路组成，本图只画出了一路），送到多路放大器电路（10），将上述信号放大成0～5伏的信号，该信号送到多路电子开关（11），由它分别将各路信号按一定顺序送至本测量装置微计算机部分（12）的A/D转换器，这些信号经微计算机处理，计算出输送管道中煤粉质量流量，计算结果由计算机输出到打印机（13）打印，输出到记录仪（15）记录，输出到D/A接口板（14）变成煤粉质量流量的模拟量，送到指示仪表（16）指示。

Claims (3)

1、一种管道输煤粉质量流量测量方法，根据存在温差的气体和煤粉混合后，将出现热交换动态平衡这一原理，据此而探求得测量煤粉质量流量的方法，并概括成公式，其特征是煤粉质量流量M=KM₁C₁(T₁-T₃)/C₂(T₃-T₂)+△M，式中K为修正系数，M₁为输送气体的质量流量，C₁为输送气体的比热，T₁为输送气体进入管道时的温度，T₃为输送气体与煤粉混合后热交换平衡时的温度，C₂为煤粉的比热，T₂为煤粉与输送气体混合前的温度，在现有气体与煤粉温差条件下，热平衡点始于距混合点15倍输送管内径之后，△M为补偿值。

2、一种管道输煤粉质量流量测量装置，由传感器及其电路，微计算机及其外设组成，其特征是温度传感器（2）、（6）、（7）和差压计（3）与传感器电路（9）连接，传感器电路的另一端与多路放大器（10）的输入端连接，放大器的输出端与多路电子开关（11）一端连接，电子开关的另一端与微计算机（12）的A/D转换器连接，微计算机的输出接口与打印机（13），记录仪（15）和D/A接口板（14）连接，D/A接口板的输出端与指示仪表（16）连接，温度传感器（2）与差压计（3）安装在输送管（5）中一次风总管（1）与煤粉料仓管（4）之间的A与B处，温度传感器（6）安装在料仓管中C处，温度传感器（7）安装在输送管中一次风与煤粉混合后的位置E处。

3、根据权利要求2所述的管道输煤粉质量流量测量装置，其特征是温度传感器（7）安装位置E到煤粉料仓管中心点F的距离EF＝15～20D，式中D为输送管道的内径。

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