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直吹式制粉系统煤粉取样准确性因素分析

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直吹式制粉系统煤粉取样准确性因素分析

发布日期:2018-08-24 作者:admin 点击:

直吹式制粉系统煤粉取样准确性因素分析


摘要:介绍了煤粉细度及测量煤粉细度意义,分析了影响直吹式制粉系统煤粉取样准确性的主要因素,为各火电厂直吹式制粉系统选择煤粉取样装置提供了一定的参考依据。


关键词:煤粉细度 直吹式 笛形管 等速取样 差压计


1 前言

煤粉细度是煤粉的品质之一,它是指煤粉的粗细程度。工程上通常用专用的筛子对煤粉进行筛分,留在筛上面的粗粉重量占筛分前煤粉总重量的百分比即为煤粉细度。火电厂专用筛子的孔边长有90微米和200微米两种,筛分煤粉所得细度分别用R90、R200表示。R90值越大,说明煤粉越粗,反之越细。

煤粉细度是锅炉燃烧调整的重要参数,对锅炉燃烧有重要的影响。煤粉越细,煤粉燃烧越完全,未燃尽碳热损失q4越小,锅炉效率高,但制粉电耗(一次风机、磨煤机及给煤机电耗)、金属消耗会增加,另外还会使煤粉着火提前,炉膛火焰中心降低,有可能烧坏燃烧器喷口;反之相反。因此对于一定的煤种和锅炉设备,入炉煤粉的细度要控制在一个合适的范围内,既保证了煤粉燃烧完全,又保证了制粉电耗及金属消耗要小。因此对于煤粉炉来说就需要经常性地、准确地测量煤粉细度,从而才能够做到有目的、有计划地调整锅炉燃烧,实现锅炉的最佳运行方式,达到节能之目的。

直吹式制粉系统由于没有煤粉仓,因此为了确定煤粉细度只能从一次风管中取得煤粉试样进行测定,那么如何从一次风管中获得具有代表性的煤粉试样将成为关键。我们只有找到了影响直吹式制粉系统煤粉取样准确性的主要因素,才能在实践中对症下药、有的放矢地采取措施,以保证煤粉取样的准确性,为判断锅炉的燃烧及热力计算提供准确无误的信息。

影响直吹式制粉系统煤粉取样准确性的因素主要有:取样装置的类型、取样时的非等速取样、取样器的现场安装位置等。下面着重给予分析。

2 一次风管内气粉混合物流动状态分析

研究表明,气固两相流在一次风管中流动的雷诺数达到105及以上时(经计算一次风管内两相流的雷诺数均大于105),管道中煤粉颗粒的分布可以认为是以一次风管中心为对称分布的多个同心圆,如图1所示。因此可以从管道直径方向上对称分布的若干采样点进行多点取样,例如在全直径上或半径上取样,如图2、图3所示。这样采集的样品就代表了整个一次风管内煤粉的整体特性。



图1 管道中煤粉颗粒的分布

1476069435471983.png

图2 全直径上取煤粉

1476069436822598.png

图3 半径上取煤粉


3 取样时非等速取样对煤粉取样准确性的影响

3.1等速取样分析

1476069436155253.png等速取样就是在取样时保证取样管内(称内压)、管外 (称外压) 压力相等,此时取样管内工质速度与粉管内工质速度相等。在实际取样时通过调整取样器进气量的大小,辅以观察差压计的示值是否为零来实现。

为什么取样时必须要保证内、外压力相等---等速取样呢?                                            图4等速取样w0=wx

图4所示为等速取样(w0=wx)。

由能量方程式:

w02ρ/2+p0= wx 2ρ/2+px

式中:wx、w0---取样管、粉管内工质速度,m/s;          

px、p0---取样管、粉管内压力,Pa;

    得知差压计为零时,px=p0,此时wx=w0,即取样管、粉管内工质流动速度相等。

此时所取煤粉试样完全具有代表性,这是因为等速取样的实质是取样管内工质流动的状况和粉管内工质流动状况完全相同。

1476069436833221.png3.2非等速取样分析

图5(a)(b)表示非等速取样wx>w0、wx<w0

由图5(a)知,wx>w0、px<p0,取样管速度大于一次风管速度,取样管压力小于一次风管压力,则会在取样管嘴处造成煤粉气流的收缩现象,此时边缘流束中夹有的一部分粗煤粉      图5 非等速取样wx≠w0

会因惯性力的作用而脱离正在改变流向的收缩气流,因而导致煤粉样品中细粒组分的增加,这样所取试样比实际煤粉细。同样道理,如果wx<w0、px>p0,取样管速度低于

一次风管速度,取样管压力大于一次风管压力,取样管嘴处会出现煤粉气流向四周扩张的现象,如图5(b)所示,此时改变流向脱离管嘴的流束中,会有部分粗煤粉受惯性力的作用冲入取样管嘴,因而增加了样品中的粗粒组分,所取试样比实际煤粉粗。

图5(c)表示取样管口未正对煤粉气流,此时即使保持等速,也可能有粗煤粉颗粒受惯性力的作用从管嘴边缘滑过而造成误差。

4 取样装置类型对煤粉取样准确性的影响

直吹式制粉系统煤粉取样装置可分为以下几类。

4.1按照取样装置是否固定在粉管上分类

分为移动式和固定式两种。移动式不直接固定安装在粉管上,每测一根一次风管需要移动压缩空气和取样器等设备,比较麻烦也容易损坏仪器。而固定式取样器直接安装在一次风管上,由一套推进装置完成取样管的进退,要取哪个磨的煤粉,直接操作固定式等速煤粉取样器即可,比较方便,而且仪器也不容易损坏,使用寿命长。

4.2按照取样口个数分类

分为单孔取样和笛形管多孔取样。单孔取样是老式取样器,笛形管多孔取样是新式取样器。从一次风管内气粉混合物流动状态分析结果可看出,多孔取样比单孔取样更加准确,因为它采样点多,更具有代表性。

4.3按照取样器上安装的表计分类

一是什么表计也没有,仅仅依靠一次风正压的作用惯性的将煤粉撞击在粉罐内,这种取样器最不准确,所取样品肯定比实际的煤粉粗。

二是装压力表的不能真正实现等速取样的煤粉取样器。这是因为压力表只有一个进气接口,它不能同时接取样管内压力(内压)、粉管压力(外压),它只能代表进空气的压力,无法做到等速取样,更不能适应锅炉变工况。

三是装有差压计的能真正实现等速取样的煤粉取样器。因为它有两个接口 ,一个接内压,一个接外压。取样时只要通过调节取样器进气量的多少使差压计示值为零,就可方便实现等速取样,同时适应锅炉变工况,因为锅炉工况变化时一次风管内工质流动速度有所变化。

4.4按照取样管的弯曲程度分类

分为平头式和弯头式,取样管是直的称平头式,弯的称弯头式。目前电厂主要用平头式。

5 取样装置安装位置对煤粉取样准确性的影响

任何准确的取样器,如果安装位置不当也会影响煤粉取样准确性。取样位置的选择是一个要综合考虑取样准确性的要求、现场粉管安装情况、操作人员取样的方便性等几个因素后所确定的。对有些粉管直管段很短的管道要确定取样器安装位置确实是一件很难的事情。总的原则是:首先要保证取样的准确性,其次才考虑取样的方便性。

准确性方面的要求:DL/T942-2005直吹式制粉系统煤粉取样方法中规定,取样位置要选择在距上游局部阻力件5倍粉管直径以上,可有时在现场很难做到。因为300MW、600MW机组的一次风管直径大约在0.42-0.65m之间,按此要求取样位置要选择在粉管直管段的3m以上,这样就给实际取样人员带来了极大的不便,同时现场有些粉管直管段很短,也没有那么长。鉴于此种情况,在现场实际安装时,取样位置首先要选择在直管段上,距上游阻力件3-5倍粉管直径左右,下游阻力件2-3倍粉管直径左右,并且要尽量避开弯头。如果实在避不开弯头,也要安装在距弯头较远且在管道弯曲的外侧,同时要进行修正。有条件的话在两个“正交”的直径方向上安装2台取样装置取样。

下面用实例来说明。

XXXX电厂#1锅炉设有四台磨,每台磨有六根粉管,纯前墙布置燃器,从下往上依次是A、B、C、D。煤粉取样装置安装的是笛形管式等速煤粉取样器。C、D磨出口粉管直管段较长,容易安装,而A、B磨出口粉管直管段很短,尤其是A磨不足3m。初次安装时,由于重点考虑了取样操作的方便性,忽视了取样的准确性,致使A、B磨取样结果R90之值出现了不可信的结果。后来重新安装取样装置后再取样,结果R90就变得可信了。详见表1。

表1 A、B磨出口粉管取样位置变更前后R90结果对比

(分离器开度未变化)

安装次数

粉管

取样位置

R90(%)

R200(%)

第一次安装

A1

距上游弯头0.8m

0.88

0.11

B6

距上游弯头0.8m

3.01

0.24

第二次安装

A1

距上游弯头1.8m

27.12

3.50

B6

距上游弯头3.7m

19.40

1.73

6 结论

煤粉细度是锅炉燃烧调整的重要参数,对锅炉燃烧的安全性和经济性有着重要的影响。对于直吹式制粉系统如何才能获得具有代表性的煤粉样品呢?首先要选择具有差压计的煤粉取样器,因为只有具有差压计的煤粉取样器才能真正做到等速取样;在此基础上尽量选择新型的笛形管式等速煤粉取样器,因为多孔取样比单孔取样更具有代表性;其次在现场安装时要以取样的准确性为依据选择安装位置,焊接时要保证安装要求,然后才考虑取样操作的方便性;还有就是现场取样时一定要保证等速取样,内外、压差差值控制在±20Pa,同时要求取样口垂直于煤粉气流。只要根据以上要求来选择、安装、操作煤粉取样器,才能为锅炉燃烧及锅炉计算提供准确无误的煤粉细度信息。


相关标签:煤粉取样装置

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