PL241914B1

PL241914B1 - Method and device for determining the degree of grinding coal dust in mills feeding combustion installations of power boilers

Info

Publication number: PL241914B1
Application number: PL436641A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Gołąbek; Jarosław Smyła; Waldemar Sobierajski; Marian Gola
Original assignee: Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Technik Innowacyjnych Emag
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2022-12-27
Also published as: PL436641A1

Abstract

Sposób określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach węglowych zasilających instalacje paleniskowe kotłów energetycznych polega na tym, że w rurociągu (R), którym jest transportowana mieszanina powietrza z pyłem węglowym (PP) z młyna węglowego (MW) do paleniska kotła energetycznego (KE) mierzy się w czasie rzeczywistym sondą tryboelektryczną (A) wartość natężenia prądu elektrycznego z równoczesnym pomiarem strumienia mieszaniny powietrza z pyłem węglowym (PP) za pomocą sondy trójsygnałowej (B), ciśnienie, temperaturę oraz wilgotność (wpp) mieszaniny powietrza z pyłem węglowym transportowanej (PP) oraz wartość ciśnienia otoczenia i temperatury otoczenia, a wyniki pomiarów przesyłane są do mikroprocesora (MP), gdzie obliczany jest w sposób ciągły stopnień przemiału pyłu węglowego z młyna węglowego (MW) z zależności empirycznej: M = q0 + q1 • N1 + q2 • pg + q3 • Vg + q4 • wpp • q5 + tpp • q6. Urządzenie do określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach instalacji paleniskowych kotłów energetycznych ma we wnętrzu rurociągu (R) od strony przepływającej mieszaniny powietrza z pyłem węglowym (PP) z młyna węglowego (MW) do paleniska kotła energetycznego (KE) zamocowane w króćcach kolejno sonda tryboelektryczna (A), a za nią w odległości 50-100 średnic czujnika sondy (A) sonda trójsygnałowa (B) oraz kolejno sonda czujnika ciśnienia (CZcpp), sonda czujnika temperatury (CZtpp), i sonda czujnika wilgotności (CZwpp). Przy czym pneumatyczne przewody pomiarowe (x, y, z) sondy trójsygnałowej (B) połączone są z przetwornikiem pneumatyczno - elektrycznym (B1), którego wyjście połączone jest z mikroprocesorem (MP) przewodami. Z kolei wyjście z sondy tryboelektrycznej (A) poprzez przetwornik prądu generowanego przez ładunek elektryczny (A1), wyjście z sondy czujnika ciśnienia (CZcpp) poprzez przetwornik czujnika ciśnienia (PCZcpp), wyjście z sondy czujnika temperatury (CZtpp) poprzez przetwornik czujnika temperatury (PCZtpp), wyjście z sondy czujnika wilgotności (CZwpp) poprzez przetwornik czujnika wilgotności (CZwpp) połączone są z mikroprocesorem (MP). Ponadto czujnik ciśnienia otoczenia poprzez przetwornik czujnika ciśnienia oraz czujnik temperatury otoczenia (CZto) poprzez przetwornik temperatury otoczenia (PCZto) połączone są z mikroprocesorem (MP).The method of determining the degree of coal dust milling in coal mills supplying the furnace installations of power boilers consists in the fact that in the pipeline (R), which is transported a mixture of air and coal dust (PP) from the coal mill (MW) to the furnace of the power boiler (KE), measures the triboelectric probe (A) the value of the electric current with simultaneous measurement of the stream of the mixture of air and coal dust (PP) with the use of a three-signal probe (B), pressure, temperature and humidity (inpp) of the mixture air with coal dust transported (PP) and the value of ambient pressure and ambient temperature, and the measurement results are sent to the microprocessor (MP), where the grinding degree of coal dust from the coal mill (MW) is continuously calculated from the empirical relationship: M = q 0 + q1 • N1 + q2 • pg + q 3 • Vg + q4 • wpp</s ub> • q5 + tpp • q6. The device for determining the degree of coal dust milling in the mills of power boilers' combustion installations has a triboelectric probe inside the pipeline (R) from the side of the flowing mixture of air and coal dust (PP) from the coal mill (MW) to the furnace of the power boiler (KE). (A), followed by a three-signal probe (A) at a distance of 50-100 diameters of the probe sensor (A), followed by a pressure sensor probe (CZcpp), a temperature sensor probe (CZtpp), and humidity sensor probe (CZwpp). The pneumatic measuring lines (x, y, z) of the three-signal probe (B) are connected to the pneumatic-electrical converter (B1), whose output is connected to the microprocessor (MP) by means of wires. In turn, the output from the triboelectric probe (A) through the current converter generated by the electric charge (A1), the output from the pressure sensor probe (CZcpp) through the pressure sensor transducer (PCZcpp ), output from temperature sensor probe (CZtpp) through temperature sensor transducer (PCZtpp), output from humidity sensor probe (CZwpp) through the humidity sensor transducer (CZwpp) are connected to the microprocessor (MP). Moreover, the ambient pressure sensor via the pressure sensor transducer and the ambient temperature sensor (CZto) via the ambient temperature transducer (PCZto) are connected to the microprocessor (MP).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach zasilających instalacje paleniskowe kotłów energetycznych transportem pneumatycznym.The subject of the invention is a device for determining the degree of grinding of coal dust in mills supplying furnace installations of power boilers with pneumatic transport.

Pomiary stopnia przemiału pyłu węglowego są niezbędną częścią diagnostyki pracy młynów węgla i instalacji paleniskowych kotłów energetycznych opalanych pyłem węglowym. Parametr ten jest wykorzystywany do oceny pracy elementów mielących i ich regulacji, a także do oceny efektywności spalania w kotłach energetycznych. Młyny węglowe są urządzeniami pomocniczymi kotłów opalanych pyłem węglowym. Elementy młynów ulegają stopniowemu zużyciu, czemu towarzyszy zmiana uziarnienia materiału mielonego. Istnieje silna zależność między stopniem przemiału pyłu węglowego, a stratami spalania. Zwiększenie udziału zbyt dużych cząstek pyłu węglowego, przyczynia się do wzrostu straty niecałkowitego spalania. Jednak zbytnie rozdrabnianie węgla wiąże się ze zwiększeniem zużycia energii potrzebnej do przemiału i transportu pyłu, a także pojawieniem się innych niekorzystnych zjawisk, jak wzrost zawartości NOx, w produktach spalania, nadmierne żużlowanie, itp. Z powodu dużego wpływu stopnia rozdrobnienia pyłu węglowego na aspekty ekonomiczne, jak i ekologiczne, parametr ten jest poddawany okresowej kontroli.Measurements of the degree of coal dust milling are an essential part of the diagnostics of the operation of coal mills and furnace installations of power boilers fired with coal dust. This parameter is used to assess the work of grinding elements and their adjustment, as well as to assess the efficiency of combustion in power boilers. Coal mills are auxiliary devices of pulverized coal fired boilers. The elements of the mills are subject to gradual wear, which is accompanied by a change in the grain size of the ground material. There is a strong relationship between the degree of coal dust milling and combustion losses. Increasing the share of too large particles of coal dust contributes to an increase in the loss of incomplete combustion. However, excessive grinding of coal is associated with increased energy consumption needed for grinding and transport of dust, as well as the appearance of other unfavorable phenomena, such as increased NOx content in combustion products, excessive slagging, etc. Due to the large impact of the degree of coal dust grinding on economic aspects and ecological, this parameter is subject to periodic control.

Standardowo pomiary wykonuje się poprzez izokinetyczny pobór próbek pyłu węglowego wg normy PN 91/M-34131 „Energia cieplna. Instalacje młynowe. Pobieranie próbek pyłu” i określenie reszt sitowych na sitach (najczęściej o oczkach 0,2 mm i 0,09 mm). Jest to zadanie czasochłonne, a pobór próbek ma charakter losowy. Wyniki otrzymuje się po dłuższym czasie tj. po wykonaniu w laboratorium analiz sitowych i nie są przydatne do wykrycia bieżących zmian parametrów pyłu i rozdziału pyłu oraz regulacji parametrów mielenia.As a standard, measurements are made by isokinetic sampling of coal dust in accordance with the PN 91/M-34131 standard “Heat energy. Mill installations. Sampling of dust” and determination of sieve residues on sieves (usually with meshes of 0.2 mm and 0.09 mm). This is a time-consuming task and sampling is random. The results are obtained after a longer period of time, i.e. after performing sieve analyzes in the laboratory and are not useful for detecting current changes in dust parameters and dust separation, and for adjusting grinding parameters.

Znane jest z opisu zgłoszenia wynalazku DE102008030650 urządzenie i sposób kontrolowania stosunku paliwo-powietrze podczas spalania mielonego węgla w elektrowni węglowej, który obejmuje środki do pneumatycznego dostarczania mielonego węgla do palników w elektrowni węglowej i środki do dostarczania powietrza do spalania do palników lub do komory paleniskowej, gdzie kontrolowana jest ilość powietrza do spalania i ilość powietrza nośnego. Zgodnie z wynalazkiem, pomiar ilości powietrza do spalania, odbywa się poprzez pomiar prędkości przepływu powietrza nośnego metodą korelacyjną za pomocą czujników tryboelektrycznych rozmieszczonych szeregowo w kierunku przepływu.From the description of the invention application DE102008030650, an apparatus and method for controlling the fuel-air ratio during the combustion of ground coal in a coal-fired power plant is known, which includes means for pneumatically supplying ground coal to burners in a coal-fired power plant and means for supplying combustion air to the burners or to a combustion chamber, where the amount of combustion air and the amount of carrier air are controlled. According to the invention, the measurement of the amount of combustion air is carried out by measuring the flow velocity of the carrier air using the correlation method by means of triboelectric sensors arranged in series in the flow direction.

Znane jest też z opisu patentowego DE 102011107195 palenisko kotła elektrowni węglowej z urządzeniem do regulacji stosunku paliwa do powietrza przy spalaniu mielonego węgla i sposób eksploatacji paleniska, gdzie pomiar ilości doprowadzonego do kotłów powietrza do spalania, jak też pomiar ilości powietrza nośnego potrzebnego do pneumatycznego transportowania mielonego węgla następuje za pomocą korelacyjnego urządzenia pomiarowego, wykorzystującego sygnały indukcji elektrostatycznej wytworzone przez czujniki umieszczone jeden za drugim w kierunku przepływu, w przekroju prowadzącego powietrze kanału. Do tego w systemie kanałów prowadzących powietrze do spalania i systemie kanałów prowadzących powietrze nośne są umieszczone odpowiednie czujniki, połączone elektrycznie z korelacyjnymi urządzeniami pomiarowymi.Also known from the patent description DE 102011107195 is a furnace of a coal-fired power plant boiler with a device for regulating the ratio of fuel to air when burning ground coal and a method of operating the furnace, where the measurement of the amount of combustion air supplied to the boilers, as well as the measurement of the amount of carrier air needed for pneumatic transport of ground coal carbon is measured by a correlation measurement device using electrostatic induction signals generated by sensors placed one after the other in the direction of flow, in the cross-section of the air-guiding duct. In addition, suitable sensors are arranged in the combustion air duct system and in the carrier air duct system, which are electrically connected to correlation measuring devices.

Znane i stosowane są także urządzenia wykorzystujące zjawisko tryboelektryczne, jednak najczęściej do monitorowania pracy różnego rodzaju systemów oczyszczania spalin lub powietrza (filtrów) oraz do pomiaru ilości powietrza przeznaczonego do spalania, jak ilości powietrza nośnego potrzebnego do pneumatycznego transportowania mielonego węgla, co ujawniono w opisach patentowych DE 102008030650 i DE 102011107195.Devices using the triboelectric effect are also known and used, but most often to monitor the operation of various types of exhaust gas or air purification systems (filters) and to measure the amount of air intended for combustion, as well as the amount of carrier air needed for pneumatic transport of ground coal, as disclosed in patent descriptions DE 102008030650 and DE 102011107195.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do ciągłego określania stopnia przemiału pyłu węglowego transportowanego powietrzem rurociągiem do palników kotłów energetycznych, w celu bieżącej oceny pracy samego młyna tj. np. jego elementów mielących i odsiewacza oraz procesu spalania dla umożliwienia szybkiej regulacji tych elementów w celu zapewnienia optymalizacji efektywności spalania.The aim of the invention is to develop a device for continuous determination of the degree of grinding of coal dust transported by air through a pipeline to the burners of power boilers, for the purpose of ongoing assessment of the operation of the mill itself, i.e. e.g. its grinding elements and sifter, and the combustion process to enable quick adjustment of these elements to ensure optimization of efficiency combustion.

Urządzenie do określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach węglowych będących częścią instalacji paleniskowej kotłów energetycznych składa się z sondy trójsygnałowej przeznaczonej do pomiaru ilości przepływu mieszaniny powietrza z pyłem węglowym. Sonda trójsygnałowa, w postaci klasycznej zwężki Venturiego, umieszczona jest w punkcie reprezentatywnym dla całego przekroju rurociągu, a jej średnica wynosi 0,1-0,2 średnicy rurociągu. Sonda trójsygnałowa usytuowana jest w rurociągu, którym transportowana jest do paleniska kotła energetycznego mieszanina powietrza z pyłem węglowym wytwarzana w młynie węglowym. Pneumatyczne przewody pomiarowe sondy trójsygnałowej połączone są z przetwornikiem pneumatyczno-elektrycznym, który z kolei jest połączoPL 241 914 B1 ny z mikroprocesorem przewodami, którymi przesyłane na bieżąco sygnały różnicy ciśnień z sondy trójsygnałowej w postaci analogowych sygnałów napięcia elektrycznego. W rurociągu korzystnie przed sondą trójsygnałową w odległości 50-100 średnic czujnika sondy tryboelektrycznej zabudowana jest sonda tryboelektryczna z przetwornikiem, którego wyjście jest połączone z mikroprocesorem. Sonda tryboelektryczna zbiera ładunek elektryczny, który generuje prąd elektryczny przekształcany w przetworniku w proporcjonalny sygnał prądów. Ponadto w rurociągu za sondą trójsygnałową zabudowane są: czujnik ciśnienia, czujnik temperatury oraz czujnik wilgotności, które mierzą parametry mieszaniny powietrza z pyłem węglowym przepływającej przez ten rurociąg. Wyjścia przetwornika czujnika ciśnienia, przetwornika czujnika temperatury oraz przetwornika czujnika wilgotności połączone są z mikroprocesorem. Ponadto wyjście czujnika ciśnienia otoczenia połączone jest poprzez przetwornik czujnika ciśnienia oraz wyjście czujnika temperatury otoczenia połączone jest poprzez przetwornik czujnika temperatury otoczenia z mikroprocesorem. Z kolei sonda tryboelektryczna usytuowana jest w rurociągu z sondą trójsygnałową, korzystnie w jednej osi równoległej do osi rurociągu.The device for determining the degree of coal dust milling in coal mills being part of the combustion installation of power boilers consists of a three-signal probe designed to measure the amount of air-coal dust mixture flow. A three-signal probe, in the form of a classic Venturi tube, is placed at a point representative of the entire cross-section of the pipeline, and its diameter is 0.1-0.2 of the pipeline diameter. The three-signal probe is located in the pipeline which transports the mixture of air and coal dust produced in the coal mill to the furnace of the power boiler. The pneumatic measuring lines of the three-signal probe are connected to the pneumatic-electrical converter, which in turn is connected to the microprocessor by means of wires through which the pressure difference signals from the three-signal probe are sent in the form of analog electric voltage signals. In the pipeline, preferably before the tri-signal probe, at a distance of 50-100 diameters of the triboelectric probe sensor, there is a triboelectric probe with a transducer whose output is connected to a microprocessor. The triboelectric probe collects an electric charge which generates an electric current which is converted into a proportional signal of currents in the transducer. Moreover, in the pipeline behind the three-signal probe there are: a pressure sensor, a temperature sensor and a humidity sensor, which measure the parameters of the mixture of air and coal dust flowing through this pipeline. The outputs of the pressure sensor transducer, the temperature sensor transducer and the humidity sensor transducer are connected to the microprocessor. In addition, the output of the ambient pressure sensor is connected through the transducer of the pressure sensor and the output of the ambient temperature sensor is connected through the transducer of the ambient temperature sensor to the microprocessor. In turn, the triboelectric probe is located in the pipeline with the three-signal probe, preferably in one axis parallel to the axis of the pipeline.

Urządzenie do określania stopnia przemiału pyłu węglowego według wynalazku zapewnia realizację pomiaru w czasie rzeczywistym, w sposób ciągły. Kontrola stopnia przemiału pyłu węglowego pozwala na szybką weryfikację poprawności pracy młynów węglowych MW, poprzez podjęcie decyzji w krótszym czasie, przez operatorów kotłów energetycznych KE w zakresie bieżących ustawień elementów młynów węglowych MW i ewentualnie innych elementów regulacyjnych kotła KE. Urządzenie według wynalazku może być wykorzystane także w układzie automatycznej regulacji procesu mielenia oraz w trakcie procesu spalania celem jego optymalizacji pod kątem minimalizacji strat spalania, minimalizacji zużycia energii na przemiał i wentylację oraz minimalizacji powstawania szkodliwych substancji (np. NOx).The device for determining the degree of coal grinding according to the invention ensures real-time, continuous measurement. The control of the degree of coal dust grinding allows for quick verification of the correct operation of MW coal mills by making decisions in a shorter time by the operators of KE power boilers regarding the current settings of elements of MW coal mills and possibly other control elements of the KE boiler. The device according to the invention can also be used in the system of automatic regulation of the grinding process and during the combustion process in order to optimize it in terms of minimizing combustion losses, minimizing energy consumption for grinding and ventilation, and minimizing the formation of harmful substances (e.g. NOx).

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym Fig. 1 - przedstawia schemat blokowy urządzenia, Fig. 2 - uproszczony rysunek sondy trójsygnałowej.The subject of the invention has been shown in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 - shows a block diagram of the device, Fig. 2 - a simplified drawing of a three-signal probe.

Urządzenie do określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach węglowych MW (Fig. 1) będących częścią instalacji paleniskowej kotłów energetycznych KE składa się z sondy trójsygnałowej B przeznaczonej do pomiaru ilości przepływu mieszaniny powietrza z pyłem węglowym PP. Sonda trójsygnałowa B, korzystnie w postaci klasycznej zwężki Venturiego, umieszczona jest w punkcie reprezentatywnym dla całego przekroju rurociągu R, a jej średnica wynosi 0,1-0,2 średnicy rurociągu R. Sonda trójsygnałowa B usytuowana jest w rurociągu R, którym transportowana jest do paleniska kotła energetycznego KE mieszanina powietrza z pyłem węglowym PP wytwarzana w młynie węglowym MW. Pneumatyczne przewody pomiarowe x, y, z sondy trójsygnałowej B (Fig. 2) połączone są z przetwornikiem pneumatyczno-elektrycznym B1, który z kolei jest połączony z mikroprocesorem MP przewodami 1 i 2, którymi przesyłane na bieżąco sygnały różnicy ciśnień Δρι i Δριι z sondy trójsygnałowej B w postaci analogowych sygnałów napięcia elektrycznego. W rurociągu R korzystnie przed sondą trójsygnałową B w odległości 50-100 średnic czujnika sondy tryboelektrycznej A zabudowana jest sonda tryboelektryczna A z przetwornikiem A1, którego wyjście jest połączone z mikroprocesorem MP. Sonda tryboelektryczna A zbiera ładunek elektryczny, który generuje prąd elektryczny przekształcany w przetworniku A1 w proporcjonalny sygnał prądowy Nt. Ponadto w rurociągu R za sondą trójsygnałową B zabudowane są: czujnik ciśnienia CZppp, czujnik temperatury CZtpp oraz czujnik wilgotności CZwppp, które mierzą parametry mieszaniny powietrza z pyłem węglowym PP przepływającej przez ten rurociąg. Wyjścia przetwornika czujnika ciśnienia PCZppp, przetwornika czujnika temperatury PCZtpp oraz przetwornika czujnika wilgotności PCZwpp połączone są z mikroprocesorem MP. Ponadto wyjście czujnika ciśnienia otoczenia CZpo, połączone jest poprzez przetwornik czujnika ciśnienia PCZpo oraz wyjście czujnika temperatury otoczenia CZto, połączone jest poprzez przetwornik czujnika temperatury otoczenia PCZto z mikroprocesorem MP. Z kolei sonda tryboelektryczna A usytuowana jest w rurociągu R z sondą trójsygnałową B, korzystnie w jednej osi równoległej do osi rurociągu R.The device for determining the degree of coal dust milling in MW coal mills (Fig. 1) being part of the furnace installation of KE power boilers consists of a three-signal probe B intended for measuring the flow rate of the mixture of air and PP coal dust. The three-signal probe B, preferably in the form of a classic Venturi tube, is placed in a point representative of the entire cross-section of the R pipeline, and its diameter is 0.1-0.2 of the diameter of the R pipeline. The three-signal probe B is located in the R pipeline, which transports furnace of the KE power boiler, a mixture of air and PP coal dust produced in the MW coal mill. Pneumatic measuring lines x, y, from the three-signal probe B (Fig. 2) are connected to the pneumatic-electric converter B1, which in turn is connected to the MP microprocessor via wires 1 and 2, through which the current signals of pressure difference Δρι and Δριι from the probe are sent three-signal B in the form of analog voltage signals. In the pipeline R, preferably before the tri-signal probe B, at a distance of 50-100 diameters of the sensor of the triboelectric probe A, the triboelectric probe A with the A1 transducer is installed, the output of which is connected to the MP microprocessor. The triboelectric probe A collects an electric charge which generates an electric current converted in the converter A1 into a proportional current signal Nt. In addition, in the R pipeline, behind the B three-signal probe, there are built-in the CZppp pressure sensor, the CZtpp temperature sensor and the CZwppp humidity sensor, which measure the parameters of the mixture of air and PP coal dust flowing through this pipeline. The outputs of the pressure sensor transducer PCZppp, temperature sensor transducer PCZtpp and humidity sensor transducer PCZwpp are connected to the MP microprocessor. Moreover, the output of the ambient pressure sensor CZpo is connected through the transducer of the pressure sensor PCZpo and the output of the ambient temperature sensor CZto is connected through the transducer of the ambient temperature sensor PCZto with the MP microprocessor. In turn, the triboelectric probe A is located in the pipeline R with the tri-signal probe B, preferably in one axis parallel to the axis of the pipeline R.

Claims

1. A device for determining the degree of grinding of coal dust in mills of furnace installations of power boilers, characterized in that inside the pipeline (R) from the side of the mixture of air and coal dust (PP) flowing from the coal mill (MW) to the furnace of the power boiler (KE) are mounted in the connectors successively tribo probe

PL 241 914 B1 electric (A), followed by a three-signal probe (B) at a distance of 50-100 diameters of the probe sensor (A), followed by a pressure sensor probe (CZppp), a temperature sensor probe (CZtpp) and a humidity sensor probe (CZwpp) where the pneumatic measuring lines (x, y, z) of the three-signal probe (B) are connected to the pneumatic-electric transducer (B1), whose output is connected to the microprocessor (MP) by means of wires (1) and (2), while the output from the probe triboelectric (A) through the current converter generated by the electric charge (A1), output from the pressure sensor probe (CZppp) through the pressure sensor transducer (PCZppp), output from the temperature sensor probe (CZtpp) through the temperature sensor transducer (PCZtpp), output from the probe humidity sensor (CZwpp) through the humidity sensor converter (PCZwpp) are connected to the microprocessor (MP), moreover the ambient pressure sensor (CZpo) through the pressure sensor converter (PCZpo) and the temperature sensor (CZto) through the ambient temperature transducer (PCZto) are connected to the microprocessor (MP).

2. A device according to claim 1, characterized in that the three-signal probe (B), preferably in the form of a classic Venturi tube, is placed at a point representative of the entire cross-section of the pipeline (R), and its diameter is 0.1-0.2 of the pipeline diameter (R).

3. A device according to claim 1 or 2, characterized in that the triboelectric probe (A) is located in the pipeline (R) with the three-signal probe (B), preferably in one axis parallel to the axis of the pipeline (R).