CN1117977C - 一种煤粉浓度的测量方法与测控装置 - Google Patents

Abstract

一种煤粉浓度的测量方法与测控装置。测量方法的原理是根据输粉气流与煤粉混合前后的能量平衡，通过测量气流与煤粉混合前后的参数变化求得煤粉浓度。采用本方法的测控装置包括数据采集板、信号处理器和输出控制器等三部分，可用于输粉气流与煤粉混合前后温度变化不大的系统中，测量控制煤粉浓度。

Description

一种煤粉浓度的测量方法与测控装置

本发明涉及一种煤粉浓度的测量方法与测控装置，特别是中间储仓式制粉系统锅炉一次风管道中的煤粉浓度的测量方法与测控装置。

煤粉锅炉各燃烧器间的煤粉分配直接影响锅炉设备运行的安全性和经济性。测量一次风管道中的煤粉浓度是监测燃烧器运行状况的重要手段。

对采用中间储仓式制粉系统的煤粉锅炉，以往人们通过测量输送煤粉的空气和煤粉混合前后的空气流量和温度，根据热平衡来计算一次风粉混合物中的煤粉浓度。这种方法煤粉的比热采用经验数值，在煤质波动时计算结果会出现偏差；而且在输粉气流与煤粉温度接近，混合前后温度变化较小的情况下则无法采用热平衡的方法计算煤粉浓度。中国知识产权局2000年7月12日公开了专利申请号99115956.X“空气、煤粉流量和浓度的测量方法及其控制系统”专利申请，该申请是采用测量输粉管道水平段和非水平段的压力降的方法来求解煤粉的浓度。这种方法要求水平段和非水平段的信号差越大，测量越准确。而且必须在两段管路上测量流动阻力，应用中常常受到现场条件的制约。

本发明提供了一种克服了以上方法缺点的，用于混合前后温度变化较小的情况的，简单准确、易于实施的煤粉浓度的测量方法和测控装置。

本测量方法的原理是根据输粉气流与煤粉混合前后的能量平衡，通过测量气流与煤粉混合前后的参数求得煤粉浓度。

输粉气流与煤粉混合前某断面(以下标₁表示)和混合后某断面(以下标₂表示)气流的静压、速度、密度分别为P₁，V₁，ρ₁和P₂，V₂，ρ₂；一次风气流和煤粉颗粒的流量分别为M_A，M_P；混合前煤粉颗粒近于静止，速度可以忽略，混合后煤粉颗粒的速度为V_P，在混合前后温度变化不大的情况下，忽略混合前后温度变化，假定在理想状态下的能量方程为： $M_A(\frac{1}{2}{V_1}^2+\frac{P_1}{{\mathrm{\ρ}}_1})=M_A(\frac{1}{2}{V_2}^2+\frac{P_2}{{\mathrm{\ρ}}_2})+M_P\·\frac{1}{2}{V_P}^2---\left(1\right)$

由于温度变化不大，因此，ρ₁≈ρ₂；混合前后的管道截面积不变，所以混合前后的速度也基本不变，即V₁≈V₂。由于煤粉颗粒非常细小，直径为微米量级，混合后煤粉颗粒的速度与气流的速度非常接近，即V_P≈V₂≈V₁。

因此，由(1)式可求得煤粉浓度μ： $\mathrm{\μ}=\frac{M_P}{M_A}=\frac{P_1-P_2}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_1{V_1}^2}---\left(2\right)$

在工程实践中，实际气流由于存在管道摩擦阻力损失造成的误差，可用系数β进行修正。 $\mathrm{\μ}=\frac{M_P}{M_A}=\mathrm{\β}\frac{P_1-P_2}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_1{V_1}^2}---\left(3\right)$

锅炉设备多采用空气输送煤粉，温度为T时的空气密度ρ为 $\mathrm{\ρ}=1.293\×\frac{273}{T+273}---\left(4\right)$

修正系数β可由实验室获得β＝0.9。

本煤粉浓度测量方法包括以下步骤：

1选择输粉气流和煤粉混合前后的气流参数测点。混合前的测

点应在混合点前气流稳定处，混合后测点应在混合点后煤粉

  颗粒速度达到气流速度处；

2 测量混合前输粉气流的静压P₁，温度T₁和全压P；

3 测量混合后 气流的静压P₂；

4 根据温度T₁计算混合前气流的气流密度ρ₁， ${\mathrm{\ρ}}_1=1.293\×\frac{273}{T_1+273}$

5 根据混合前气流的静压P₁，全压P和密度ρ₁计算混合前气流速度V₁， $V_1=\sqrt{\frac{2(P-P_1)}{{\mathrm{\ρ}}_1}};$

6把4、5两步中的计算公式代入 $\mathrm{\μ}=\mathrm{\β}\frac{P_1-P_2}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_1{V_1}^2}$ 中，得到 $\mathrm{\μ}=\mathrm{\β}\frac{P_1-P_2}{P-P_1}$ ，根据 $\mathrm{\μ}=\mathrm{\β}\frac{P_1-P_2}{P-P_1}$ 计算煤粉浓度，也可以用其它方法求得混合前气流速度V₁，混合前气流的气流密度ρ₁，根据 $\mathrm{\μ}=\mathrm{\β}\frac{P_1-P_2}{\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_1{V_1}^2}$ 计算煤粉浓度。

该煤粉浓度测量方法只需测量气流在混合前的温度、静压和全压及混合后气流的静压，就可以确定煤粉的浓度，方法简单易行，不受现场条件的制约，可以广泛应用。

采用本方法的煤粉浓度测控装置包括数据采集板、信号处理器和输出控制器等三部分。气流的压力、温度等信号经变速器接至数据采集板；数据采集板完成信号的采集和A/D转换，与信号处理器进行通讯；信号处理器进行信号的处理，自动计算显示煤粉浓度并发送信号至输出控制器控制给粉机转速，调节煤粉浓度。

下面结合附图对本煤粉浓度测控装置作详细的说明。

附图1为本发明的测量系统示意图，在某乏气送粉系统中应用。粉仓(1)中的煤粉经给粉机(2)进入下粉管(3)，沿下粉管运动到一次风管道(4)中与输粉气流发生混合，被气流加速。在一次风气流与煤粉混合前1米处布置的混合前温度、静压和全压测点(5)，在混合后3.5米处布置的混合后静压测点(6)，温度、压力信号由变速器(7)送至数据采集板(8)，数据采集板(8)为ADAM4017和ADAM4018，完成模拟量的采集与A/D转换，并通过RS232接口与微型计算机(9)相连；信号处理器和输出控制器的功能均由微型计算机(9)完成，微型计算机(9)接受数据采集板的信号，自动计算煤粉的浓度，通过友好的人机界面显示；并通过微型计算机通讯控制给粉机转速，调节煤粉浓度。

Claims (3)

1一种煤粉浓度的测量方法，包括以下步骤：

(1)选择输粉气流和煤粉混合前后的气流参数测点，混合前的测点

   应在混合点前气流稳定处，混合后测点应在混合点后煤粉颗粒

   速度达到气流速度处；

(2)测量混合前输粉气流的静压P₁，温度T₁和全压P；

(3)测量混合后气流的静压P₂；

(4)根据 $\mathrm{\μ}=\mathrm{\β}\frac{P_1-P_2}{P-P_1}$ 计算煤粉浓度μ，β为修正系数。

2一种采用权利要求1所述的测量方法的煤粉浓度测控装置，包括数

 据采集板、信号处理器和输出控制器三部分，信号处理器的输入输

 出端分别与数据采集板和输出控制器相连，气流的压力、温度信号

 经变速器接至数据采集板，信号处理器与数据采集板进行通讯并发

 送信号至输出控制器。

3如权利要求2所述的煤粉浓度测控装置，其特征在于信号处理器和

 输出控制器为一微型计算机。