一種燃煤鍋爐送粉管道含粉氣流風速測量系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于火力發(fā)電領域，具體涉及一種燃煤鍋爐送粉管道含粉氣流風速測量系 統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 火力發(fā)電廠燃煤鍋爐送粉管道的一次風速是需要監(jiān)測的重要參數(shù)之一。一次風速 過低，會造成送粉管道積粉甚至堵管、燃燒器噴口燒壞等事故;一次風速過高，會使加速送 粉管道彎頭磨損、燃燒器噴口脫火甚至滅火等事故。因此保持合適的一次風速對于火電機 組燃煤鍋爐的安全經濟運行具有重要意義。
[0003] 要實現(xiàn)對一次風速的監(jiān)測，就需要對熱態(tài)下一次風速進行準確測量。熱態(tài)下進行 風速的測量不同于純空氣狀態(tài)下的測量，熱態(tài)下送粉管道內的流體為復雜的氣固兩相流。 煤粉顆粒對測量裝置存在磨損，氣流中的顆粒容易將傳壓管堵塞，顆粒不規(guī)則的運動也對 一次風速的測量產生較大影響，以上原因使氣固兩相流狀態(tài)下的風速測量變得很困難。
[0004] 目前測量熱態(tài)一次風速的方法還是用專門的防塵風速測量裝置，主要有靠背式測 速管和遮板式測速管。
[0005] 一、靠背式測速管
[0006] 靠背式測速管的結構見圖1，靠背式測速管共有2根傳壓管，背靠背布置，傳壓管的 端部打上坡口。當氣流流經靠背式測速管時，迎流方向的傳壓管所測為氣流的滯止壓力(滯 止壓力表征流體動能全部轉化為壓力能的能量狀態(tài)的壓力，其值等于絕對靜壓和動壓之 和），背流方向的傳壓管所測為氣流的靜壓，兩個傳壓管的壓差為氣流的動壓。使用前先用 風洞(是能人工產生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，并可量度氣流對物 體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道實驗設備，它是進行空氣動力實驗最常用、最有效 的工具)對靠背式測速管進行風速標定，得到其流量修正系數(shù)，然后就可以在現(xiàn)場使用了。 靠背式測速管可以用于熱態(tài)一次風速的在線測量，也可用于鍋爐制粉系統(tǒng)正常運行期間的 熱態(tài)調平。在實際使用中，發(fā)現(xiàn)靠背式測速管的迎流方向的傳壓管存在積粉現(xiàn)象，需定期清 理?？勘呈綔y速管只能測量管道內一點的風速，測量準確性很難保證。
[0007] 二、遮板式測速管
[0008] 遮板式測速管的結構見圖2。遮板前后各有一傳壓管，傳壓管正對遮板中心的內側 各有一靜壓孔。氣流流經遮板式測速管時，氣流中的粉塵因遮板的阻擋減速至零，遮板前面 的靜壓孔測得的為遮板處的滯止壓力。氣流繞過遮板流動，在遮板背面產生較大的渦流，形 成低壓區(qū)，壓力由遮板后面的靜壓孔獲得，這樣遮板前后的差壓將大于氣流的動壓。使用前 先用風洞對遮板式測速管進行風速標定，得到其流量修正系數(shù)，然后就可以在現(xiàn)場使用了。 遮板式測速管可用于鍋爐制粉系統(tǒng)正常運行期間的熱態(tài)調平。在實際使用中，發(fā)現(xiàn)遮板式 測速管的傳壓管也存在積粉現(xiàn)象，需定期清理，而且遮板式測速管只能測量管道內一條直 線上的幾個點的風速，測量準確性不能保證。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種燃煤鍋爐送粉管 道含粉氣流風速測量系統(tǒng)及方法。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
[0011] -種燃煤鍋爐送粉管道含粉氣流風速測量系統(tǒng)，包括含粉氣流取樣裝置、差壓測 量裝置、速度測量系統(tǒng)和控制器，所述含粉氣流取樣裝置包括取樣頭，取樣頭進氣口朝向氣 流來向設置，取樣頭上設置有用于測量送粉管道內靜壓的第一測壓孔和用于測量取樣頭內 部靜壓的第二測壓孔；
[0012] 差壓測量裝置的入口通過第一傳壓管和第二傳壓管分別與第一測壓孔和第二測 壓孔連通，差壓測量裝置的信號輸出端與控制器連接；
[0013] 速度測量系統(tǒng)包括氣固分離裝置和速度測量裝置，氣固分離裝置的進口與含粉氣 流取樣裝置連接，氣固分離裝置的出口與速度測量裝置的氣流入口連接，速度測量裝置的 氣流出口通過抽氣調門與負壓抽氣裝置連接，速度測量裝置的信號輸出端與控制器連接， 所述抽氣閥門與控制器連接。
[0014] 優(yōu)選的，所述含粉氣流取樣裝置為彎頭式煤粉取樣槍，包括取樣頭和取樣槍本體， 取樣頭與取樣槍本體垂直設置，取樣槍本體與所述氣固分離裝置連接。
[0015] 優(yōu)選的，所述差壓測量裝置為第一差壓變送器。
[0016] 優(yōu)選的，所述氣固分離裝置為旋風分離器，旋風分離器的下端安裝煤粉取樣罐。
[0017] 優(yōu)選的，所述速度測量裝置為文丘里測風裝置，文丘里測風裝置與氣固分離裝置 之間連接溫度傳感器，溫度傳感器與控制器連接。
[0018] 優(yōu)選的，速度測量裝置的信號輸出端通過第二差壓變送器與控制器連接。
[0019] 優(yōu)選的，上述含粉氣流風速測量裝置還包括反吹防堵裝置，包括氣源、第一反吹閥 和第二反吹閥，氣源通過第一反吹閥和第二反吹閥分別與第一傳壓管和第二傳壓管連通。
[0020] 進一步優(yōu)選的，所述差壓測量裝置的入口端分別連接第一隔離閥和第二隔離閥， 差壓測量裝置的信號出口端與控制器連接。
[0021] 優(yōu)選的，上述含粉氣流風速測量系統(tǒng)還包括顯示裝置，顯示裝置與所述控制器連 接。
[0022] 上述燃煤鍋爐送粉管道含粉氣流風速測量系統(tǒng)的測量方法，包括如下測量步驟：
[0023] 1)將含粉氣流取樣裝置的取樣頭放置于送粉管道中的設定點，取樣頭朝向氣流來 向，并將系統(tǒng)中的各個部件連接好；
[0024] 2)通過調節(jié)負壓抽氣裝置的抽氣流速，使吸入速度w與送粉管道內的氣體流速wo 相等；
[0025] 3)通過氣固分離裝置將含粉氣流中的煤粉去除，擬合速度測量裝置的輸出信號與 吸入速度w之間的關系，通過速度測量裝置的輸出信號，測得吸入速度w，即為送粉管道內設 定點的氣體流速W0;
[0026] 4)沿送粉管道的直徑方向移動取樣頭，用同樣的方法進行不同位置處的流速測 定，取所有氣體流速的平均值，即得送粉管道內含粉氣流風速。
[0027] 優(yōu)選的，步驟2)中，調節(jié)吸入速度w與送粉管道內的氣體流速wo相等的方法，具體 包括如下步驟：
[0028] 1)根據送粉管道內的靜壓pq、送粉管道內的氣體流速wq、含粉氣流取樣裝置內的靜 Spn、吸入速度w以及總阻力損失壓差Σ ΔΡ2間的關系符合伯努利方程;得到只要保證po-ρη= Σ Δρ，就可以使w=W0;
[0029] 2)測量總阻力損失壓差Σ Λ p
[0030] 使已知細度分布的煤粉顆粒流經上述含粉氣流風速測量系統(tǒng)，調節(jié)負壓抽氣裝置 的抽氣速度，改變ρη，并在氣固分離裝置中進行煤粉取樣并分析煤粉細度分布，當取樣的煤 粉細度分布與原煤粉的細度分布相同時，即得目標Ρη，此時的Ρ0與Ρη的差值即為總阻力損失 壓差Σ Λρ;
[0031] 3)控制器通過調節(jié)抽氣閥門，使壓差測量裝置測得的壓差與Σ Δρ相等，此時w = wo〇
[0032] 優(yōu)選的，上述測量方法還包括反吹防堵步驟:將壓差測量裝置的隔離閥關閉，將反 吹閥打開，向含粉氣流取樣裝置中通入壓縮空氣，將沉積在取樣頭中的煤粉吹走。
[0033] 進一步優(yōu)選的，反吹防堵步驟與測量步驟交替進行。
[0034] 優(yōu)選的，當速度測量裝置為文丘里測風裝置時，步驟3)中，文丘里測風裝置的輸出 壓差與取樣口風速的關系為：
[0035]
[0036] 式中：k 一標定系數(shù)；
[0037] ΔΡ -文丘里測風裝置輸出差壓，kPa;
[0038] t 一文丘里測風裝置入口氣流溫度，。C ;
[0039] w-取樣頭吸氣速度，m/s。
[0040] 優(yōu)選的，步驟4)中，當含粉氣流取樣裝置的取樣頭移動到一個位置時，將取樣頭分 別向左和向右旋轉設定角度后，分別測定送粉管道內的含粉氣流風速。
[0041] 進一步優(yōu)選的，含粉氣流取樣裝置的取樣頭向左或向右的旋轉角度不大于15°。 [0042]彎頭式煤粉取樣槍的作用是取煤粉并且測量送粉管道內靜壓和抽氣口內靜壓。旋 風分離器的作用是將氣固兩相流中的煤粉分離出來。煤粉取樣罐的作用是存儲被分離出來 的煤粉。文丘里測風裝置的作用是測量被抽吸出來的一次風空氣經過時的差壓，第二差壓 變送器將文丘里測風裝置的壓差信號并將其轉換為標準電流信號后輸入控制器。
[0043] 第一隔離閥和第二隔離閥是在管路吹掃時關閉以避免第一差壓變送器超量程損 壞，在吹掃結束后打開，接通測量管路使差壓測量裝置正常測量。溫度傳感器的作用是測量 流經文丘里測風裝置的空氣溫度。抽氣調門的作用是調節(jié)抽吸量。負壓抽氣裝置的作用是 產生抽吸力，將含粉氣流從送粉管道中抽吸出來。差壓測量裝置的作用是測量彎頭式煤粉 取樣槍的內外靜壓差信號將其轉換為標準電流信號后輸入控制器。第一反吹閥和第二反吹 閥的作用是對彎頭式煤粉取樣槍的第一傳壓管、第二傳壓管、第一測壓孔和第二測壓孔進 行吹掃，防止管路積