中高温风速仪在电站锅炉燃烧风粉测量装置中的应用

一种用于测量电站锅炉燃烧过程中一次风的煤粉浓度和风速的装置。煤粉浓度的测量是利用三支分别用于测量热风温度、煤粉温度和风粉混合温度的热电偶所测得的温度值，根据热平衡原理所计算出来的。而风速测量是根据两支背靠式动压测速管所测得的动压值(差压)，根据动压测速原理计算出来的。该装置用于现场后,可帮助锅炉运行人员准确调整风粉配比和一次风速,有利于提高燃烧热效率,达到安全稳定燃烧的目的。

　　参数测量的必要性
　　电站锅炉利用煤的燃烧发热,通过传热对水进行加热，产生高压蒸汽，推动汽轮发电机旋转，从而产生强大的电能。在这一复杂的过程中，天然煤要通过巨大的球磨机磨成合乎要求的细粉，存于煤粉仓中。在煤粉仓的下部安装有一次风管和给粉机。煤粉由给粉机从粉仓中绞出，注入一次风管与热风混合，利用风的惯性作用将煤粉送入锅炉炉堂中进行燃烧。在燃烧过程中，风和煤的配比状况，也就是煤粉浓度，对于锅炉的燃烧经济性是一个非常重要的指标。如果浓度过高，将会导致燃烧不充分，而使很多煤粉没有在炉堂中燃烬，就随同烟气一起排入大气中。这不仅会造成燃料的损失，还会对大气产生严重的污染。不仅如此，浓度过高还容易引起风管堵粉和燃烧器出口结焦等安全事故。相反，如果浓度过低，虽然煤粉能得到充分燃烧，但由于进入炉堂的热风较多，那些多余的热风并不与煤粉发生化学反应就直接排入大气中，而这些热风的进口温度相对于炉堂的出口温度而言是较低的，它们需要在炉堂加热而升温，从而使这些多余的热风在通过炉堂时带走大量的热量，造成热量的损失。不仅如此，如果浓度过低，还会造成由于粉量不足而使炉堂灭火的安全事故。由此可见，只有在一个合理的煤粉浓度下，才能有效地提高锅炉燃烧热效率，减少事故的发生，达到安全经济燃烧的目的。

　　不仅煤粉浓度是一个非常重要的指标，而一次风速也同样如此，它同样影响着锅炉的安全性和经济性。风速过低会造成风管堵粉和燃烧器喷口结焦;风速过高会加大鼓风机耗电量，还会使燃烧向后推移，加剧煤粉的不完全燃烧。因此，一次风速也必须保持在一个合理的范围内，才能保证锅炉的安全经济燃烧。
　　由以上讨论可知，一次风煤配比和风速对于锅炉燃烧的经济性和安全性是非常重要的，但从目前现场的实际情况看，仍然缺乏有效的检测手段，比较通行的做法是采用传统的静压表[2]，但它只能粗略和间接地反映一次风速，而无法准确测出煤粉浓度和一次风速。随着电站锅炉向大容量和高参数的方向发展，这两项指标对燃烧的影响越来越大，准确而直观地测量它们已显得十分迫切和必要。

　　测量装置的功能和原理
　　本装置可以测量电站锅炉燃烧过程中各一次风管内的热风温度，煤粉温度及风粉混合物温度，并根据热平衡原理计算出煤粉浓度，还可测量一次风速，并计算出相应的风量和粉量。运行人员通过监视煤粉浓度和风速等参数，根据需要及时调整风门挡板开度和给粉机转速，使它们保持在一个最佳的运行状态。从而达到节能降耗和改善大气环境，提高安全性和经济性的目的。

　　本装置最多可对20根风管进行检测，其结果通过面板迅速而直观地显示出来。面板是采用先进的LCD显示技术，可同时显示20根风管中的风温、粉温、混温(风粉混合物温度)和煤粉浓度，以及一次风的风速、风量和粉量，还可以将浓度和风速值以直方图的形式显示出来，且一旦超过允许范围就立即进行闪烁报警。由于LCD显示信息量大，所有数据都可在一个屏幕内显示出来，因而观察起来极其直观、全面、准确，而且还不需要任何操作按键用来进行显示切换，从而大大方了便用户的使用。

　　浓度测量
　　在每根风管中安装有三支热电偶，分别用于测量热风温度、煤粉温度和风粉混合温度[4]，如图1所示。设热风温度为t1，煤粉温度为t2，混合温度为t3，根据热平衡原理[1]、[5]，煤粉浓度按如下公式计算：

　　上式中，μ为煤粉浓度，单位为kg/kg，既每千克空气中所含煤粉的千克数。t1、t2、t3的含义如前所述，单位为℃。

　　系数Ca′则为t1温度下热风的比热;Ca为t3温度下热风的比热;Cc为t3温度下煤粉的比热;Cc″为t2温度下煤粉的比热。

　　需要指出的是，由于风粉混合物在风管中的输送速度非常之快，高达每秒20米以上，对热电偶保护层有十分严重的冲刷作用，一般在使用不到一个星期就损坏了，因而需要采用坚固防磨型热电偶，这样才能保证其长期安全使用。而其他两支只需采用一般普通热电偶就可以了。