CN203672406U - 用于锅炉的风粉在线监测系统 - Google Patents

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张静
印江
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Abstract

本实用新型涉及一种用于锅炉的风粉在线监测系统,该监测系统包括风粉在线监测子系统与反吹扫子系统。风粉在线监测子系统由测量装置、控制显示装置构成,对一次风速、二次风速、三次风速、煤粉浓度进行在线监测,并进行堵管与断粉报警。测量装置由测量一次、二次、三次风管风速的均速流量传感器和对应的微差压变送器,测量一次风温度、煤粉温度、风粉混合物温度的3个温度传感器组成。测量信号通过电缆传送到控制显示装置经过运算后的结果进行在线显示与报警。反吹扫子系统利用控制装置对传感器一次件和引压管路进行反吹扫。本实用新型具有高精度、易安装、易维护、防堵塞的优点。

Description

用于锅炉的风粉在线监测系统
技术领域
本实用新型涉及锅炉的风粉在线监测系统,具体为一种锅炉一次、二次、三次风风粉在线监测系统。
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,如果某个燃烧器的煤粉流量和风量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,并且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速之间没有确定的关系,无法准确反映各个风管的风速和状况;②大多数情况下,风管风量的大小与其静压的高低不成比例,根据测量的静压无法得到准确的风量;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合适;④静压值无法反映风管是否堵塞。运行人员不能准确、快速地调整风粉配比,导致电厂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
本实用新型的目的是向锅炉运行人员提供准确、定量的一、二、三次风管的风速、风量和一次风管的煤粉浓度值。
本实用新型是采用如下技术方案实现的:
一种用于锅炉的风粉在线监测系统,包括分别安装在锅炉每个一、二、三次风管上的差压式均速流量传感器,所述每个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与1个微差压变送器连接,所述微差压变送器的输出通过电缆传输至控制显示装置,由控制显示装置进行计算和逻辑运算得到风速、煤粉浓度、堵管报警、断粉报警等信号;还包括分别测量一次风温度、煤粉温度、风粉混合物温度的3个温度传感器,所述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。
所述差压式均速流量传感器,包括中空、且具有内螺纹的管座,所述管座的一端面形成与被测流体管的外表面相适配的接合面;所述管座内安装有与其螺纹配合的堵头,所述堵头内轴向开有两个通孔,所述两个通孔内分别密封装配有动压测量管和静压测量管,所述动压测量管垂直伸入被测流体管内的一端密封、且伸入长度为大于被测流体管的半径,处于被测流体管内动压测量管的伸入段的迎风面上开有若干个动压取压孔;所述静压测量管伸入被测流体管内。上述结构特征已在专利号ZL201320445227.8内公开。
如图2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。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、二、三次风管上安装均速流量传感器,流体流过时在其前端产生动压信号,后端产生静压信号,取回这两个信号的差压,经过参数补偿和数学运算处理,可得一、二、三次风速和风量。在一次风管、煤粉仓、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、2所示。差压式均速流量传感器采样的是管道内动压信号与静压信号的差压△P,通过引压管送入微差压变送器。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温度信号一次风温度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、二、三次风管的风速、风量和一次风管的煤粉浓度值,有利于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。
风速v的计算公式如下:
v = K × 2 ΔP ρ
其中,v:一次(或二次)风风速;
ΔP:均速流量传感器差压;
ρ:一次风(或二次风)体积质量;
K:流速标定系数;
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标定,得到风速实际算法公式。
在一次风管、煤粉仓、风粉混合后的一次风管段,分别安装温度传感器,测量一次风温度t1、煤粉温度t2以及风粉混合物温度t3。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。
煤粉浓度μ的计算公式如下:
μ = C air ′ × t 1 - C air ′ ′ × t 3 C coal × ( t 3 - t 2 ) - f ( t 1 , t 2 , t 3 )
其中,C′air:一次风热容;
C′′air:风粉混合物热容;
Ccoal:煤粉的热容;
t1:热风温度;
t2:煤粉温度;
t3:风粉混合物温度;
f(t1,t2,t3):工况修正函数;
优选地,本系统还设计有反吹扫系统。在上述系统的基础上,所述每条引压管上依次设有手动球阀、电动三通阀、电动截止阀;所述电动三通阀连接有反吹扫管路,所述反吹扫管路上依次通过电动总阀、压力开关、过滤减压阀连接吹扫气源;所述压力开关由控制显示装置控制。反吹扫系统的作用是为了防止一次风风粉混合物中的固体沉积在引压管内表面而造成管路堵塞,同时对二次、三次风管的传感器和引压管路进行反吹扫,以有效防止传感器的堵塞和引压管路的不畅。
其中,手动球阀是将现场引压管和测量部分分开,便于检修,电动截止阀是为了保护微差压变送器而特别增加的。吹扫时,提前将引压管上的电动截止阀关闭,使微差压变送器前有两级保护,即三通阀A-B方向截止,控制显示装置控制反吹扫管路导通,气流通过C-A方向对差压式均速流量传感器进行反吹扫。
本实用新型设计合理,可用于测量管道输送的气体、气固两相流的流量,输出一个非常稳定、无脉冲的差压信号,可长期保持高精度测量,具有宽量程、低压损、易安装、易维护的优点。
附图说明
图1是本系统中单路风速测量及反吹扫气路连接示意图。
图2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,5-温度传感器,6-手动球阀,7-电动三通阀,8-电动截止阀,9-电动总阀,10-压力开关,11-过滤减压阀,20-煤粉仓,30-给煤机,40-炉膛。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。
如图1、2所示,一种锅炉一次、二次、三次风的风粉在线监测系统,包括分别安装在锅炉每个一、二、三次风管上的差压式均速流量传感器1,所述每个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与1个微差压变送器3连接,所述微差压变送器3的输出通过电缆传输至控制显示装置4,由控制显示装置进行计算和逻辑运算得到风速、煤粉浓度、堵管报警、断粉报警等信号;还包括分别测量一次风温度、煤粉温度、风粉混合物温度的3个温度传感器5,所述每个温度传感器5经补偿导线将测得的温度信号传输至控制显示装置4。
所述差压式均速流量传感器的个数、微差压变送器个数与一、二、三次风风管的数量对应。
所述温度传感器采用热电偶。
所述控制显示装置4采用DCS或者PLC。
所述每条引压管2上设置有反吹扫系统,引压管2上依次设有手动球阀6、电动三通阀7、电动截止阀8;所述电动三通阀7连接有反吹扫管路,所述反吹扫管路上依次通过电动总阀9、压力开关10、过滤减压阀11连接吹扫气源;所述压力开关由控制显示装置4控制。
安装时,上述被测一次风、二次风、三次风管道安装差压式均速流量传感器的上游应该有大于3倍被测管径的直管段,传感器的下游应该有大于2倍被测管径的直管段,并且需要事先在被测一次风、二次风、三次风管道上开孔,开孔大小与所述的传感器管座相适配。可精确地测量出电厂一次风速、二次风速、三次风速、风粉混合物流速,适用于各种尺寸的被测风管道。
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,管座固定于被测量风管(风道)的外表面,即动压测量管一端浸没在被测管道内、另一端穿过堵头暴露在被测管道外侧,动压测量管为笛形管,浸没在被测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被测管道内、另一端暴露在被测管道外。那么,风道内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。
差压式均速流量传感器安装在一次风、二次风、三次风管道上,通过动压测量管的取压孔测量动压并均压,通过静压测量管测得静压,得到动静压差,再通过计算得到一次风、二次风、三次风风速。温度测点安装在一次风管、煤粉仓20、风粉混合后的一次风管段,测量一次风温度t1、煤粉温度t2以及风粉混合物的温度t3,根据流体的质量守恒和能量守恒方程,可计算出煤粉浓度。这些数据传送到PLC或DCS系统上进行显示与报警。反吹扫装置对传感器和引压管路进行反吹扫,以有效防止传感器的堵塞和引压管路的不畅。
反吹扫系统用于对均速流量传感器进行反吹扫,以防止传感器采样孔及传压管路被堵塞,保证引压管路的畅通。它由吹扫气源、过滤减压阀、电动总阀、电动三通阀、电动截止阀、手动球阀和均速流量传感器、压力开关等组成。其中,压力开关是用于检测吹扫气源的压力,其压力信号与控制显示装置相连,当气源压力达到规定值,系统才进行反吹扫。可根据实际要求,设置手动控制单路反吹扫(反吹扫时间可设定)、手动控制多路顺序反吹扫、自动进行周期性反吹扫(反吹扫周期可设定)、远程控制反吹扫、允许或禁止自动吹扫等吹扫模式。反吹扫系统气路需要与采样气路的路数相对应。被启动的单路按照设定的时间吹扫,吹扫动作结束后,该单路恢复到正常的测量功能。
当用于技术改造时,为了维护和操作集中,可将微差压变送器与反吹扫控制装置集中安装在就地控制柜。

Claims (3)

1.一种用于锅炉的风粉在线监测系统,其特征在于:包括分别安装在锅炉每个一、二、三次风管上的差压式均速流量传感器(1),所述每个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)与微差压变送器(3)连接,所述微差压变送器(3)通过电缆将测得的差压信号传输至控制显示装置(4);
还包括分别测量一次风温度、煤粉温度、风粉混合物温度的3个温度传感器(5),所述每个温度传感器(5)经补偿导线将测得的温度信号传输至控制显示装置(4)。
2.根据权利要求1所述的用于锅炉的风粉在线监测系统,其特征在于:所述温度传感器(5)采用热电偶。
3.根据权利要求1或2所述的用于锅炉的风粉在线监测系统,其特征在于:所述每条引压管(2)上依次设有手动球阀(6)、电动三通阀(7)、电动截止阀(8);所述电动三通阀(7)连接有反吹扫管路,所述反吹扫管路上依次通过电动总阀(9)、压力开关(10)、过滤减压阀(11)连接吹扫气源;所述压力开关(10)由控制显示装置(4)控制。
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