CN1128985C - 空气、煤粉流量和浓度测量方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

一种高精度、结构简单、经久耐用、在线连续测量的空气、煤粉流量及浓度测量方法及其控制系统，包括一可配置在空气煤粉输送管道上的测量控制器，测量控制器的电信号均与工业控制机相连接，通过测量水平管道和非水平管道段的压力降，求解空气、煤粉的流量。

Description

空气、煤粉流量和浓度测量方法及其控制系统

本发明属于流量测量技术领域，进一步涉及一种空气、煤粉流量测量方法及其控制系统。

目前，在电站锅炉及大容量供热锅炉中，一般将煤由磨煤机磨成粉末，再用空气运载悬浮煤粉经输送管道输送到锅炉炉膛。对锅炉来说通常布置为四角喷射，即每层有4个输送空气煤粉管道，一台锅炉有1-4层，每层的四个输送量均衡，则在炉膛内形成切向旋流团，燃烧均匀，炉膛水冷壁管受热均匀，不会发生局部管壁热负荷过高，而发生爆管现象，当某一输送管道流量偏大或偏小，则会引起切向旋流火焰团在炉膛内偏移，严重时使靠近旋流火焰团偏移处的水冷壁管过热、爆管造成事故。一般情况下，当锅炉运行前，先以空气对输送管道内的流量进行测量及调整，使四个输送管道流量均衡，而在锅炉运行中，由于每一管道的长度、弯头或形状的不同，空气和煤粉在管道内混合流动时，其流动特性和单相空气迥然不同。一个最显著的特点是煤粉和空气间存在速度差，这个速度差随温度、流量、管道几何形状、压力的变化而变化，而使四个管道内造成流动偏差。一般的调节方法难以达到预先的流量。煤粉输送管道内平均流速很高，一般达到几十米/秒，因此，任何插入装置都会在极短时间内磨损殆尽。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高精度、结构简单、经久耐用、在线连续测量的空气、煤粉流量及浓度测量方法及其控制系统。

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明涡式测压孔20的结构示意图。

图3为本发明旋流喷射器7的结构示意图。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参见附图1，本发明的空气、煤粉流量测量控制系统，包括4根空气煤粉输送管道，每根空气煤粉输送管道依次包括水平管道8和倾斜管道9，并设置有一个测量控制器14，每个测量控制器14的电信号均与工业控制机13相连接，测量控制器14包括两对测压元件，即第一测压元件11和第二测压元件12，第一测压元件11安装在所述的水平管道8上，第二测压元件12安装在所述的倾斜管道9上，所述的测量控制器14还包括安装在所述的水平管道8上的、且在两对测压元件之前的第一旋流喷射器7和第二旋流喷射器6，所述的第一测压元件11和所述的第二测压元件12与测压孔20相通，第一旋流喷射器7的进口和一次空气1相通，所述的第二旋流喷射器6、第一测压元件11、第二测压元件12的电信号分别与工业控制机13相连接。

煤经过传送带2进入磨煤机3；一次空气1分二路，一路进入磨煤机3和煤粉混合后输送至管道4、5，另一路进入控制管道19，阀门16、17进入第二旋流喷射器7或通过阀门18进入第一旋流喷射器6。

空气煤粉进入煤粉输送管道4、5，再进入流量浓度测量控制器14，随后再进入炉膛10内的燃烧器15。现对一路输送管道进行分析说明：空气煤粉进入管道5后，依次进入控制段，水平测量段和倾斜测量段19、8、9，水平测量段8倾斜测量段9装有第一测压元件11和第二测压元件12，测压元件为非接触式，输出信号送入工业控制机13，计算空气流量和煤粉流量。

第一测压元件11、第二测压元件12和管壁相连，参见附图2，压力测量孔20处为涡旋型结构，焊结在上部管道，避免煤粉在测压点处沉结，堵塞。

本发明的空气、煤粉流量测量方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)测量水平的煤粉输送管道的压力降(ΔP₁)，也就是两相摩擦压力降(ΔP_f)； $\mathrm{\Δ}{P}_1=\mathrm{\Δ}{P}_f$ $=2f\frac{l}{d}\·{\mathrm{\ρ}}_m{u}^2---\left(1\right)$

摩擦阻力系数由实验确定，并存入计算机；

其中：f为摩擦阻力系数，l为测量段长度，d为管径，ρ_m为空气、煤粉混合物密度，u为速度；

(2)在煤粉流动方向上，测量朝上倾斜的煤粉输送管道的压力降，这部分的压力降为摩擦压力降(ΔP_f)和重位压力降(ΔP_h)之和； $\mathrm{\Δ}{P}_1=\mathrm{\Δ}{P}_f+\mathrm{\Δ}{P}_h$ $=2f\frac{l}{d}\·{\mathrm{\ρ}}_m{u}^2+{\mathrm{\ρ}}_m\mathrm{gl}\·\sin \mathrm{\α}---\left(2\right)$

α为管道倾角；

ΔP_h为重力压降

g为重力加速度

混合密度为：ρ_m＝(1-α)ρ_g+αp_c

ρ_g为空气密度

ρ_c为煤粉密度

α为煤粉比率

(3)将上述两个方程联立求解即可得空气、煤粉的流量。

对同一层四个输送管道内空气、煤粉流量由计算机求出后，对流量偏差最大管道进行调整，由计算机控制或手工打开阀门，喷入空气，增加管道阻力，减少管道空气煤粉流量。由于锅炉煤粉输送为一个系统，一个管道流量的减少就会引起其它管道流量的增加，故而要反复调整，由于本发明方法流量测量偏差小于±5％，煤粉流量测量可实现高精度调整。

工业控制机得到空气、煤粉流量后，即对流量偏差最大或最小的管道实行调整。如管道5流量偏大，则开启阀门16、17，空气从旋流喷射口向管道5喷出，旋流喷射口具有直接喷射大得多的阻力，易于调整流量大小；如管道5流量偏小，则开启阀门16、18，启动正向旋流喷射口，管道5流量的调整，势必影响其它管道4内的流量，需要反复调整多次，本发明中，压力差的测量是在线、连续测量，对管道空气流量的测量和控制也是连续进行的，本发明可应用于任何气体固体两相流动以及气体液体的两相流动。

Claims (2)

1、空气、煤粉流量测量控制系统，包括4根空气煤粉输送管道，每根空气煤粉输送管道依次包括水平管道(8)和倾斜管道(9)，并设置有一个测量控制器(14)，每个测量控制器(14)的电信号均与工业控制机(13)相连接，测量控制器(14)包括两对测压元件，即第一测压元件(11)和第二测压元件(12)，第一测压元件(11)安装在所述的水平管道(8)上，第二测压元件(12)安装在所述的倾斜管道(9)上，所述的测量控制器(14)还包括安装在所述的水平管道(8)上的、且在两对测压元件之前的第一旋流喷射器(7)和第二旋流喷射器(6)，所述的第一测压元件(11)和所述的第二测压元件(12)与测压孔(20)相通，第一旋流喷射器(7)的进口和一次空气(1)相通，所述的第二旋流喷射器(6)、第一测压元件(11)、第二测压元件(12)的电信号分别与工业控制机(13)相连接。

2.空气、煤粉流量测量方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)测量水平的煤粉输送管道的压力降(ΔP₁)，也就是两相摩擦压力降(ΔP_f)； ${\mathrm{\ΔP}}_1={\mathrm{\ΔP}}_f$ $=2f\frac{l}{d}\·{\mathrm{\ρ}}_m{u}^2---\left(1\right)$

摩擦阻力系数由实验确定，并存入计算机；

其中：f为摩擦阻力系数，l为测量段长度，d为管径，ρ_m为空气、煤粉混合物密度，u为速度；

(2)在煤粉流动方向上，测量朝上倾斜的煤粉输送管道的压力降，这部分的压力降为摩擦压力降(ΔP_f)和重位压力降(ΔP_h)之和； $\mathrm{\Δ}{P}_1=\mathrm{\Δ}{P}_f+\mathrm{\Δ}{P}_h$ $=2f\frac{l}{d}\·{\mathrm{\ρ}}_m{u}^2+{\mathrm{\ρ}}_m\mathrm{gl}\·\sin \mathrm{\α}---\left(2\right)$

α为管道倾角；

ΔP_h为重力压降

g为重力加速度

混合密度为：ρ_m＝(1-α)ρ_g+αρ_c

ρ_g为空气密度

ρ_c为煤粉密度

α为煤粉比率

(3)将上述两个方程联立求解即可得空气、煤粉的流量。

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