风送管道二相流风重、粉重测量系统及其测量方法与流程

1.本发明涉及风送管道风送物料的重量测量特别涉及电站锅炉供粉的风送管道二相流风重量、煤粉重量的测量及其测量方法。


背景技术：

2.现有燃煤电站锅炉，普遍采用多层(3-6层)供粉，每层由一台磨煤机带有四个风送管道给四个燃烧器供粉，四个燃烧器采用四角喷射技术，将粉、风喷人炉内，每层设备相同，图1给出一层供粉系统设备示意图。
3.现有锅炉供粉系统由于缺少风送管道风重、粉重检测手段，不能实时检测各风送管道内煤粉重量及重量偏差，更不能实时调节各风送管道煤粉重量实现均衡供粉，因而造成各层或同层各风送管道煤粉重量不均，偏差过大，致使锅炉内煤粉燃烧不均、中心火焰偏斜、水冷壁局部过热、高温腐蚀加剧、燃烧质量下降，热效率下降、排放量增大。多年来本领域技术人员先后采用多种方法和测量技术，诸如辐射式、微波式、激光式、电容式、光一电式、超声波式、静电感应式等方法和技术，试图解决风送管道煤粉重量测量问题，但是都由于风送管道内二相流的高温、高压、高速、高摩擦、运动轨迹多变、重量负荷小、风/粉比多变以及传感器输出信号的标准值标定(刻度)等测量难题，至今风送煤粉重量测量问题尚未得到较好解决。
4.本发明公开了一种流量式风送管道二相流风重、粉重测量系统，并采用风重、粉重二相流流量测量方法实现风送管道风重、粉重的测量。


技术实现要素：

5.发明解决的技术问题：
6.1、构建流量式风送管道二相流风重、粉重测量系统，即在锅炉供粉系统的各个支路风送管道上，都安装一个或多个二相流流量或流速测量装置，并与锅炉供粉系统一起构成流量式风送管道二相流风重、粉重测量系统。
7.2、采用软测量技术，依据流体力学原理建立各支路管道内风重、粉重测量数学模型，实现风重、粉重在线测量。
8.现有锅炉供粉系统如图1，可视为由三大部分组成：
9.1)制粉供粉系统(100)，它给出进入总风送管道(3)的煤粉重量w
粉总
；
10.2)一次风供风系统(200)，它给出进入总风送管道(3)的一次风流量q1和一次风风重w
风1
；
11.3)风送煤粉二相流系统(300)，将进入总风送管道(3)内的w
粉总
、w
风总
、q
总
通过各支路管道送至各燃烧器，如图2所示。
12.制粉供粉系统(100)的给煤机(1)，称量原煤重量w
煤
，并送入磨煤机(2)制粉，经过制粉时间t后，由一次风将其带入总风送管道(3)所以进入总管道(3)的煤粉重量w
粉总
＝f[w
煤
(t)]w
煤
(t)——经过时间修正后的原煤量；
[0040]w风总
＝w
风1
[0041]
步骤2，二相流流量测量装置测量出各支路管道内二相流流量qa、qb、qc、qd[0042]
步骤3，确定风送二相流系统总管道与各支路管道的二相流参数
[0043]
步骤4，依据流体力学二相流原理，建立总管道二相流参数与各支路管道二相流参数之间方程式，并推导出各支路管道风重、粉重测量数学模型：
[0044][0045]
式中n＝a或b或c或d，n代表各支路管道序号。
[0046]
一种风送管道二相流风重、粉重测量系统，其特点包括：一个或多个二相流流量或流速测量装置(10-a、10-b、10-c、10-d)安装在各支路风送管道(3-a、3-b、3-c、3-d)上，用于测量各自管道的二相流流量或流速qa、qb、qc、qd或va、vb、vc、vd(以下均以流量表述)；给煤机(1)安装在磨煤机(2)前方，用于测量进入磨煤机原煤重量w
煤
；
[0047]
一次风流量及风重测量装置(5)安装在一次风管道上，用于测量进入总风送管道(3)的一次风流量q1和一次风重量w
风1
；数据采集控制器(9)，用于接收给煤机重量信号w
煤
，一次风流量及风重测量装置信号q1，w
风1
各支路管道二相流流量测量装置信号qa、qb、qc、qd；并按数学模型计算出各支路管道内煤粉重量和风重量。
[0048]
所述风送管道二相流风重、粉重测量系统，所述数学模型，其特点是数学模型为：
[0049]
式中n是各支路管道序号，n＝a或b或c或d。
[0050]
图4给出该风送管道二相流风重、粉重测量系统示意图，所述风送管道二相流风重、粉重测量系统，其特点还包括二相流煤粉重量或密度测量装置(11-a、11-b、11-c、11-d)安装在各支路风送管道(3-a、3-b、3-c、3-d)上，用于测量各支路管道二相流的煤粉重量或密度信号un，数据采集控制器(9)接收信号un并按数学模型w
粉n
＝kn×
un×qn kn——标定系数，计算出各支路管道煤粉重量w
粉n
；
[0051]
上述风送管道二相流风重、粉重测量系统，所述数学模型中标定系数kn，是以总风送管道内二相流参数作为标准值对信号un进行标定而确认的；
[0052][0053]
式中m＝t/δt t——标定时间 δt——数据采集时间
附图说明
[0054]
图1一层一台磨煤机锅炉供粉系统示意图
[0055]
1——给煤机
[0056]
2——磨煤机
[0057]
3——总风送管道
[0058]
3-a，3-b，3-c，3-d——各支路风送管道
[0059]
4——一次风风机
[0060]
5——一次风流量及重量测量装置
[0061]
6——煤粉分配器
[0062]
7a，7b，7c，7d，——燃烧器
[0063]
8——锅炉
[0064]
图2一层一台磨煤机锅炉供粉的风送管道二相流系统示意图
[0065]
100——制粉、供粉系统
[0066]
200——一次风供风系统
[0067]
300——风送管道二相流系统
[0068]
图3风送管道二相流系统(300)总风送管道与各支路管道二相流参数示意图
[0069]
图4锅炉供粉风送管道二相流风重、粉重测量系统示意图
[0070]
10-a，10-b，10-c，10-d——各支路管道安装的二相流流量或流速测量装置；
[0071]
9——数据采集控制器；
[0072]
图5带有二相流煤粉重量或密度测量装置的风送管道二相流风重、粉重测量系统示意图
[0073]
11-a，11-b，11-c，11-d——煤粉重量或密度测量装置
[0074]
图6一个或多个二相流流量或流速测量装置安装在各支路风送管道上示意图
[0075]
图6(a)一个横截面上安装一个测量装置
[0076]
图6(b)一个横截面上安装多个(三个)测量装置
[0077]
图6(c)多个横截面每个截面上安装一个测量装置
具体实施方式
[0078]
以下结合附图对本专利实施做进一步说明，图4给出了本专利构建的流量式风送管道二相流风重、粉重测量系统的技术方案，它包括一个或多个二相流流量或流速测量装置，安装在锅炉供粉系统的各支路风送管道上，并与锅炉供粉系统一起构成风送管道二相流风重、粉重测量系统。二相流流量或流速测量装置测出各支路管道二相流流量q
n n＝a或b或c或d n——支路管道序号；
[0079]
依据流体力学二相流原理建立的二相流流量测量方法得到各支路管道煤粉密度风的密度由此得到各支路管道煤粉重量和风重：
[0080][0081][0082]
由此可见，构建的技术方案是以二相流流量测量装置测出各支路管道二相流流量，来实现各支路管道内煤粉重量的量的，故称作流量式。
[0083]
二相流流量测量装置其特点是超声波式流量计，或是多普勒式流量计，或是压差式流量计，本专利推荐压差式流量计，压差式流量计目前市场上有靠背管式、笛型管式、机
翼式、皮拖管式、双文丘管式以及一些专利产品都是广泛应用的成熟产品，可针对不同应用场所予以选择，为了提高二相流流量测量精度，可采用多个二相流流量测量装置，图6给出了一个或多个二相流流量测量装置安装示意图。
[0084]
图5是本专利构建的另一种技术方案，它是在图4技术方案基础上增加多个二相流煤粉重量或密度测量装置，安装在锅炉供粉系统的各支路风送管道上，用于测量各支路管道内煤粉重量或密度变化信号un，各支路煤粉重量w
粉n
测量的数学模型为：
[0085]w粉n
＝kn×
un×qn kn——各支路un的标定系数
[0086]
其kn的特点是采用作为标准值对un标定而确定的，
[0087][0088]
m＝t/δt t——标定时间 δt——数据采集时间
[0089]
二相流煤粉重量或密度测量装置，其特点是辐射式煤粉重量测量装置或是微波式重量或密度测量装置，或是静电感应式重量或密度测量装置，或是光一电式重量或密度测量装置，或是激光式重量或密度测量装置，或是超声波式重量或密度测量装置，或是电容式重量或密度测量装置。现以采用辐射式二相流重量或密度测量装置为例表述如下
[0090]
根据物质对射线吸收定律有：
[0091][0092]
式中ui——有煤粉时辐射探测器输出信号
[0093]
u0——无煤粉时辐射探测器输出信号
[0094]kn
是用为标准值对进行标定，而确定的；
[0095][0096]
m＝t/δt t——标定时间 δt——数据采集时间
[0097]
多次标定，得到多个kn、和对多个kn与多个进行线性拟合可得
[0098]
由此可得：
[0099][0100]
式中αn——拟合直线截距
[0101]bn
——拟合直线斜率
[0102]
图5技术方案的优点在于提高了w
粉ni
的实时性和实时测量准确度，可为均衡供粉控制和优化配风控制提供更精确的数据依据，其缺点是增加测量系统设备复杂性。
[0103]
无论图4方案还是图5方案都要采用风、粉重量的二相流流量测量方法才能实现二相流风重、粉重的在线测量。
[0104]
本专利的技术效果：
[0105]
利用测量各支路管道二相流流量及风重、粉重的二相流流量测量方法以软测量技术解决了多年来风送管道二相流高压、高温、高速、高摩擦、运动轨迹多变、u
粉总
/q
总
多变，重量负荷小以及煤粉重量测量信号un的标定等测量难题，实现了风送管道二相流风重、粉重在线测量，可为各支路管道均衡优化配风控制提供重要依据，对提高锅炉煤粉燃烧均匀性、煤粉燃烧质量以及降耗减排都有重要意义。