火力发电厂煤粉流量测量技术研究.pdf

仪器仪表用户 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j 。 i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 1 3 火 力发 电厂煤粉流量测量技术研 究 孙海翠 华东电力设计院， 上海 2 0 0 0 6 3 日墅验窒逾日 摘要 火力发电厂总燃料量的精确测量是进行锅炉燃烧控制优化的关键难点问题。本文系统地提出了火力发电厂煤粉流量 的测量技术 ， 并结合实际应用经验提出各种测量方法的技术要点 以及 制约点 ， 同时结合 工程实践提 出 了煤 粉流量测量 技术 的发展展望 ， 为进 一步研 究实践 煤粉流量的测量技术奠定了基础。 关键词 火 力发 电厂 ； 煤粉 ； 流 量 ； 燃烧控制 中图分类号 T H8 1 4 文献标志码 B Re s e a r c h o n t h e m e a s ur e me nt t e c h no l o g y o f pu l v e r i z e d c o a l flo w o f f o s s i l f u e l po we r pl a nt s S UN Ha i C U i E a s t C h i n a E l e c t r i c P o w e r D e s i g n I n s t i t u t e ， S h a n g h a i 2 0 0 0 6 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I t ’ S a c r i t ic a l pr o b l e m f or t h e o p t imiz a t i o n o f b o i le r ’ S f i r i n g c o n t r o l s y s t e m o f t h e me a s u r e me n t o f t o t a l f l o w o f p u lv e r i z e d c o a 1 ． Th e me a s u r e me n t t e c h n o l o g y o f p u lv e r iz e d c o a l f l o w o f f o s s i l f u e l p o we r p l a n t s i s p r o v id e d s y s t e ma t ic a l ly， c r it ic a l a n d d iff i c u l t p o in t s a n d t h e d e v e l o p me n t d i r e c t io n o f wh i c h a r e p u t f o r wa r d b y wa y， wh ic h la y s a f o u n d a t i o n f o r t h e f u t u r e s t u die s a n d r e s e a r c h ． Ke y wo r d sf o s s il f u e l p o wer p l a n t s；p u l v e r iz e d c o a l ；f l o w；f i r i n g c o n t r o l O 引言 随着我国经济大国国际地位的确立， 中国的在未来的可 预见的将来将迎来巨大的发展机会和空间。但与此同时， 制 约经济社会发展的资源瓶颈正在逐步成为困扰经济持续快速 稳定发展的羁绊， 日益被人们所重视的节能减排、 发展循环经 济等理念均提出要重视节约能源， 把节能作为一项基本的国 家策略被提上 日程。火力发电厂是国家工业的重要组成部 分， 担负着制造电能的重要的任务， 同时也是能源消耗巨大的 产业。火电厂的煤耗成为衡量其经济效能的重要指标之一 ， 对提高火电厂本身的经济效益有着重要的影响， 因此如何提 高燃煤锅炉的煤耗效率将是人们探讨提高火电厂效率的一个 重要切人 口。 锅炉控制系统中燃料量风量配比控制是保证锅炉燃烧安 全性和经济性的重要环节。传统控制进入锅炉的总燃料量是 通过对每台给煤机转速的控制来实现。这种方式仅考虑机组 稳定运行的情况， 而忽视了磨煤机开启或关闭时， 煤粉物理传 送性能的改变。即使在稳定运行的状态下 ， 由于磨煤机磨粉 完成特性以及储存时滞 ， 以及系统内部环境的变化， 都使得模 拟给煤系统的响应来估计燃烧系统的燃料量难以很好地满足 精度和实时性要求。 1 煤粉 流量 测量 技术 分析 目前对煤粉流量的测量技术大致可以分别为两个类别， 即间接法和直接法。间接法由于其各方面性能的具备 ， 在现 行电厂有一定的应用。 1 ． 1 间接 法 注意核对章节编号 间接法主要根据能量守恒 、 动力场特征等进行分析 ， 进而 求得煤粉流量。主要有交相关流量测量技术 、 温度法 、 动量 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 法 、 差压法等 。 1 交相关流量测量技术 交相关流量测量技术的基本假定前提 a ． 一次风煤粉两相流体为在管道中的流动符合稀疏相流 动特性； b ． 一次风煤粉两相流体在输送煤粉管道中近似均匀地流 动， 煤粉颗粒具有相同的细度， 不同截面的煤粉浓度相同； c ． 一次风与煤粉已经进行了充分的混合， 不在存在相对 流速差和相对温度差， 此时可近似将一次风与煤粉看作一种 均质混合流体。 交相关流量测量技术采取在需要测定煤粉流速的输煤管 道的直管段且稳流区域， 上下游相对较近的位置对应安装两 支金属传感器。一次风与风粉在流动中带有静电而使得金属 传感器捕获到相应的随机信号， 基于上述的基本假设， 以及两 金属传感器的位置相对较近， 因此其获取的随机信号具有极 大的相似性， 信号处理单元根据相同信号出现时间间隔测得 流体流动距离 L L为两传感器安装的物理距离 的时间间隔 t ， 由速度公式 VL ／ t ， 可以求得煤粉流速。 交相关测量技术的优点是测量的直管段要求小， 由于检 测元件未直接接触风粉混合物， 而使得检测元件不易受到煤 粉的磨损冲刷等问题， 延长其使用寿命。但该方法也具有局 限性 ， 主要体现在， 其对动力场的假设比较严格 ， 而实际的风 粉动力场的复杂性常会使得测量的噪声影响很大， 因此如何 进行信号的辨别 、 处理等问题值得考虑。 2 电容层析成像法 电容层析成像法 与交相关流量测量技术有相似之处 ， 基本前提相同， 另外都是在被测流体管段上安装检测元件。 电容层析成像法利用上游检测元件与下游检测元件的信号函 EI C VO I ． 1 9 2 0 1 2 No． 3 3 7 数组成的相关函数， 检测相关函数峰值对应时间 t ， 以求得煤 粉 的流速 。 该方法在实际中未得到广泛的应用主要受制于两方面的 原因 一是工业现场中， 实际风粉两相流动过程十分复杂， 变 化速度快 ； 二是由于受到风粉动力场的多变性， 风粉测量的精 度 受到很 大影 响。 1 差压法 差压法是在实践中应用最多的一种煤粉流速测量方法。 目前， 国内大多数火电厂煤粉流速均采用该方法进行测量。 该方法通过应用动量定律 、 伯努利方程、 气体状态方程联立求 解， 并考虑沿程压力损失， 由此求得煤粉流速。应用该法的关 键是检测元件的取样点的位置 ， 特别是风粉出口， 一次风与煤 粉进入相对稳定状态点的选择将直接影响到测量的精度。另 外 ， 该方法对于管道的直管段要求较为严格 ， 通常采用圆形、 月牙形孔板， 要求前后直管段长度必须为 8～1 0 D D为管 道的当量直径 和4 D； 采用文丘里管要求 8 D 。机翼式测量对 于直管段要求相对宽松， 但是实际应用中存在诸多不利条件， 如精度 、 维修量、 反应速度等， 对于 目前新建电厂已经逐步取 消采用机翼式测量方式。 目前电厂在用以及新建电厂主要仍然考虑采用差压式测 量方式 ， 鉴于差压测量方式在测量煤粉流量市， 检测点精度以 及检测响应的问题， 该点检测数值仍然仅作为 D A S使用， 而 真正的锅炉燃烧控制中所采用的燃料量数据仍近似采用给煤 机的转速信号经过转换的数值。 2 动量法 动量法采用将气固两相流体视为一个整体， 研究流体与 外界的相互作用。根据动量定理， 作用在某一确定控制体 指 所截取的上下游检测元件中间的风粉混合物 的流体动量变 化率等于作用在控制体上的所有外力的矢量和 J 。在磨煤机 输粉水平管道， 在节流件后选择某一控制体区域， 并在控制体 边界的两个断面， 断面 1 和断面 2加装温度、 压力以及动压法 的速度测点， 以获取进行数值分析的基本检测数据。 建立动量法测量煤粉流量的测点模型， 如图 1 所示。 [ j 图 1 动量法测量煤粉流量 的测点模型 根据建立系统动力方程， 可以联立求解煤粉浓度方程为 一1 [ 2 k 。 一1 一 ] [ 一1 一 ]0 ， Pl x S1一Pz Fo z 一 1 2 3 式中， 为控制体内管道壁面的摩擦阻力， 与测点的具体安 装位置相关。 T O d S 4 式中， 为煤粉管道内风粉对于管道壁面的切应力 ， 为阻力系 数A， 控制体密度p以及流速 的函数， 为修正系数， 采用现 场试验测定的方式。 3 8 EI C VO I ． 1 9 2 0 1 2 No ． 3 仪器仪表用户 应用动量法测量煤粉流 量 ， 将风粉 两相 流体组 成的控 制 体视为一个整体， 而弱化控制体内部负杂的流体动力场， 是解 决现场风粉动力场复杂多变 、 不均匀 的一种处 理方式。 但 是这 种方法需要以动力法获取控制体横截面的流速信息为先决条 件， 因此风粉管道横截面的流速信息的精确度与响应速度成 为决定动量法测量煤粉流量的重要影响因素。 3 温度法 温度法测量煤粉流量的理论依据是一定假设条件下， 煤 粉流量与温度存在某种确定的函数关系， 利用这种关系并依 据获取的现场温度信号进行流量换算。 这种方法测量的优点 是温度元件技术成熟、 价格合适、 安装维护方便 ， 容易实施。 然 而这种方法在工业化应用中存在许多的限制。 主要体现在温 度信号的滞后性， 以及温度流量的对应精确度难以满足工业 现场调节控制的需要。 因此， 该方法并未取得大规模工业化 应用 。 1 ． 2 直接法 直接法多采用非接触式测量技术， 如激光法 、 光电测量 法、 超声波法 、 微波法等。直接发由于受到现场环境以及仪 表造价的影响， 现在工业化应用较为受限。 1 超声波法 超声波测量煤粉流量需要构建超声波流量测量系统， 在 煤粉输送管道沿煤粉流动方向前后布置至少两对超声波传感 器。第一对传感器与水平管道成4 5 。 对应安装， 用于检测超声 波脉冲沿两个方向的传输速度。其后的第二对传感器， 垂直 于流体方向安装 ， 用于测定超声波传输过程的衰减以进行信 号修正。由于超声波检测不受煤粉冲刷与磨损， 现场校订方 便， 随着超声波检测元件价格的进一步降低， 其工业化进程将 指 日可待。当然 ， 如何构建检测系统， 以及针对系统进行精 确、 迅速、 稳定的信号处理以提高其测量精度和响应速度， 将 是重点需要突破的。 2 微波法 该方法在煤粉管道两端布置声波发生器和声波接收器 ， 由于对于不同流量的风粉管道具有不同的微波谐振频率， 检 测微波的谐振频率， 以此来求得煤粉的流量。该方法的安装 要求十分高， 需要考虑微波收发端对于风粉动力场的代表性 ， 避免出现死区， 并需要考虑外界干扰的识别与信号处理等等。 3 光学法 光学法利用光源信号 如激光 通过流动的风粉混合物 管道时， 光源会同时受到煤粉的吸收以及空气的反射两种作 用效果。由于煤粉的吸收作用相对于空气的反射作用很大， 顾可以相对忽略空气的反射作用。光源通过流动的风粉混合 物动力场时， 其光透射效果与煤粉的浓度、 煤粉颗粒的分布、 煤粉颗粒的形状等具有直接的关系 ， 因此获取光源的透射率 信息便可以获知煤粉流量信息。该理论方法存在的主要缺陷 是设备现场环境要求高且设备造价高， 因此制约了它的发展。 2煤粉流量测量技术的关键制约点 从目前工业应用实践来看， 制约煤粉流量测量的关键点 主要存在以下几点 1 一次风与煤粉两相流体动力场气流分布不均质， 动力 场结构复杂。一次风与煤粉在磨煤机以及输煤粉管道中需要 进行流速匹配以及热量交换等过程， 并由于煤粉和一次风属 于固气两态物质， 其运动轨迹复杂多变 ， 增加了检测的难度。 欢迎光临本 刊网站 h a p ／ ／ w w w． e i c ． c o m． o ff 仪器仪表用户 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 1 4 用于储 能 系 日经验童 日 统的双 向 DC ／ DC变换器 的研究 刘娜 。王章瑞 西南石油大学 电气信息学院， 成都 6 1 0 5 0 0 摘要 针对用于可再生能源发电系统中的储能系统。 介绍了一种双向 D C ／ DC变换器， 作为储能系统中的核心， 双向DC ／ DC 变换器对能量 的合理分配 和利 用起 了关键作 用。电路采用现代电力电子器件 I GB T作 为开关管 ， 通过控制 其通 断使其工作 于不同模式， 达到控制能量流动方向的目的。本文以D S P芯片为例， 提出具体的控制策略。 关键词双向D C ／ DC变换器 ； 储能系统； 控制算法 中图分 类号 T E 9 8 8 文献标志码 B Re s e a r c h o n b i - d i r e c t i o n a l DC／ DC c o n v e r t e r i n e n e r g y e t o r a g e s y s t e m L I U Na ．WANG Zh a n g r ui S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ， I n s t i t u t e o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0， c h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s a b i d i r e c t io n a l DC ／DC c o n v e r t e r u s e d i n t h e e n e r g y s t or a g e s y s t e m o f t h e r e n e wa b l e e n - e r g y r e s o u r c e e le c t r i c a l s y s t e m．As t h e c o r e p a rt o f t h e e n e r g y s t o r a g e s y s t e m，b i d i r e c t io n a l DC／ DC c o n v e rt e r p l a y s a n i mp ort a n t p a rt i n t h e d is t r i b u t i o n a n d u t i l iz a t i o n o f t h e en e r g y ．Th e c ir c u i t u s e s t h e mo d e r n p o we r d e v i c e s I GB T a s t h e s wi t c h，a n d t h e c i r c u it c a n b e k e p t i n t h e d iff e r e n t wor k p a t t e r n s b y t h e s wit c h t o c o n t r o l t h e f l o w o f e n e r g y ．Ta k i n g DSP c h i p a s a n e x a mp l e，t h is p a p e r p r o p o s e d t h e d e t a i ls o f c o n t r o l s t r a t e g y ． K e y wo r d sb i - d i r e c t ion a l DC ／DC c o n v e rt e r ；e n e r g y s t o r a g e s y s t e m；c o n t r o l s t r a t e g y O引言 为解决石化能源的逐渐枯竭而导致的能源危机问题， 实 现经济的可持续发展， 发展风能、 太阳能、 潮汐能、 地热能和生 物质能等可再生能源已成为解决世界能源问题的必经之路 ， 并且在世界范围内取得了令人瞩目的成就。但是， 由于可再 生能源存在不可控和不可预测性等特点， 不能实现稳定的功 率输出， 对大电网会产生不 良的影响。储能系统由于能很好 的解决这种问题， 已成为可再生能源发电系统中， 不可或缺的 组成部分。变换器是发电系统与电能存储元件之间的纽带， 是储能系统的核心部分。储能装置通过 D C ／ D C变换器， 来进 行能量的释放和存储， 可以说 ， 它的好坏直接关系着整个储能 系统的精确性、 可靠性及响应速度⋯_ 2 J 。通常单向 D C ／ D C变 2 检测点安装位置的选择。许多的煤粉流量测量技术 均对一次检测元件的安装位置提出了严格 的要求， 比如差压 法、 声波法等。受到电厂现场的工艺管道的设计的限制 ， 真正 符合要求的直管段和稳流要求难以满足。 3 由于煤粉颗粒对于接触性检测元件具有较强的冲刷 磨损作用， 使得接触式一次元件在实际应用中容易产生堵塞、 磨损等许多的问题。堵塞 、 磨损一方面直接影响了测量的精 确度 ， 另一方面将 增加 电厂 实际运 行 中的维修 量 以及设 备更 换率进而影响整体的效率。 4 非接触式测量方式限制点问题以及仪表测量系统造 价问题也成为工业应用的主要的制约点之一。 3 结束语 随着计算机技术 的发展， 煤粉流量的测量可以具有进一 步的发展方向。主要体现在以下几点 1 信号处理技术的应用。信号处理技术的发展将会促 进仪表检测技术的发展 ， 目前， 国内许多学者 已经将信号处理 的相关技术逐步应用于煤粉流量的检测， 如采用小波去噪技 术 、 模糊数学等方法。精密而准确的信号处理技术将可以 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 弥补由于现场条件以及单个检测元件的固定限制， 促进检测 的精准度。 2 流量检测系统。由于风粉的动力场的复杂性 ， 单一的 流量测量难以满足要求， 因此构建一个多信号的检测系统将 是一个可以考虑的方案。 3 逐步提高流量检测的稳定性与可靠性。口 参考文献 [ 1 ]朱 虹 ， 吕震中 ， 于向军， 等． 温度法测量煤粉浓度 的研究 [ J ] ． 能源研究与利用 ， 2 0 0 6 ， 4 2 82 9 ． [ 2 ] 孙 猛， 刘 石， 雷兢 ， 等． 利用电容层析成像法测量气力输送中 的煤粉流量 [ J ] ． 动力工程 ， 2 0 0 8， 2 8 3 4 1 1- 4 1 4 ． [ 3 ]吴望一． 流体力学[ M] ． 北京大学出版社， 1 9 9 5 ． [ 4 ]蔡小舒 ， 潘咏志， 吴伟亮， 等． 电厂煤粉粒径、 浓度和速度的在 线测量技术研究[ J ] ． 动力工程， 1 9 9 9 ， 1 9 6 4 6 6 ．．4 7 0 ． [ 5 ]潘 笑， 熊静进， 高志刚． 应用小波去噪技术的煤粉浓度电容 法测量装置 [ J ] ． 华北电力技术 ， 2 0 0 5， 2 2 22 4 ． 作者简介 孙 海翠 1 9 8 2 一 ， 女 ， 硕士研究 生 ， 现研究方 向电厂 自动化及 信息系统。 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 1 -08 EI C VO 1 ． 1 9 2 01 2 No ． 3 3 9