粉尘浓度测量仪的设计.doc

前言 燃煤发电厂锅炉燃烧的稳定性、经济性与一次风进入炉膛的风速和煤粉浓度的大小及均匀性关系密切，煤粉浓度的高低以及各个煤粉燃烧器的风粉均匀性直接影响到炉内燃烧工况的稳定和锅炉的燃烧效率。煤粉浓度测量是电站锅炉研究的重要课题，煤粉由一次风携带经煤粉管直接进入炉膛燃烧，各煤粉管之间煤粉浓度的不均匀对燃烧有很大的影响，如各燃烧器之间煤粉浓度相差太大，就不能很好的组织燃烧，会造成火焰的偏斜，热效率降低，结焦，燃烧不稳定，Nox的排放增加等问题。严重的情况下会造成煤粉管道堵塞，电厂被迫将负荷或停机，影响了电厂的安全运行，并给电厂造成很大的损失。 电厂煤粉管道煤粉的输送属于复杂的气固两相流工况，一直没有一个很好的测量方法，而国内外用于气固两相流浓度的测量方法很多，有热平衡法，连续反吹扫弯头压差测量法，静电法，激光法，光学法，电容法等等。但是这些方法存在很大问题，例如：热平衡法要求混合后混合物的温度均匀一致，并且在一定范围内，煤粉的比热不受其成分变化影响，实际情况很难达到这种要求，对热平衡测量结果有很大影响。连续反扫弯头压差测量法采用的是压缩空气连续吹扫探头，如果压缩空气压力过小或者过大将出现探头堵塞和测量不准等问题，而且测量滞后时间长，不能满足在线连续实时检测的要求。本文主要介绍了经典法测量煤粉浓度，近年来静电法已成为研究的重点，它是用煤粉摩擦管壁产生电荷利用放大电路发大来反应探测区域的颗粒浓度的细微变化，但也存在探头容易堵塞等问题,需要进一步研究探索。 1 绪论 1.1风粉检测的发展的概况 目前，锅炉一次风煤粉浓度在线测量有很多方法，归纳起来大致可分为两类，即直接法和间接法。直接法主要有微波法、光电检测法、激光法和超声波法。微波法的测量原理是：在输粉管路中用法兰装接一段测量管，沿煤粉流动方向按一定角度（大于90°）对应倾斜布置微波发生器和微波接收器。微波在测量管内与煤粉管颗粒碰撞时会引起波束衰减。通过测量其衰减值即可反应煤粉的浓度。本方法是欧洲新近公布的一项专利技术，设备安装精度要求高，管内不可避免地存在死区，测量装置处于研制阶段，暂时还无法推广使用。光－电检测法的原理是：用光纤探头把光束引入测量区，测得运动微粒对光的感应信号，再将该信号经光电转换、模数转换后进行计算分析，最终得到微粒的浓度值。其基本形式有反射式和透射式。其测量精度主要受光纤探头的结构、被测量微粒的直径、煤粉浓度的高低影响，探头是否被污染也直接影响到测量的准确性。同时，仪器存在着价格高、校核难的问题，因此在工厂使用中推广有较大的难度。激光法测量原理是：激光通过煤粉和空气混合流动体系时，将同时受到空气分子和煤粉粒子的散射与吸收。对于煤粉这种特殊颗粒，其吸收率近似于黑体，它们对光波衰减相当强，其等效直径要比气体分子直径大若干数量级，而空气分子的散射和吸收作用相对而言可忽略不计。因此，测量激光穿过煤粉管道的透过率，即可测得煤粉相应的浓度。但该方法因受工作环境及设备造价等因素影响而少有电厂应用。超声波法测量煤粉浓度是在输送煤粉管道的两个对应表面上装设超声波传感器，第一对传感器用来测定超声波脉冲沿两个方向（与计算流速的流向约成45°）的传输时间，平装的第二对传感器用来测定垂直于流向传输的超声波衰减，其衰减受空气紊流和煤粉浓度两者影响。为了测量煤粉的浓度，需对紊流效应进行校正。在实际测量中，可用β射线予以校正。由于传感器价格低廉，可布置多对传感器而取其平均值。目前此法已有工业应用实例。间接法是目前研究较多的测量方法，也称为热力学方法。其测量原理均基于能量守恒定律、连续性方程、动量定律，并在一定假设基础上进行简化，建立相应数学模型。实际工程中，通常以风粉混合物中煤粉的质量分数来反映煤粉的浓度。能量法测量原理是：在一次风管中忽略混合过程中的散热损失和压缩性，则风粉混合物的总能量可近似看作混合物的流动动能和静压力之和。由于混合过程中存在局部阻力损失和沿程阻力损失，空气和煤粉在混合前后的总能量存在差别。在流速、温度等其它条件一定的情况下，空气和煤粉混合比例的不同必然引起混合前后气、固两相流体静压差的不同。因此，只要测出煤粉混合前空气的流速和静压力以及混合前后的温度和静压，通过联立求解热力学偏微分方程组，就可得到相应的煤粉质量分数。压差法的测量原理是：煤粉从给粉机落入一次风管后，在一次风速的作用下逐渐被加速，理论上说，煤粉的水平速度最终将与一次风速相同，亦即风粉之间水平方向不再有相对速度，且煤粉与一次风之间的热交换已经完成，风粉进入相对稳定的流动状态。如图1中的2－2截面，此处的风粉速度、压力、温度分别记作v2，p2，T2。在风粉混合过程中，系统的静压不断减小，温度逐步降低，最后达到气粉混合温度。在前述假设的