基于煤粉濃度在線監(jiān)測下煤粉鍋爐的節(jié)能研究

　基于煤粉濃度在線監(jiān)測下煤粉鍋爐的節(jié)能研究王強(qiáng)，周乃君，梅熾中南大學(xué)應(yīng)用物理與熱能工程系，湖南長沙410083混合后煤粉濃度的新方法，并且介紹了對次風(fēng)管中煤粉濃度風(fēng)速實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時監(jiān)測的過程和方法。實(shí)踐證明在應(yīng)用此系統(tǒng)后，煤粉濃度的在線監(jiān)測與控制有利于煤粉充分燃燒，并取得了很好的節(jié)能效果。

　　1引目對于氣固兩相流動的煤粉濃度的精確測量來說，目前還存在較大的困難。國內(nèi)外學(xué)者對于熱風(fēng)送粉鍋爐的煤粉濃度測量做了大量的研究2，文獻(xiàn)3也對監(jiān)測鍋爐燃燒中風(fēng)煤配比的情況進(jìn)行了研究，但沒有考慮到風(fēng)粉混合過程中壓力損失對煤粉濃度的影響。由于以往風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)的次性投資比較大，給進(jìn)步研究開發(fā)帶來較大的困難。

　　在經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和研究后，筆者找到種更簡單高效實(shí)用適合工程應(yīng)用的煤粉濃度測量的方法，而且已開發(fā)出相關(guān)軟件，對乏氣送粉鍋爐次風(fēng)管中煤粉濃度風(fēng)速進(jìn)行直觀量化的有效監(jiān)測，特別是有利于工作人員準(zhǔn)確調(diào)節(jié)次風(fēng)量煤粉濃度，這對確保煤粉在爐膛內(nèi)完全燃燒，減少灰渣和飛灰穩(wěn)定性都有著重要的意義。

　　2建立數(shù)學(xué)模型2.1模型假設(shè)嚴(yán)格地講，風(fēng)粉混合物的流動屬于氣固兩相流的范疇，為了便于導(dǎo)出乏氣送粉系統(tǒng)中煤粉濃度的計(jì)算關(guān)系，對風(fēng)粉混合過程做如下假設(shè)6氣粉混合物在管道中的流動為稀疏相流動，煤粉顆粒較均勻分布在管道中，煤粉濃度！定義為單位質(zhì)量的空氣中所攜帶煤粉質(zhì)量，次風(fēng)中煤粉混合物的流動屬于旺盛的紊流狀態(tài)，假設(shè)煤粉粒子具有相同尺寸，且均為球形�；旌锨按物L(fēng)攜帶極少量的煤粉，其特性以純空氣特性考慮；次風(fēng)管中風(fēng)粉充分混合后，空氣和其所攜帶的煤粉均有相同的流速；將氣粒兩相流中煤粉顆粒的運(yùn)動視為種特殊的流體，它在管道中運(yùn)動也有摩擦阻力和局部阻力，所引起的附加壓損分別服從達(dá)西公式及局部損失的般公式。

　　2.2測量原理在乏氣送粉系統(tǒng)中，風(fēng)粉混合前次風(fēng)的風(fēng)速壓力和溫度以及風(fēng)粉混合后壓力和溫度均可測得。鍋爐燃燒系統(tǒng)送粉管道中風(fēng)粉混合物屬于稀疏相氣固兩相流動6，忽略混合過程中的散熱損失和壓縮性，則混合前后的過程滿足氣體狀態(tài)方程連續(xù)性方程及能量守恒方程。風(fēng)粉混合意1.

　　1氣體狀態(tài)方程混合前后空氣的壓力溫度和密度分別為尺2氣體的連續(xù)性方程vv2分別是空氣混合前后的速度，v3是風(fēng)粉混合后的速度，由前面假設(shè)知2=，7是混合物中煤粉的體積與混合物的體積之比，可推出2和煤粉濃度的關(guān)系式為，由式2知⑶氣粉混合物的修正狀態(tài)方程121是混合物的質(zhì)量比4風(fēng)粉混合前后的能量守恒方程沿程阻力損失戶，+蘆義。，l+K=a，根據(jù)日本學(xué)者刀根英明提出的公式壓損比=+在兩相流氣力輸送中多采用柏列斯公式05+，力是管道公稱直徑。

　　局部阻力損失戶心，根據(jù)文獻(xiàn)資料，在乏氣送粉系統(tǒng)中風(fēng)粉混合處的局部阻力系數(shù)可在0.150.4范圍內(nèi)取值，或現(xiàn)場直接標(biāo)定。結(jié)合以上各式且風(fēng)粉混合前后次風(fēng)的溫度壓力速度可測，混合后風(fēng)粉混合物的溫度壓力可測的情況下，風(fēng)粉混合后風(fēng)粉混合物的密度！3流度3！18和！1均為煤粉濃度的函數(shù)，即可以得到乏氣送粉方式下進(jìn)入爐膛次風(fēng)管內(nèi)的煤粉濃度的方程，由式5即可求出次風(fēng)管內(nèi)煤粉濃度。

　　3監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)和集成系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)0構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及溫度壓力變送器和差壓變送器等構(gòu)成。

　　3.模塊設(shè)計(jì)本系統(tǒng)1模塊由日本菱公司的，2系列的個功能模塊組成，2.0基本單元包括中央處理器CPU存儲器RAM2k步時鐘以及擴(kuò)展接口，其中點(diǎn)數(shù)為1212，個六擴(kuò)展模塊完成對次風(fēng)管的24路溫度信號16路壓力信號的數(shù)據(jù)采集。通信模塊完成1與上位計(jì)算機(jī)之間的信息交換。

　　6路壓力測點(diǎn)信號224路溫度測點(diǎn)信號1乙，以掃描方式運(yùn)行監(jiān)控程序。典型的掃描過程外，其余部分均為0的系統(tǒng)監(jiān)控程序。在內(nèi)部處理階段，0檢查1模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成些別的內(nèi)部工作。在通訊服務(wù)階段，1與別的帶微處理器的智能裝置通訊。在輸入處理階段，0把所有外部輸入信號的通斷狀態(tài)讀入到它的輸入映象寄存器中。在用戶程序執(zhí)行階段，10逐條解釋和執(zhí)行用戶程序，將運(yùn)算結(jié)果寫入元件映象寄存器相應(yīng)的單元。在輸出處理階段，將輸出映象寄存器的狀態(tài)傳送到輸出寄存器，經(jīng)輸出隔離和功率放大后，驅(qū)動外部負(fù)載。

　　3.2上位機(jī)軟件系統(tǒng)的組成上位計(jì)算機(jī)軟件由6.0開發(fā)而成0是種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，因其代碼簡單靈活性好效率高等特點(diǎn)成為0，23環(huán)境下軟件開發(fā)繼承性，特別便于實(shí)時數(shù)據(jù)的訪問和查詢12345.上位機(jī)軟件組成結(jié)構(gòu)4，主要實(shí)現(xiàn)如下功能并送入上下限設(shè)定值；報(bào)警打印當(dāng)風(fēng)速風(fēng)粉濃度參數(shù)超過上下限值時，將顯當(dāng)前報(bào)警信號，提醒工作人員進(jìn)行處理，報(bào)警時實(shí)時打印，項(xiàng)報(bào)警打印行。3.3動態(tài)鏈接庫的開發(fā)由于沒有提供直接的10操作功能，當(dāng)用戶使用；轉(zhuǎn)換卡或像采集卡即插即用的功能板給用戶編程帶來困難，用戶可運(yùn)用1301叉串行通訊控件動態(tài)數(shù)據(jù)交換或動態(tài)鏈接庫技術(shù)。關(guān)于這種不同技術(shù)的特點(diǎn)參考文獻(xiàn)5已有較詳細(xì)的說明，為適應(yīng)現(xiàn)場的需要，筆者運(yùn)用的是，技術(shù)，是姐肛，3，代。0，23的重要特點(diǎn)，程序人員利用它可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序共享代碼和衍0，23的重要資源。其主要優(yōu)點(diǎn)是，可與用戶的程序分開，用戶可更新，而不用更改可執(zhí)行文件，并且有利于維護(hù)整個監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定。用，40 C++Builder4.04編制動態(tài)鏈接庫其基本框架結(jié)構(gòu)是個函數(shù)函數(shù)出口函數(shù)！自定完成初始化工作；出口函數(shù)！是在被卸出之前。0，23調(diào)用它做些清除工作；自定義函數(shù)是開發(fā)，的核心部分。自定義函數(shù)由其它的應(yīng)用程序調(diào)用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)10.

　　下，就可在中直接通過；尺聲明來訪問及其編譯器，實(shí)現(xiàn)與！之間的數(shù)據(jù)通信。

　　4應(yīng)用實(shí)例廣西平果鋁業(yè)集團(tuán)公司熱力廠的2爐在運(yùn)行過程中由于角次風(fēng)流量不均，噴燃器出口煤粉濃度不均而導(dǎo)致爐膛火焰中心偏斜，從而引起爐膛氣流沖刷后墻及右墻，使得爐膛后側(cè)及右側(cè)水冷壁嚴(yán)重磨損，爐膛結(jié)焦嚴(yán)重，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒不充分，鍋爐出力也不高，此外灰渣和煙氣的含碳量都明顯偏高，既造成能源浪費(fèi)，又不利于環(huán)境保護(hù)。

　　為緩解結(jié)焦減少黑煙，提高鍋爐出力，在2，爐上采用了主界面5的風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)，從現(xiàn)場的情況來看，在線監(jiān)測系統(tǒng)取得很好的效果。工作人員根據(jù)在線顯的風(fēng)速煤粉濃度調(diào)節(jié)次風(fēng)量，基本上保證了8根次風(fēng)管的煤粉濃度，風(fēng)速致。保證切圓不偏離中心，使鍋爐燃燒器以角切圓方式穩(wěn)定燃燒，鍋爐出力達(dá)到了額定出力。6是在該系統(tǒng)應(yīng)用前后，分別次對煙氣灰渣取樣測試含碳量的數(shù)據(jù)，可看出煙氣灰渣含碳量分別降低減少5以上，煤粉在爐膛內(nèi)燃燒充分，節(jié)能效果非常顯著，大大提高了鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

　　5總結(jié)過程中的壓力損失影響，并運(yùn)用能量法測量次風(fēng)管中風(fēng)粉混合后煤粉濃度的方法是可行的，模型和算法是可靠的。由此開發(fā)的軟件得到推廣和應(yīng)用，將可為乏氣送粉角切圓方式燃燒鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性安全性提供可靠的保障，以及鍋爐的經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行提供有力的支持和幫助。

　　3系統(tǒng)應(yīng)用前灰渣煙氣含碳量2，4系統(tǒng)應(yīng)用后灰渣煙氣含碳量李新華。密度濃度測量在線監(jiān)測系統(tǒng)。北京中國計(jì)量出版社，1991.

　　金林，沈炯。乏氣送粉鍋爐煤粉濃度軟測量技術(shù)及其仿真研方彥軍，李敏，周洪�；痣姀S鍋爐次風(fēng)風(fēng)速及給粉濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)。動力工程，19986.

　　新思維工作室。5++78；=4.0使用指南。北京機(jī)械工業(yè)出版社，2000.。北京機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

　　李詩久。工程流體力學(xué)。機(jī)械工業(yè)出版社，1989.歡迎訂閱壓力容器雜志2002年起改為月刊郵局征訂代號2610請到當(dāng)?shù)剜]局訂閱壓力容器雜志是由國家新聞出版署批準(zhǔn)出版的中央級刊物，國內(nèi)外公開發(fā)行，國內(nèi)統(tǒng)刊號0134105867，國際連續(xù)出版物編號1990014837號，廣告經(jīng)營許可證皖合工商廣字0030號。本刊由雙月刊改為月刊，大16開本，64版，2002年度每期定價(jià)為8.00元，全年定價(jià)96.00元。郵局征訂代號2610.國外發(fā)行中國國際書貿(mào)易總公司北京399信箱，國外發(fā)行代號1529=.

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　　壓力容器雜志主要報(bào)道超高壓高壓中低壓壓力容器和氣瓶換熱器塔器等殼體大型高壓管道通用機(jī)械如壓縮機(jī)制冷機(jī)等承壓輔助設(shè)備等的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料工程焊接技術(shù)無損檢測技術(shù)安全分析監(jiān)察技術(shù)使用管理以及國內(nèi)外壓力容器研究技術(shù)進(jìn)展壓力容器行業(yè)動態(tài)信息等。

　　1用戶界面和現(xiàn)場環(huán)境相對應(yīng)，以實(shí)時數(shù)據(jù)和形的形式形象地現(xiàn)速度濃度的變化，并可曲線顯24路溫度測點(diǎn)，16路壓力測點(diǎn)的狀態(tài)，以及可以調(diào)用6個月內(nèi)任意時間段的參數(shù)曲線；2數(shù)據(jù)庫的管理考慮到實(shí)現(xiàn)的方便及性能的刪除；3檢測參數(shù)的在線校正現(xiàn)場傳感器和；轉(zhuǎn)4換卡長期使用后，可能產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，使監(jiān)控器顯5的檢測參數(shù)與現(xiàn)場儀顯的數(shù)據(jù)不符，為此通過調(diào)整檢測數(shù)據(jù)的增益因子在線校正數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；