雙托板式煤粉混合器阻力特性的試驗研究

雙托板式煤粉混合器阻力特性的試驗研究

1煤粉濃度檢測方法針對電壓爐低碳粉濃度的監(jiān)測，國內外對電壓爐的測量方法進行了大量研究，并取得了許多成果，如熱平衡法、電壓法、傳熱法、能熱法等。以及利用微波和超聲波法測量的報告。本文總結了前人的研究經驗,采用管道模化試驗的方法,從氣固兩相流管路的阻力特性著手,研究并提出利用煤粉濃度與管路系統(tǒng)或阻力元件的阻力損失對應關系,研制煤粉濃度在線監(jiān)測系統(tǒng),使其可廣泛應用于各種煤粉輸送管道。這種利用阻力進行測量的方法基于氣固兩相流中濃度與阻力損失存在一定的函數關系,即:ΔPμ/ΔP0=f(μ)(1)ΔΡμ/ΔΡ0=f(μ)(1)Gsaterstadt根據研究結果提出了壓損比法,即得到僅利用一個系數包含所有影響兩相流管道阻力的經驗式:ΔPμ/ΔP0=1+Kμ(2)ΔΡμ/ΔΡ0=1+Κμ(2)式中:ΔPμ為氣固兩相流阻力損失測量值;ΔP0為純空氣工況的阻力損失測量值;K為阻力比例系數試驗值;μ為煤粉濃度kg/kg。對于一定的輸粉管道而言,純空氣流動狀態(tài)下的阻力損失P0與煤粉濃度無關,它只是管道結構(長度、管徑)和空氣壓力的函數,可以事先測定。因而,對煤粉濃度的測量被轉化為對壓力的測量。在正常運行中只需測量氣固兩相流阻力損失Pμ,即可得到相應的濃度值。2實際烤箱試驗2.1鍋爐低負荷作熱載氣鍋爐試驗在100MW機組燃煤鍋爐一次風管道上進行。該鍋爐為武漢鍋爐廠生產的WGZ410/9.8-15型單汽包自然循環(huán)爐,采用均等配風直流燃燒器,乏氣送粉,液態(tài)排渣。設計燃用葦湖粱煙煤,制粉系統(tǒng)為鋼球磨煤機中間貯倉式。鍋爐額定蒸發(fā)量410t/h,額定汽壓9.8MPa,額定汽溫540℃。機組曾進行增容節(jié)能改造,改后機組最大電負荷為110MW。試驗系統(tǒng)如圖1所示。2.2煤粉濃度的測量采用熱態(tài)兩相流試驗方法,在鍋爐運行中對氣粉兩相流介質在管內的流動阻力和顆粒濃度進行了測試。試驗過程中保持排粉機出口風壓和調節(jié)閥門的開度不變,通過改變給粉機轉速來改變煤粉濃度。在試驗過程中給粉機轉速在(100～400)r/min范圍內調節(jié),用以控制和調節(jié)一次風中煤粉濃度。煤粉濃度是用等速取樣裝置按等截面法測量,并計算出截面平均濃度。試驗共設計了4個工況:給粉機轉速分別為100、200、300、400r/min,氣流溫度70℃,氣流速度25m/s,水平直管段Re=5.67×105。3試驗結果及分析3.1阻力損失曲線對于單相流體流過輸粉管道阻力的計算,文獻中作了較完整的總結。因為純空氣工況試驗的流動狀態(tài)已處于紊流粗糙管阻力平方區(qū),該區(qū)域內充分發(fā)展的紊流流動能量損失主要決定于脈動運動,粘性的影響可以忽略不計。通過分析計算得到如下阻力系數:(1)包括所有試驗范圍內管段與元件的一次風輸粉管道單相流綜合阻力系數ξOZ=0.730;(2)包含截面變化引起的局部阻力以及測孔間直管的磨擦阻力的混合器單相流體綜合阻力系數ξOH=0.624。(3)包括彎管局部與摩擦阻力系數以及靜壓測孔之間的直管段磨擦阻力系數包含彎管損失的混合器單相流體綜合阻力系數ξOH=0.659。圖2給出了按照文獻推薦的阻力系數公式計算的阻力損失曲線。從與試驗結果的比較可以看出,一次風輸粉管道和煤粉混合器的單相流體綜合阻力系數與理論計算的結果有一定的偏差,尤其煤粉混合器偏差較大。3.2煤粉混合器回路參數回歸兩相流試驗的4個工況是在煤粉濃度(0.29～0.49)kg/kg范圍內進行的,對應給粉機轉速為(100～400)r/min,管內平均氣流速度為25.7m/s,得到的試驗阻力損失及阻力系數關系曲線見圖3和圖4。從圖中可以看出,煤粉混合器的阻力損失在整個管路中占據了較大比例,在75%以上。為便于比較,圖中還繪出了煤粉混合器及其后水平直管的阻力測試結果?？梢钥闯?在試驗范圍內兩相流工況下,三者兩相阻力系數隨煤粉濃度變化呈非線性增長。對試驗數據進行回歸,可得到如下回歸式:ξμZ/ξOZ=1.0+0.5498μ?6.4545μ2+23.922μ3(3)ξμH/ξOH=1.0+0.7843μ?8.0048μ2+28.665μ3(4)ξμΖ/ξΟΖ=1.0+0.5498μ-6.4545μ2+23.922μ3(3)ξμΗ/ξΟΗ=1.0+0.7843μ-8.0048μ2+28.665μ3(4)式中:ξμΖ/ξΟΖ為一次風輸粉管道兩相阻力系數與單相流阻力系數比;ξμΗ/ξΟΗ為煤粉混合器兩相阻力系數與單相流阻力系數之比。從圖3煤粉濃度與阻力之間的關系曲線可以看出,在μ=(0.29～0.49)kg/kg范圍內,管路總阻力在(330～565)Pa之間,每增加0.1kg/kg濃度,總阻力增加量約為(81～169)Pa?？梢钥闯?這個壓力變化是可以在一般的風壓計上反映出來的。而且實際使用的風壓計最小刻度至少可以達到10Pa,因此可以確定實際上可以反映出0.01kg/kg的煤粉濃度變化值,足以滿足實際測量和調整鍋爐燃燒工況的需要。將此方法與熱平衡法比較可知,阻力法具有適用性廣、靈敏度高等優(yōu)點,可以在所有形式的制粉系統(tǒng)上使用,且不存在熱慣性等問題,從而使測量系統(tǒng)具有較快的響應速度。另外,由于在煤粉混合器后的含粉氣流中沒有一次測量元件,因此在中間貯倉式制粉系統(tǒng)上使用幾乎不存在磨損問題,但由于管道特性等條件各異,試驗式的通用性較差。為保證測量準確,必須事先對每臺鍋爐的每根一次風管道測試得到其阻力特性,前期工作量較大,使裝置的靈活性較差。3.3煤粉濃度對k值的影響按照壓損比的計算方法,兩相阻力系數的形式為:[ξμ/ξO]=1+Κμ,但很多文獻中給出的Κ值都不同。根據試驗,也難以得出一條ξμ/ξO比值通過(ξμ/ξO=1,μ=0)點的直線。試驗結果表明,該輸粉管道的ξμ/ξO和煤粉濃度μ非正比關系,即K值在試驗條件下不是一個相對穩(wěn)定的常數,而是隨煤粉濃度變化的一個變量。這一點也說明幾何形狀、結構特性對氣固兩相流動特性具有顯著的影響。對比實驗室試驗結果,如將試驗管道的某一管段或整個管路看成一個特殊的阻力元件,可見本試驗與實驗室得出的ξμ和Κ與煤粉濃度的關系定性一致,只是由于考慮了顆粒的加速壓損和堆積作用,使其數值要遠大于實驗室結果。以下是由試驗結果歸納總結出來的、具有ξμ/ξO=1+Κμ形式的本試驗系統(tǒng)輸送煤粉時的阻力系數計算式:ξμZ=0.73[1+(0.62～3.13)μ](5)ξμH=0.35[1+(3.56～7.78)μ](6)ξμΖ=0.73[1+(0.62～3.13)μ](5)ξμΗ=0.35[1+(3.56～7.78)μ](6)其中:(0.29≤μ≤0.49)kg/kg,Κ值在此區(qū)間呈線性增加。4風輸粉管道阻力系數本文在總結前人研究成果的基礎上,研究了實際運行中的鍋爐煤粉混合器前后輸粉管道阻力特性,在(0.29≤μ≤0.49)kg/kg范圍內,得到了一次風輸粉管道煤