基于煤粉濃度在線監測下煤粉鍋爐的節能研究

基于煤粉濃度在線監測下煤粉鍋爐的節能研究王強，周乃君，梅熾中南大學應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，并且介紹了對次風管中煤粉濃度風速實現在線實時監測的過程和方法。實踐證明在應用此系統后，煤粉濃度的在線監測與控制有利于煤粉充分燃燒，并取得了很好的節能效果。

　　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。國內外學者對于熱風送粉鍋爐的煤粉濃度測量做了大量的研究2，文獻3也對監測鍋爐燃燒中風煤配比的情況進行了研究，但沒有考慮到風粉混合過程中壓力損失對煤粉濃度的影響。由于以往風粉在線監測系統的次性投資比較大，給進步研究開發帶來較大的困難。

　　在經過大量的實驗和研究后，筆者找到種更簡單高效實用適合工程應用的煤粉濃度測量的方法，而且已開發出相關軟件，對乏氣送粉鍋爐次風管中煤粉濃度風速進行直觀量化的有效監測，特別是有利于工作人員準確調節次風量煤粉濃度，這對確保煤粉在爐膛內完全燃燒，減少灰渣和飛灰穩定性都有著重要的意義。

　　2建立數學模型2.1模型假設嚴格地講，風粉混合物的流動屬于氣固兩相流的范疇，為了便于導出乏氣送粉系統中煤粉濃度的計算關系，對風粉混合過程做如下假設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！定義為單位質量的空氣中所攜帶煤粉質量，次風中煤粉混合物的流動屬于旺盛的紊流狀態，假設煤粉粒子具有相同尺寸，且均為球形。混合前次風攜帶極少量的煤粉，其特性以純空氣特性考慮；次風管中風粉充分混合后，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動視為種特殊的流體，它在管道中運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中，風粉混合前次風的風速壓力和溫度以及風粉混合后壓力和溫度均可測得。鍋爐燃燒系統送粉管道中風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方程連續性方程及能量守恒方程。風粉混合意1.

　　1氣體狀態方程混合前后空氣的壓力溫度和密度分別為尺2氣體的連續性方程vv2分別是空氣混合前后的速度，v3是風粉混合后的速度，由前面假設知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和煤粉濃度的關系式為，由式2知⑶氣粉混合物的修正狀態方程121是混合物的質量比4風粉混合前后的能量守恒方程沿程阻力損失戶，+蘆義。，l+K=a，根據日本學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，根據文獻資料，在乏氣送粉系統中風粉混合處的局部阻力系數可在0.150.4范圍內取值，或現場直接標定。結合以上各式且風粉混合前后次風的溫度壓力速度可測，混合后風粉混合物的溫度壓力可測的情況下，風粉混合后風粉混合物的密度！3流度3！18和！1均為煤粉濃度的函數，即可以得到乏氣送粉方式下進入爐膛次風管內的煤粉濃度的方程，由式5即可求出次風管內煤粉濃度。

　　3監測系統的開發和集成系統由上位計算機0構成的數據采集系統，以及溫度壓力變送器和差壓變送器等構成。

　　3.模塊設計本系統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步時鐘以及擴展接口，其中點數為1212，個六擴展模塊完成對次風管的24路溫度信號16路壓力信號的數據采集。通信模塊完成1與上位計算機之間的信息交換。

　　6路壓力測點信號224路溫度測點信號1乙，以掃描方式運行監控程序。典型的掃描過程外，其余部分均為0的系統監控程序。在內部處理階段，0檢查1模塊內部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以及完成些別的內部工作。在通訊服務階段，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讀入到它的輸入映象寄存器中。在用戶程序執行階段，10逐條解釋和執行用戶程序，將運算結果寫入元件映象寄存器相應的單元。在輸出處理階段，將輸出映象寄存器的狀態傳送到輸出寄存器，經輸出隔離和功率放大后，驅動外部負載。

　　3.2上位機軟件系統的組成上位計算機軟件由6.0開發而成0是種面向對象的程序設計語言，因其代碼簡單靈活性好效率高等特點成為0，23環境下軟件開發繼承性，特別便于實時數據的訪問和查詢12345.上位機軟件組成結構4，主要實現如下功能并送入上下限設定值；報警打印當風速風粉濃度參數超過上下限值時，將顯當前報警信號，提醒工作人員進行處理，報警時實時打印，項報警打印行。3.3動態鏈接庫的開發由于沒有提供直接的10操作功能，當用戶使用；轉換卡或像采集卡即插即用的功能板給用戶編程帶來困難，用戶可運用1301叉串行通訊控件動態數據交換或動態鏈接庫技術。關于這種不同技術的特點參考文獻5已有較詳細的說明，為適應現場的需要，筆者運用的是，技術，是姐肛，3，代。0，23的重要特點，程序人員利用它可以實現應用程序共享代碼和衍0，23的重要資源。其主要優點是，可與用戶的程序分開，用戶可更新，而不用更改可執行文件，并且有利于維護整個監測系統的穩定。用，40 C++Builder4.04編制動態鏈接庫其基本框架結構是個函數函數出口函數！自定完成初始化工作；出口函數！是在被卸出之前。0，23調用它做些清除工作；自定義函數是開發，的核心部分。自定義函數由其它的應用程序調用來實現數據10.

　　下，就可在中直接通過；尺聲明來訪問及其編譯器，實現與！之間的數據通信。

　　4應用實例廣西平果鋁業集團公司熱力廠的2爐在運行過程中由于角次風流量不均，噴燃器出口煤粉濃度不均而導致爐膛火焰中心偏斜，從而引起爐膛氣流沖刷后墻及右墻，使得爐膛后側及右側水冷壁嚴重磨損，爐膛結焦嚴重，煤粉在爐膛內燃燒不充分，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，又不利于環境保護。

　　為緩解結焦減少黑煙，提高鍋爐出力，在2，爐上采用了主界面5的風粉在線監測系統，從現場的情況來看，在線監測系統取得很好的效果。工作人員根據在線顯的風速煤粉濃度調節次風量，基本上保證了8根次風管的煤粉濃度，風速致。保證切圓不偏離中心，使鍋爐燃燒器以角切圓方式穩定燃燒，鍋爐出力達到了額定出力。6是在該系統應用前后，分別次對煙氣灰渣取樣測試含碳量的數據，可看出煙氣灰渣含碳量分別降低減少5以上，煤粉在爐膛內燃燒充分，節能效果非常顯著，大大提高了鍋爐的運行經濟性。

　　5總結過程中的壓力損失影響，并運用能量法測量次風管中風粉混合后煤粉濃度的方法是可行的，模型和算法是可靠的。由此開發的軟件得到推廣和應用，將可為乏氣送粉角切圓方式燃燒鍋爐運行的穩定性安全性提供可靠的保障，以及鍋爐的經濟節能運行提供有力的支持和幫助。

　　3系統應用前灰渣煙氣含碳量2，4系統應用后灰渣煙氣含碳量李新華。密度濃度測量在線監測系統。北京中國計量出版社，1991.

　　金林，沈炯。乏氣送粉鍋爐煤粉濃度軟測量技術及其仿真研方彥軍，李敏，周洪。火電廠鍋爐次風風速及給粉濃度在線監測系統。動力工程，19986.