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大型CFB锅炉的风量测量

大型CFB锅炉的风量测量,根据CFB锅炉风量控制的工况和流量测点的位置不同,应用不同的测量方法,采用了不同的仪表进行测量。例如CFB锅炉的返料风的测量。从图1看出,FT01~FT06管道较小,管道直径一般在50mm~150mm。在这个位置测量风量采用热式质量流量计是较为合适的。随着工业过程自动化水平的不断提高,人们对测量的要求越来越高。流量测量作为一项复杂的技术,需要根据被测流体的种类,流动状况以及测量的场合等条件来研究相应的测量方法。任何一种流量仪表都有它的优点和不足。没有一种仪表对任何工艺都是最优的,应该根据工艺的具体要求和仪表的特点去选择。合适的流量计应用到合适的工况是设计人员的任务。

引言

锅炉的燃烧控制是锅炉机组运行的重要部分,对于使用化石燃料的锅炉,燃烧配风的控制是否合理直接影响机组的安荃性和经济性等[1]。作为燃烧的物料空气,它的物理条件会随着温度、湿度等大气环境发生变化,这些变化直接影响了风量的测量。CFB锅炉属低温燃烧,风由风板下部送入燃烧室,主要保证料层流化(流化是固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的现象)。
1)流体基本知识
流量计是指示被测流量和(或)在选定的时间间隔内流体总量的仪表。
流体在管道内流动时,有层流和紊流两种状态。层流是管道各流层间没有流体质点的相互交换。紊流是管内质点有沿管道轴线流动并且有径向运动。判断管内流动是层流还是紊流的依据是雷诺数。雷诺数可用来表征流体流动情况的无量纲数,用Re表示。流体力学中,雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量度,它是一个无量纲数,表示在不同的流动状态下,流体的运动规律。
2)测量流量的基本方法和气体流量测量现状
工业用流量仪表种类繁多,各种流量仪表都有其自身的特点,没有对任何流体都适用的万能流量计。每种流量计都有其适用性和局限性。正确地选择测量仪表,首先要熟悉仪表本身的特点和被测对象的工况等方面的情况。现阶段,测量流量的方法大致有以下几种:
① 伯努利方程原理;② 直接测量流体速度来得出流量;
③ 容积式测量法;④ 直接测量质量法。
1多喉径在锅炉风量中的应用
在锅炉运行过程中,通过电动执行器来调节风量。对于CFB锅炉来说,其对风量的控制就要求比较准确。风量关系着整个锅炉的流化状态和燃烧状态。
考虑到设备本身和厂房的成本,锅炉的一次、二次烟风道设计的相应比较短。而且,现在锅炉规模又比较大,需要燃烧的风量相应增加。这需要风道的管径一般在1000mm以上。所以,锅炉风道具有管径大、直管段短的特点。由于管径大,直管段内部需要支撑(龙骨)。由于龙骨的存在使管道内部出现旋涡,造成内部流场不太稳定的流体特性。
目前,关于锅炉的大管道烟风流量测量的装置主要以差压式流量计 为主。
1)双文丘里测速管是一种用于锅炉大口径烟气管道的测量元件。具有阻力损失小、差压信号大等特点。但是, 该仪表在使用过程中要求有一个稳定的流场和一定的前后直管段要求。
2)威力巴流量计是利用测量流体的动压与静压之差来测量流量的。具有压损小、量程比大等特点。但是,锅炉风道流体中常含有灰尘和烟雾,影响该流量计的测量。
3)插入式多喉径流量计的测量元件按航空发动机模型设计。具有差压值大、压损小、精度高、测量信号稳定的特点。
1.1插入式多喉径流量计的特点及应用
插入式测量是用来解决流量测量困难的一种测量方法。在大管径大流量测量中,一般流量计随着管径的增大,制造成本会不同程度的增加,有些类型的仪表价格会成几何级增加。插入式流量计的测量是根据插于管道中的测量头所测点流量,依据管道内的流速分布于传感器的几何尺寸和横截面积等推算管道中的质量流量[3]。
插入式多喉径流量计多喉径的特点是:
1)压损小。该装置是单点测性的测量元件,对管径大于400mm的管径其阻力损失几乎忽略不计,节能效果显著。2)直管段要求低。一般情况下,前直管段长度为
(0.7~1.5)D,后直管段长度为(0.5~1)D。3)可通过防堵吹扫装置进行在线吹扫维护。
4)差压值大。由于产品结构的独特性,使其在小流速情况下仍然有一个较大的差压值(匀可在kPa以上)。
5)信号稳定可靠,无脉动差压信号。由于采用了“多喉径”结构,使被测介质在各个节流段有一个被“整流” 的过程,蕞大限度地消除了旋涡的影响。
6)产品寿命长,体积小,安装方便。
在这种情况下,目前技术管径的阻力可忽略不计。这种流量计的蕞大特点是要求前后直管段低。插入式多喉径的前直管段长度1.5D,后直管段长度1D。由于管道内各种阻力件对流动的影响,管道截面的流速分布不均匀。随着装置的不断扩大,测量管道的口径不断扩大。
1.2热式质量流量计在锅炉风量测量中的应用
在流量测量中,密度是流量测量的重要参数之一。其数据的准确性直接影响流量测量的精度。现场生产中,测量环境下的压力、温度波动是不可避免的。空气作为被测介质,它的密度会随着温度、压力等工况的变化会有不同程度的变化。流体密度确定不准,则测量结果也会不准。故在高精度测量及控制时,需要对气体流量测量进行压力、温度补偿。直接式流量计(如热式质量流量计或科式质量流量计)可以直接测得介质的质量[4]。
1)热式质量流量计原理及类型
热式质量流量计(Thermal Mass Flowmeter,TMF)是利用热传递原理测量和指示流体质量流量的流量装置。它是利用流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间进行热交换关系来测量介质流量的仪表, 目前主要用于测量气体[5,6]。
热式质量流量计常用的有两种基本类型:毛细管热式质量流量计和全孔热式质量流量计(插入式和管道式), 插入式适用于大于100mm的管径。
根据CFB锅炉风量控制的工况和流量测点的位置不同,应用不同的测量方法,采用了不同的仪表进行测量。例如CFB锅炉的返料风的测量。从图1看出,FT01~FT06www.ngyibiao.com管道较小,管道直径一般在50mm~150mm。在这个位置测量风量采用热式质量流量计是较为合适的[7,8]。
                      涡轮流量计,气体涡轮流量计,罗茨流量计
                                          图1 CFB返料风管路图
                    Fig.1 The piping diagram of the CFB return-material www.ngyibiao.com wind
热式流量计应用最多的有两类,即:
① 利用流动流体传递热量,改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计。也称量热式TMF。
② 利用热消散(冷却)效应(基于金氏定律)的侵入式质量流量计,也称导热式TMF。有些在使用时需要插入工艺管道内进行测量,故也称作插入式热式质量流量计。
插入式热式质量流量计测量探头中有两个温度元件
(pt100铂电阻),ACT(被加热端)和(REF)未加热端。REF用于测量流体介质本身温度并作为参照端;ACT为测量端,紧靠着恒热源,测量被流体介质带走热量后的恒热源表面温度;测量端与参考端之间的温度差值的变化与气体质量流量成一定的函数关系。介质流过传感器表面, 将带走测量端表面的热量而发生温度差值的变化。金氏定律的热丝热散失律为:
               H/L=T [λ+2(πλc ρνd)½]            (1)
根据热平衡原理,电流流过电阻所产生的热量等于流体流过所带走的热量,从而可以得到热电阻单位时间内消耗功率P和温度T。      
                     P/∆T=λ+Eq ½                        (2)
 
式(2)中:E为与流体物理性质有关的系数。若保持
T恒定,则控制加热功率P随着流量qm增加而增加[9]。2)热式质量流量计的特点及应用
① 高精度、高重复性、量程比高。蕞大测量范围可达20:1(液体)或100:1(气体)。
② 安装简单、维护费用低、压损小。对于直径大于800mm的管道压损可忽略不计
③ 不需要温压补偿,直接测出气体流量,能胜任温度、压力变化大的工况。
2 总结
测控是测量和控制,测量是基础,在测量精准的基础上控制才有意义。风量测量工作对于火电厂而言意义重大,不仅仅包括安荃问题,还涵盖了锅炉的燃烧效率、有害气体的排放等不同的方面。因此,关于风量测试装置在火电厂的应用问题的研究具有很大的现实意义 。

 

点击次数:  更新时间:2019-01-09 11:19:04  【打印此页】  【关闭