静电传感技术在燃煤电站煤粉测量中的应用

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1、第39卷第1期锅炉技术Vol.39,No.12008年1月BOILERTECHNOLOGYJan.,2008文章编号:CN31-1508(2008)01-0032-06静电传感技术在燃煤电站煤粉测量中的应用1213许传龙,宋志英,王式民,张建勇(1.东南大学洁净煤发电与燃烧技术教育部重点实验室,江苏南京210096;2.广东省特种设备检测院佛山分院,广东佛山528000;3.蒂塞德大学,英国米德尔斯布勒)关键词:静电传感技术;风粉比;燃煤电站;制粉系统;优化燃烧摘要:燃煤电站制粉系统各燃烧器实现煤粉流量均衡分配以及风粉最佳配比,对于

2、锅炉的安全、稳定与经济运行具有重要意义。介绍了近些年来发展起来的静电传感技术的基本测量原理、传感器探头结构及静电传感技术在煤粉浓度、速度、流量和煤粉均衡控制中的应用,最后对静电传感技术的应用前景和发展趋势做了展望。中图分类号:TK227.1文献标识码:B热偏差增大及水循环故障,甚至造成炉内结渣,1前言影响锅炉安全运行。图2为燃烧器燃烧参数与当前国内外大型火力发电机组中,一般都采风煤比之间的关系,可见只有保持一定的风煤配[1]用直吹式制粉系统。机组运行时,煤粉与气体混比才能实现燃烧优化。因此,为优化燃烧,提合形成的一次风离开磨煤机后,

3、经分叉点进入几高机组运行的经济性和安全性,有必要对各风管条不同的管道,并通过这些管道进入相应的燃烧中的煤粉浓度与速度进行测量与控制。器,见图1。1台磨煤机至多可以供应8支燃烧器。进入炉膛的一次风的风速、煤粉浓度的大小和均匀性以及各燃烧器风粉分配的均匀程度都将直接影响炉内燃烧工况的稳定性和锅炉的燃烧效率。特别是四角布置直流燃烧器切圆燃烧锅炉,各燃烧器出口的煤粉浓度和风速存在差异时,将导致火焰中心偏斜,炉膛热负荷分布不均,使得着火不稳定,污染物NOx排放增加,过热器图2锅炉燃烧参数与风煤比之间的关系通常,输粉管中煤粉的质量浓度为300~

4、5003g/m,风粉质量比为(1.5~3)B1,体积比仅处于0.05%的数量级(100e时),这样低的粉体含量,使得辐射、电容等煤粉测量方法显得无能为力。电站中间储仓式燃煤锅炉燃烧器入口煤粉浓度测量常采用热平衡法,但对于直吹式或采用乏气送粉的制粉系统,由于输送气体和被输送粉体之间不存在图1直吹式制粉系统煤粉流程[2]较大的温度差,因此热平衡法也无法应用。近些收稿日期:2006-11-02;修回日期:2007-03-02基金项目:国家重点基础研究专项经费资助(2004CB1770204);东南大学人才引进科研启动基金(40030010

5、10)作者简介:许传龙(1978-),男,黑龙江海伦人,博士,东南大学讲师,主要从事多相流测试和燃烧诊断技术研究。第1期许传龙,等:静电传感技术在燃煤电站煤粉测量中的应用33年发展起来的静电传感技术是基于气固两相流颗移,导致颗粒和输送管道上积累大量的静电[3]粒荷电特性检测颗粒流动参数,可实现颗粒的速度荷。颗粒荷电包含了颗粒速度、浓度及颗粒尺和浓度测量,具有系统结构简单、非接触、灵敏度寸等大量信息。尽管颗粒静电量难于预测,但可高、价格低廉、安全且适合于恶劣的工业气力输送以通过静电传感器测量。传感器电极上产生的现场环境等优点。尽管静电

6、传感器无法给出颗粒电信号可以是带电颗粒由于静电感应产生的电浓度和质量流量等参数的绝对测量值,但是从控制荷或者是由于颗粒与电极之间的直接接触碰撞与均衡的角度而言,浓度与流量的相对测量值已经产生的电荷转移。至于是哪一种电荷传递方式,足够。这是由于同一台磨煤机出来的煤粉具有相主要取决于传感器探头结构与尺寸。图3是目似的荷电特性,如固体的组成、颗粒尺寸、形状、含前国际上几家公司生产的静电传感器探头形状,[4]湿量等因素具有相似性,因此各管道内静电传感器均在电站进行了现场测试。虽然这些传感器的输出具有可比性。文中介绍了静电传感器的测的结构形式

7、存在较大的差异,但它们的传感机理量原理、探头结构及其在燃煤电站煤粉流量均衡分都是基于静电感应原理。其中,圆环状静电传感配和风粉最佳配比上的应用,最后对其发展趋势与器的优点在于它的非接触性,可有效地避免探头应用前景进行了展望。结构的磨损问题。为此,文中着重介绍了英国ABB公司生产的内置式静电传感器探头Pfmas-2静电传感器测量原理ter(见图4)。它主要由2个窄电极和1个宽电极粉体颗粒随气流在管道内移动时,由于颗粒组成,窄电极用于速度测量,宽电极用于浓度测与管壁之间的碰撞、摩擦、分离时,引起电荷的转量,两者结合给出颗粒质量流量。图3

8、几种产品化的静电传感器电极形状式中:R(z,r))))静电传感器敏感空间内,颗粒在轴向为z,半径为r圆圈上的静电荷分布,也定义为静电流噪声;s(z,r))))静电传感器空间灵敏度分布函数,对静电流噪声起到空间加权滤波作用。静电传感器由