電廠煤粉爐給粉量測量

李光，李瑞兔，李金

(西安艾貝爾科技發(fā)展有限公司，西安 710065)

0 引言

火力發(fā)電是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍，在循環(huán)經(jīng)濟的環(huán)境中，需要著重考慮電力對環(huán)境的影響以及如何提高資源利用率的問題。目前火電仍占據(jù)電力市場很大份額，火電技術必須不斷提高，才能滿足環(huán)境保護的要求。提高火電廠的生產(chǎn)質(zhì)量與經(jīng)濟效益，需要對電廠煤粉爐的給粉量進行準確的測量與控制。這樣既有利于節(jié)約能源又有利于保護環(huán)境，也能滿足居民日益增長的用電量需求。

在煤粉輸送管道中，應用流量計可對煤粉的體積流量進行測量，流量計將流量相關的一些信息轉化為電信號，然后從這些電信號中提取出流量數(shù)據(jù)，以及時獲得管道內(nèi)煤粉量的信息，合理安排給粉量，提高燃燒效率。傳統(tǒng)的流量計在測量過程中存在干擾，影響流體的測量精度，若產(chǎn)生誤差，不利于后續(xù)的處理和控制。微波固體流量計基于多普勒效應原理，傳感器在管道內(nèi)產(chǎn)生微波場，微波被管道內(nèi)流動的微粒反射，通過對頻率和幅度變化的計算可精確地測量出固體流量，此方法不會擾亂被測流體的流動狀態(tài)，且反應迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)自動、連續(xù)實時在線測量。微波固體流量計成本較低、安裝簡便、容易操作，測量時受到的干擾較小。

本文采用了SintrolSF－600固體流量計，該流量計避免了傳統(tǒng)微波流量計不能測量堆積粉塵顆粒的缺點，安裝簡單且測量精度高。

1 電廠煤粉爐給粉過程存在問題

燃燒系統(tǒng)由輸煤、磨煤、粗細分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫硫等步驟組成。燃煤由皮帶輸送機從煤場運出，通過電磁鐵、碎煤機后送入煤粉間的煤斗內(nèi)，再經(jīng)過給煤機進入磨煤機進行磨粉，空氣預熱器送來的熱風將磨制好的煤粉輸送至粗細分離器，粗細分離器將合格的煤粉送至粉倉，給粉機將煤粉打入噴燃器，最終送入鍋爐進行燃燒。

1.1 管道流量計算

固體體積流量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)封閉管道或有效截面的固體顆粒的質(zhì)量。煤粉輸送管道如圖1所示。

圖1 煤粉輸送管道示意

設管道中的煤粉總質(zhì)量為m，假設在時間t內(nèi)煤粉顆粒全部通過了該段管道橫截面S，則在此時間t內(nèi)通過煤粉管道的質(zhì)量流量

時間t內(nèi)煤粉顆粒質(zhì)量

式中:ρ為管道煤粉顆粒的平均密度，即單位體積內(nèi)含有的煤粉顆粒質(zhì)量;V為煤粉顆粒在時間t內(nèi)流過截面S的體積。設顆粒的平均速度為v，則

由式(1)～(3)可得

從式(4)可以看出，截面積已知的輸送管道中煤粉顆粒的質(zhì)量流量大小由煤粉顆粒充滿管道的密度和顆粒的速度決定。

1.2 煤粉分配不均

煤粉細度的檢測一般通過人工取樣的測量手段，這種手段測量精度低，且結果實時性差，使管道內(nèi)仍然存在一定量的不合格煤粉。磨煤機通風量越低，煤粉分配越均勻。合格的煤粉會使管道內(nèi)的風粉具有氣相流體特性，容易進行煤粉分配。

煤粉管道之間煤粉分配不均會直接影響燃燒器出口煤粉氣流的著火及穩(wěn)燃，煤粉質(zhì)量濃度過高時，水平管道內(nèi)煤粉沉積，不能及時向爐內(nèi)輸送煤粉，使相應的煤粉管道燒壞，燃燒效率低，甚至引起爐膛中心還原氣氛強而使受熱面中心高溫腐蝕或結焦，爐膛熱負荷加重;煤粉質(zhì)量濃度過低時，爐膛燃燒溫度降低，爐膛容易滅火，二次燃燒易堵死鍋爐下部出灰口，鍋爐氣壓偏低，無法滿足負荷要求，同時NOx排放量增加，嚴重影響機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

1.3 最佳空燃比

煤粉燃燒與化學反應一樣，燃燒物料存在著一定的比例關系。定量的煤粉與空氣中定量的O2在一定比例作用下可以達到最佳熱效率?？杖急仁菧p少排放和提高燃燒性能的重要參數(shù)。

當空氣量不足時，爐膛內(nèi)的煤粉不能全部燃燒，爐溫上升緩慢，造成化學熱損失大，同時煙囪冒黑煙，環(huán)境污染嚴重;當空氣量過剩時，則會出現(xiàn)過氧燃燒，產(chǎn)生大量NOx及SOx，腐蝕設備，并造成環(huán)境污染，同時爐膛內(nèi)的部分空氣未參與燃燒卻把熱量帶走，造成熱量損失。

2 微波固體流量計及存在的問題

2.1 微波固體流量計工作原理

微波固體流量計適用于金屬管道內(nèi)氣動輸送或自由落體過程中的在線測量。利用傳感器與管道之間特殊耦合的電磁場產(chǎn)生一個測量場。

物料經(jīng)過測量場，同時傳感器發(fā)射低能量微波信號并接收反射回的能量，其中微波反射頻率與發(fā)射頻率產(chǎn)生頻差，在流量計輸出端產(chǎn)生低頻交流電壓，相當于1個微波計數(shù)器，記錄單位時間內(nèi)物料的體積流量，最終達到檢測物料的數(shù)量和流速的目的。微波固體流量計工作原理如圖2所示。

圖2 微波固體流量計工作原理

2.2 傳統(tǒng)微波固體流量計存在的問題

傳統(tǒng)微波流量計基于多普勒效應原理，存在諸多問題。首先，多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體，由于采用特定的頻率，故僅能測量流動微粒的數(shù)量，無法測量堆積微粒的數(shù)量，若粉塵沉積等非流動的微粒不會被計算在內(nèi)，這就從根本上限制了流量計的功能;其次，多普勒法測量精度不高，且測量復雜，需要滿管操作。

3 SintrolSF－600固體流量計的應用

3.1 SintrolSF－600固體流量計介紹

SintrolSF－600固體流量計采用先進的微波超短脈沖技術，該流量計專門為工業(yè)和市政各類金屬輸料管道的流量測量而設計，是完全創(chuàng)新的產(chǎn)品。它適用于自由落體段和氣力輸送的固體物料過程中的在線非接觸測量，測量信號不會受到管道內(nèi)介質(zhì)壓力、溫度、蒸汽以及壓縮空氣的影響。

3.2 實際應用

1套完整的微波固體測量系統(tǒng)包括傳感器及安裝底座、中央處理單元以及接線盒(連接傳感器與中央處理單元)，系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 微波固體測量系統(tǒng)

SintrolSF－600固體流量計對幾乎所有的粉末、灰塵、屑狀物和顆粒物都可以進行重復測量，直徑為1 nm～1 cm的固體顆?；蚍勰┒紳M足測量要求，避免了傳統(tǒng)微波流量計不能測量堆積微粒的缺點，并且測量范圍達到20 t/h，測量精度為±(2%～5%)。能滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)過程的測量流量要求。

4 結束語

在火電廠煤粉給粉過程中，由于煤粉體積濃度無法精確測量，導致煤粉燃燒無法達到最佳狀態(tài)，能源利用率低，污染環(huán)境。本文采用了SintrolSF－600

固體流量計，克服了傳統(tǒng)微波流量計的缺點，安裝簡單且測量精度高，實時在線測量煤粉濃度，可有效控制燃燒系統(tǒng)。

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