一种燃煤锅炉送粉管道含粉气流风速测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于火力发电领域，具体涉及一种燃煤锅炉送粉管道含粉气流风速测量系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 火力发电厂燃煤锅炉送粉管道的一次风速是需要监测的重要参数之一。一次风速 过低，会造成送粉管道积粉甚至堵管、燃烧器喷口烧坏等事故;一次风速过高，会使加速送 粉管道弯头磨损、燃烧器喷口脱火甚至灭火等事故。因此保持合适的一次风速对于火电机 组燃煤锅炉的安全经济运行具有重要意义。
[0003] 要实现对一次风速的监测，就需要对热态下一次风速进行准确测量。热态下进行 风速的测量不同于纯空气状态下的测量，热态下送粉管道内的流体为复杂的气固两相流。 煤粉颗粒对测量装置存在磨损，气流中的颗粒容易将传压管堵塞，颗粒不规则的运动也对 一次风速的测量产生较大影响，以上原因使气固两相流状态下的风速测量变得很困难。
[0004] 目前测量热态一次风速的方法还是用专门的防尘风速测量装置，主要有靠背式测 速管和遮板式测速管。
[0005] 一、靠背式测速管
[0006] 靠背式测速管的结构见图1，靠背式测速管共有2根传压管，背靠背布置，传压管的 端部打上坡口。当气流流经靠背式测速管时，迎流方向的传压管所测为气流的滞止压力(滞 止压力表征流体动能全部转化为压力能的能量状态的压力，其值等于绝对静压和动压之 和），背流方向的传压管所测为气流的静压，两个传压管的压差为气流的动压。使用前先用 风洞(是能人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物 体的作用以及观察物理现象的一种管道实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效 的工具)对靠背式测速管进行风速标定，得到其流量修正系数，然后就可以在现场使用了。 靠背式测速管可以用于热态一次风速的在线测量，也可用于锅炉制粉系统正常运行期间的 热态调平。在实际使用中，发现靠背式测速管的迎流方向的传压管存在积粉现象，需定期清 理。靠背式测速管只能测量管道内一点的风速，测量准确性很难保证。
[0007] 二、遮板式测速管
[0008] 遮板式测速管的结构见图2。遮板前后各有一传压管，传压管正对遮板中心的内侧 各有一静压孔。气流流经遮板式测速管时，气流中的粉尘因遮板的阻挡减速至零，遮板前面 的静压孔测得的为遮板处的滞止压力。气流绕过遮板流动，在遮板背面产生较大的涡流，形 成低压区，压力由遮板后面的静压孔获得，这样遮板前后的差压将大于气流的动压。使用前 先用风洞对遮板式测速管进行风速标定，得到其流量修正系数，然后就可以在现场使用了。 遮板式测速管可用于锅炉制粉系统正常运行期间的热态调平。在实际使用中，发现遮板式 测速管的传压管也存在积粉现象，需定期清理，而且遮板式测速管只能测量管道内一条直 线上的几个点的风速，测量准确性不能保证。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种燃煤锅炉送粉管 道含粉气流风速测量系统及方法。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0011] -种燃煤锅炉送粉管道含粉气流风速测量系统，包括含粉气流取样装置、差压测 量装置、速度测量系统和控制器，所述含粉气流取样装置包括取样头，取样头进气口朝向气 流来向设置，取样头上设置有用于测量送粉管道内静压的第一测压孔和用于测量取样头内 部静压的第二测压孔；
[0012] 差压测量装置的入口通过第一传压管和第二传压管分别与第一测压孔和第二测 压孔连通，差压测量装置的信号输出端与控制器连接；
[0013] 速度测量系统包括气固分离装置和速度测量装置，气固分离装置的进口与含粉气 流取样装置连接，气固分离装置的出口与速度测量装置的气流入口连接，速度测量装置的 气流出口通过抽气调门与负压抽气装置连接，速度测量装置的信号输出端与控制器连接， 所述抽气阀门与控制器连接。
[0014] 优选的，所述含粉气流取样装置为弯头式煤粉取样枪，包括取样头和取样枪本体， 取样头与取样枪本体垂直设置，取样枪本体与所述气固分离装置连接。
[0015] 优选的，所述差压测量装置为第一差压变送器。
[0016] 优选的，所述气固分离装置为旋风分离器，旋风分离器的下端安装煤粉取样罐。
[0017] 优选的，所述速度测量装置为文丘里测风装置，文丘里测风装置与气固分离装置 之间连接温度传感器，温度传感器与控制器连接。
[0018] 优选的，速度测量装置的信号输出端通过第二差压变送器与控制器连接。
[0019] 优选的，上述含粉气流风速测量装置还包括反吹防堵装置，包括气源、第一反吹阀 和第二反吹阀，气源通过第一反吹阀和第二反吹阀分别与第一传压管和第二传压管连通。
[0020] 进一步优选的，所述差压测量装置的入口端分别连接第一隔离阀和第二隔离阀， 差压测量装置的信号出口端与控制器连接。
[0021] 优选的，上述含粉气流风速测量系统还包括显示装置，显示装置与所述控制器连 接。
[0022] 上述燃煤锅炉送粉管道含粉气流风速测量系统的测量方法，包括如下测量步骤：
[0023] 1)将含粉气流取样装置的取样头放置于送粉管道中的设定点，取样头朝向气流来 向，并将系统中的各个部件连接好；
[0024] 2)通过调节负压抽气装置的抽气流速，使吸入速度w与送粉管道内的气体流速wo 相等；
[0025] 3)通过气固分离装置将含粉气流中的煤粉去除，拟合速度测量装置的输出信号与 吸入速度w之间的关系，通过速度测量装置的输出信号，测得吸入速度w，即为送粉管道内设 定点的气体流速W0;
[0026] 4)沿送粉管道的直径方向移动取样头，用同样的方法进行不同位置处的流速测 定，取所有气体流速的平均值，即得送粉管道内含粉气流风速。
[0027] 优选的，步骤2)中，调节吸入速度w与送粉管道内的气体流速wo相等的方法，具体 包括如下步骤：
[0028] 1)根据送粉管道内的静压pq、送粉管道内的气体流速wq、含粉气流取样装置内的静 Spn、吸入速度w以及总阻力损失压差Σ ΔΡ2间的关系符合伯努利方程;得到只要保证po-ρη= Σ Δρ，就可以使w=W0;
[0029] 2)测量总阻力损失压差Σ Λ p
[0030] 使已知细度分布的煤粉颗粒流经上述含粉气流风速测量系统，调节负压抽气装置 的抽气速度，改变ρη，并在气固分离装置中进行煤粉取样并分析煤粉细度分布，当取样的煤 粉细度分布与原煤粉的细度分布相同时，即得目标Ρη，此时的Ρ0与Ρη的差值即为总阻力损失 压差Σ Λρ;
[0031] 3)控制器通过调节抽气阀门，使压差测量装置测得的压差与Σ Δρ相等，此时w = wo〇
[0032] 优选的，上述测量方法还包括反吹防堵步骤:将压差测量装置的隔离阀关闭，将反 吹阀打开，向含粉气流取样装置中通入压缩空气，将沉积在取样头中的煤粉吹走。
[0033] 进一步优选的，反吹防堵步骤与测量步骤交替进行。
[0034] 优选的，当速度测量装置为文丘里测风装置时，步骤3)中，文丘里测风装置的输出 压差与取样口风速的关系为：
[0035]
[0036] 式中：k 一标定系数；
[0037] ΔΡ -文丘里测风装置输出差压，kPa;
[0038] t 一文丘里测风装置入口气流温度，。C ;
[0039] w-取样头吸气速度，m/s。
[0040] 优选的，步骤4)中，当含粉气流取样装置的取样头移动到一个位置时，将取样头分 别向左和向右旋转设定角度后，分别测定送粉管道内的含粉气流风速。
[0041] 进一步优选的，含粉气流取样装置的取样头向左或向右的旋转角度不大于15°。 [0042]弯头式煤粉取样枪的作用是取煤粉并且测量送粉管道内静压和抽气口内静压。旋 风分离器的作用是将气固两相流中的煤粉分离出来。煤粉取样罐的作用是存储被分离出来 的煤粉。文丘里测风装置的作用是测量被抽吸出来的一次风空气经过时的差压，第二差压 变送器将文丘里测风装置的压差信号并将其转换为标准电流信号后输入控制器。
[0043] 第一隔离阀和第二隔离阀是在管路吹扫时关闭以避免第一差压变送器超量程损 坏，在吹扫结束后打开，接通测量管路使差压测量装置正常测量。温度传感器的作用是测量 流经文丘里测风装置的空气温度。抽气调门的作用是调节抽吸量。负压抽气装置的作用是 产生抽吸力，将含粉气流从送粉管道中抽吸出来。差压测量装置的作用是测量弯头式煤粉 取样枪的内外静压差信号将其转换为标准电流信号后输入控制器。第一反吹阀和第二反吹 阀的作用是对弯头式煤粉取样枪的第一传压管、第二传压管、第一测压孔和第二测压孔进 行吹扫，防止管路积