煤粉濃度在線監(jiān)測下煤粉鍋爐的節(jié)能研究

穆志剛

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司二礦選煤廠 山西陽泉 045000）

引言

對于目前的技術(shù)來說，利用氣、固兩相流動的原理來精確測量煤粉還具有一定的難度。國內(nèi)外許多學(xué)者都曾對熱風(fēng)送粉鍋爐中如何準(zhǔn)確測量煤粉濃度進(jìn)行過相關(guān)研究，但是大多數(shù)研究在對煤粉濃度測量的因素進(jìn)行研究時(shí)都沒有考慮到風(fēng)-粉混合過程中壓力的損傷。過去的風(fēng)-粉在線監(jiān)測大多都是一次性通過，其中所需的資金數(shù)目較大，這在一定程度上增加了進(jìn)行深層次研究開發(fā)的難度。通過不斷的實(shí)驗(yàn)以及研究，有研究提出一種相對來說更簡單、高效、實(shí)用的測量煤粉濃度的方法[1]，并且適用于工程當(dāng)中。從研究到現(xiàn)在已經(jīng)有相關(guān)軟件被成功開發(fā)，主要用于直觀、量化的有效監(jiān)測閥氣送粉鍋爐一次風(fēng)管中煤粉、濃度以及風(fēng)速，尤其是針對于工作人員進(jìn)行一次性風(fēng)量、煤粉濃度的調(diào)節(jié)，確保爐膛內(nèi)的煤粉可以完全燃燒，避免出現(xiàn)過多含碳灰渣以及飛灰，降低煤的消耗量，提升鍋爐的工作效率以及穩(wěn)定性。

1 風(fēng)粉混合原理及過程

從專業(yè)角度而言，風(fēng)-粉混合物產(chǎn)生的流動屬于氣固兩相流的范疇，這主要是為了給系統(tǒng)中煤粉濃度計(jì)算關(guān)系的導(dǎo)出提供便利，其中風(fēng)粉混合過程表現(xiàn)為氣粉混合物在管道當(dāng)中產(chǎn)生一定的流動，這種流動被納入稀疏相流動，管道當(dāng)中存在著均勻分布的煤粉顆粒，煤粉濃度的計(jì)算需要測量煤粉在單位質(zhì)量空氣中所占的分量。如果一次風(fēng)管內(nèi)部所包含的煤粉混合物的流動形式表現(xiàn)為強(qiáng)盛的紊流狀態(tài)時(shí)，能夠?qū)⒚悍哿Ｗ拥某叽绠?dāng)做是一樣的，且煤粉粒子的形狀都呈現(xiàn)為球形，混合的前一次風(fēng)帶有量比較少的煤粉，考慮角度可以直接偏向于純空氣特性；風(fēng)和粉在一次風(fēng)管中相遇碰撞，其空氣以及其攜帶的煤粉的流動速度相差不大；在氣-粒中兩相流職中，煤粉顆粒之間會發(fā)生一定運(yùn)動，這種運(yùn)動流體要比其他流體特殊，在管道內(nèi)部發(fā)生的運(yùn)動也會出現(xiàn)摩擦阻力與局部阻力，其出現(xiàn)的附加壓仍然在達(dá)西公式、局部損失的一般公式的使用范圍內(nèi)[2]。

2 測置原理

科學(xué)運(yùn)用乏氣送粉系統(tǒng)，能夠讓風(fēng)-粉混合前一次風(fēng)的風(fēng)速、壓力與溫度等都得到準(zhǔn)確的測量，在鍋爐燃燒系統(tǒng)當(dāng)中，風(fēng)粉混合物維持稀疏相氣、固兩相流動的狀態(tài)[3]，能夠不統(tǒng)計(jì)混合過程中出現(xiàn)的散熱損失以及壓縮性，就可以符合連續(xù)性方程、氣體狀態(tài)方程、能量守恒方程。進(jìn)行兩相流氣力的輸送主要是應(yīng)用到柏列斯公式A=0.012 5+0.001 l/D,，其中D為管道公稱直徑；而局部阻力損失的測定可以進(jìn)行現(xiàn)場直接標(biāo)定，或者是能夠?qū)⒎馑头巯到y(tǒng)當(dāng)中風(fēng)粉混合處存在的局部阻力系數(shù)數(shù)值設(shè)置在0.15~0.4范圍內(nèi)。將以上各項(xiàng)公式結(jié)合則可以測出風(fēng)、粉混合前后一次風(fēng)的溫度、速度以及壓力，再根據(jù)所得數(shù)值測量出混合物的密度、速度等，可以得出計(jì)算煤粉濃度的函數(shù)，也就是可以計(jì)算出乏氣送粉模式下進(jìn)入爐膛一次風(fēng)管內(nèi)部的煤粉濃度的具體數(shù)值，然后根據(jù)數(shù)值計(jì)算出一次風(fēng)管當(dāng)中的所包含的煤粉濃度。

3 基于煤粉濃度在線監(jiān)測下煤粉鍋爐節(jié)能實(shí)際應(yīng)用案例

某一企業(yè)的煤粉鍋爐在運(yùn)行中期沒能夠做到平均設(shè)置四角一次風(fēng)流量，同樣噴燃器出口處的煤粉濃度也沒能夠得到平均設(shè)置，導(dǎo)致爐膛火焰的中心發(fā)生嚴(yán)重的偏斜情況，爐膛氣流會在一定程度上沖刷其右墻與后墻，使得爐膛后側(cè)位置與右側(cè)水冷壁均出現(xiàn)較為嚴(yán)重的損壞情況，出現(xiàn)大面積的爐膛結(jié)焦，使得出現(xiàn)爐膛內(nèi)部煤粉燃燒不均的情況，鍋爐出力較弱[4]，產(chǎn)生的灰渣以及煙氣含有的碳量很高，引起能源浪費(fèi)，破壞環(huán)境的情況。該企業(yè)為了緩解其結(jié)焦現(xiàn)象，降低黑煙的排放，提升鍋爐工作效率，采納了上述的風(fēng)-粉在線監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)后，其煤粉鍋爐運(yùn)行狀態(tài)很好，工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，包括風(fēng)溫、風(fēng)速、煤粉濃度等，對其展開合適的調(diào)節(jié)，保證其8跟一次風(fēng)管煤粉濃度都能夠維持相同，風(fēng)速也能夠保持相同，并且其切圓剛好處于中心位置，鍋爐燃燒器剛好表現(xiàn)為四角切圓，能夠?qū)崿F(xiàn)燃燒的穩(wěn)定，鍋爐出力也在額定出力水平的范圍內(nèi)。

結(jié)語

結(jié)合氣、固兩相流理論，對風(fēng)煤合流過程中存在影響因素，包括壓力的損失，采用測量法對風(fēng)-粉混合后煤粉濃度展開測量具有可行性，并且能夠在該原理的基礎(chǔ)上所開發(fā)的監(jiān)測軟件的應(yīng)用已經(jīng)普及，將可為乏氣送粉、四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，避免產(chǎn)生的灰渣對環(huán)境造成影響，同時(shí)也能夠保證鍋爐處于經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。