煤粉濃度在線監測下煤粉鍋爐的節能研究

穆志剛

（陽泉煤業（集團）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。國內外許多學者都曾對熱風送粉鍋爐中如何準確測量煤粉濃度進行過相關研究，但是大多數研究在對煤粉濃度測量的因素進行研究時都沒有考慮到風-粉混合過程中壓力的損傷。過去的風-粉在線監測大多都是一次性通過，其中所需的資金數目較大，這在一定程度上增加了進行深層次研究開發的難度。通過不斷的實驗以及研究，有研究提出一種相對來說更簡單、高效、實用的測量煤粉濃度的方法[1]，并且適用于工程當中。從研究到現在已經有相關軟件被成功開發，主要用于直觀、量化的有效監測閥氣送粉鍋爐一次風管中煤粉、濃度以及風速，尤其是針對于工作人員進行一次性風量、煤粉濃度的調節，確保爐膛內的煤粉可以完全燃燒，避免出現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定性。

1 風粉混合原理及過程

從專業角度而言，風-粉混合物產生的流動屬于氣固兩相流的范疇，這主要是為了給系統中煤粉濃度計算關系的導出提供便利，其中風粉混合過程表現為氣粉混合物在管道當中產生一定的流動，這種流動被納入稀疏相流動，管道當中存在著均勻分布的煤粉顆粒，煤粉濃度的計算需要測量煤粉在單位質量空氣中所占的分量。如果一次風管內部所包含的煤粉混合物的流動形式表現為強盛的紊流狀態時，能夠將煤粉粒子的尺寸當做是一樣的，且煤粉粒子的形狀都呈現為球形，混合的前一次風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；風和粉在一次風管中相遇碰撞，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，煤粉顆粒之間會發生一定運動，這種運動流體要比其他流體特殊，在管道內部發生的運動也會出現摩擦阻力與局部阻力，其出現的附加壓仍然在達西公式、局部損失的一般公式的使用范圍內[2]。

2 測置原理

科學運用乏氣送粉系統，能夠讓風-粉混合前一次風的風速、壓力與溫度等都得到準確的測量，在鍋爐燃燒系統當中，風粉混合物維持稀疏相氣、固兩相流動的狀態[3]，能夠不統計混合過程中出現的散熱損失以及壓縮性，就可以符合連續性方程、氣體狀態方程、能量守恒方程。進行兩相流氣力的輸送主要是應用到柏列斯公式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行現場直接標定，或者是能夠將乏氣送粉系統當中風粉混合處存在的局部阻力系數數值設置在0.15~0.4范圍內。將以上各項公式結合則可以測出風、粉混合前后一次風的溫度、速度以及壓力，再根據所得數值測量出混合物的密度、速度等，可以得出計算煤粉濃度的函數，也就是可以計算出乏氣送粉模式下進入爐膛一次風管內部的煤粉濃度的具體數值，然后根據數值計算出一次風管當中的所包含的煤粉濃度。

3 基于煤粉濃度在線監測下煤粉鍋爐節能實際應用案例

某一企業的煤粉鍋爐在運行中期沒能夠做到平均設置四角一次風流量，同樣噴燃器出口處的煤粉濃度也沒能夠得到平均設置，導致爐膛火焰的中心發生嚴重的偏斜情況，爐膛氣流會在一定程度上沖刷其右墻與后墻，使得爐膛后側位置與右側水冷壁均出現較為嚴重的損壞情況，出現大面積的爐膛結焦，使得出現爐膛內部煤粉燃燒不均的情況，鍋爐出力較弱[4]，產生的灰渣以及煙氣含有的碳量很高，引起能源浪費，破壞環境的情況。該企業為了緩解其結焦現象，降低黑煙的排放，提升鍋爐工作效率，采納了上述的風-粉在線監測系統，應用該系統后，其煤粉鍋爐運行狀態很好，工作人員進行數據記錄，包括風溫、風速、煤粉濃度等，對其展開合適的調節，保證其8跟一次風管煤粉濃度都能夠維持相同，風速也能夠保持相同，并且其切圓剛好處于中心位置，鍋爐燃燒器剛好表現為四角切圓，能夠實現燃燒的穩定，鍋爐出力也在額定出力水平的范圍內。

結語

結合氣、固兩相流理論，對風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-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上所開發的監測軟件的應用已經普及，將可為乏氣送粉、四角切圓方式燃燒鍋爐運行的穩定性、安全性提供可靠的保障，避免產生的灰渣對環境造成影響，同時也能夠保證鍋爐處于經濟節能運行狀態。