[发明专利]一种测量燃煤电厂制粉系统煤粉浓度的方法及装置

说明书

本发明属于气固两相流动测量领域，具体来说，是一种用于测量燃煤电厂制粉系统一次风煤粉浓度的方法及装置。本发明装置包括滞止管、收尘仓、压缩空气罐、差压传感器、温湿度传感器、数据采集卡、计算机、风速管，一次风煤粉气流中的煤粉进入滞止管内并在气体曳力作用下减速，从而使得滞止管内气体的静压升高，通过定量测算该静压升高幅度，计算出煤粉浓度。煤粉的动量与其质量浓度和运动速度直接相关，而与煤粉的组分（煤质）基本无关，相比于依赖静电、电磁波、电容等特性和指标的测量方法来说，本发明方法的原理更本征，可靠性更高，干扰因素更少，而且不依赖复杂的电子设备，从而造价更低。

技术领域

本发明属于气固两相流动测量领域，具体来说，是一种用于测量燃煤电厂制粉系统一次风煤粉浓度的方法及装置。

背景技术

在燃煤电厂中，制粉系统将较粗的煤块/煤粒磨制成较细的煤粉，并利用气流将其输送进入炉膛中燃烧。煤粉的参数指标(如细度、均匀性)对于其燃烧过程具有直接和显著的影响。对于直吹式制粉系统，单台机组的送粉管路可到二十至三十余路，各个粉管的煤粉流量普遍存在较大偏差，导致炉膛内的空气动力场和燃烧状况均偏离设计情况，引起燃烧不完全、NOx生成率高、水冷壁冲刷/结焦、换热面超温/爆管、减温水耗量大等一系列问题。为了提高燃烧效率和运行安全性，降低污染物的形成，制粉系统(特别是直吹式制粉系统)煤粉浓度的在线测量(以及后续基于此参数的设备和运行调控)是非常必要的。

目前多数燃煤电厂均未装设煤粉浓度测量装置。少数电厂在制粉系统分离出口管道上安装有传统的取样管测量系统(如笛形取样管)，人工操作将煤粉抽取、收集并称重，换算得到煤粉浓度。其装置简单、成本低廉，但存在取样代表性差、取样管磨损损坏严重等问题，而且其人工操作的准确性、可靠性和可重复性都难以保证。更少数的电厂采用了如静电法测量装置，通过对煤粉颗粒荷电状态的感应和测量推算煤粉浓度，但主要缺点在于其测量信号仅具有相对意义(信号无法与煤粉的绝对浓度建立定量关系)，测量准确性受风粉参数如水分、煤质影响大，难以适应燃煤电厂运行状况、煤质多变的生产实际情况，而且投资费用过高，在当前燃煤电厂经营较为困难的情况下难以推广应用。

针对上述情况以及充分考虑电厂的实际需求，本发明提出了一种依靠煤粉动量进行煤粉浓度测量的方法和装置。

发明内容

为了解决现有制粉系统缺少有效的煤粉浓度测量手段的问题，本发明提供了一种测量燃煤电厂制粉系统煤粉浓度的方法及装置，基于颗粒相(煤粉)动量可转化为气相(空气)静压能这一物理机制。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种测量燃煤电厂制粉系统煤粉浓度的方法，其特征是，过程如下：将滞止管置于主管道内，滞止管的一端为开口端并朝向一次风煤粉的来流方向，滞止管的另一端为封闭端且连接收尘仓，在滞止管的另一端以及主管道上开设静压测孔并连接一号差压传感器；在主管道上安装风速管，并将风速管连接二号差压传感器；将一号差压传感器和二号差压传感器均与数据采集卡连接，并连接到计算机；一次风煤粉气流中的煤粉进入滞止管内并在气体曳力作用下减速，从而使得滞止管内气体的静压升高，通过定量测算该静压升高幅度，根据下式计算出煤粉浓度：

其中，△p_s为滞止管封闭端的静压与主管道气流的静压之差，u₀为主管道气流的流速，ρ_g为主管道气体的密度，k为压头转化因子，k为计算方法的核心参数，优先通过实验标定获得。

主管道气流的流速通过不受煤粉影响的风速管测得，风速管优选采用BS-I型测速管；主管道气体的静压通过在主管道上开设的静压孔测得，或者通过与滞止管呈“靠背”布置的静压管测得。

所述收尘仓上开孔并连接压缩空气反吹系统，当收尘仓接通压缩空气时，气流将收尘仓中的煤粉吹起并通过滞止管的开口端送回到主管道内，实现收尘仓的清灰。

将温湿度传感器连接于主管道内，测量主管道中气体的温度和相对湿度，用于后续气体参数的计算。