双托板式煤粉混合器阻力特性的试验研究

双托板式煤粉混合器阻力特性的试验研究

1煤粉浓度检测方法针对电压炉低碳粉浓度的监测，国内外对电压炉的测量方法进行了大量研究，并取得了许多成果，如热平衡法、电压法、传热法、能热法等。以及利用微波和超声波法测量的报告。本文总结了前人的研究经验,采用管道模化试验的方法,从气固两相流管路的阻力特性着手,研究并提出利用煤粉浓度与管路系统或阻力元件的阻力损失对应关系,研制煤粉浓度在线监测系统,使其可广泛应用于各种煤粉输送管道。这种利用阻力进行测量的方法基于气固两相流中浓度与阻力损失存在一定的函数关系,即:ΔPμ/ΔP0=f(μ)(1)ΔΡμ/ΔΡ0=f(μ)(1)Gsaterstadt根据研究结果提出了压损比法,即得到仅利用一个系数包含所有影响两相流管道阻力的经验式:ΔPμ/ΔP0=1+Kμ(2)ΔΡμ/ΔΡ0=1+Κμ(2)式中:ΔPμ为气固两相流阻力损失测量值;ΔP0为纯空气工况的阻力损失测量值;K为阻力比例系数试验值;μ为煤粉浓度kg/kg。对于一定的输粉管道而言,纯空气流动状态下的阻力损失P0与煤粉浓度无关,它只是管道结构(长度、管径)和空气压力的函数,可以事先测定。因而,对煤粉浓度的测量被转化为对压力的测量。在正常运行中只需测量气固两相流阻力损失Pμ,即可得到相应的浓度值。2实际烤箱试验2.1锅炉低负荷作热载气锅炉试验在100MW机组燃煤锅炉一次风管道上进行。该锅炉为武汉锅炉厂生产的WGZ410/9.8-15型单汽包自然循环炉,采用均等配风直流燃烧器,乏气送粉,液态排渣。设计燃用苇湖粱烟煤,制粉系统为钢球磨煤机中间贮仓式。锅炉额定蒸发量410t/h,额定汽压9.8MPa,额定汽温540℃。机组曾进行增容节能改造,改后机组最大电负荷为110MW。试验系统如图1所示。2.2煤粉浓度的测量采用热态两相流试验方法,在锅炉运行中对气粉两相流介质在管内的流动阻力和颗粒浓度进行了测试。试验过程中保持排粉机出口风压和调节阀门的开度不变,通过改变给粉机转速来改变煤粉浓度。在试验过程中给粉机转速在(100～400)r/min范围内调节,用以控制和调节一次风中煤粉浓度。煤粉浓度是用等速取样装置按等截面法测量,并计算出截面平均浓度。试验共设计了4个工况:给粉机转速分别为100、200、300、400r/min,气流温度70℃,气流速度25m/s,水平直管段Re=5.67×105。3试验结果及分析3.1阻力损失曲线对于单相流体流过输粉管道阻力的计算,文献中作了较完整的总结。因为纯空气工况试验的流动状态已处于紊流粗糙管阻力平方区,该区域内充分发展的紊流流动能量损失主要决定于脉动运动,粘性的影响可以忽略不计。通过分析计算得到如下阻力系数:(1)包括所有试验范围内管段与元件的一次风输粉管道单相流综合阻力系数ξOZ=0.730;(2)包含截面变化引起的局部阻力以及测孔间直管的磨擦阻力的混合器单相流体综合阻力系数ξOH=0.624。(3)包括弯管局部与摩擦阻力系数以及静压测孔之间的直管段磨擦阻力系数包含弯管损失的混合器单相流体综合阻力系数ξOH=0.659。图2给出了按照文献推荐的阻力系数公式计算的阻力损失曲线。从与试验结果的比较可以看出,一次风输粉管道和煤粉混合器的单相流体综合阻力系数与理论计算的结果有一定的偏差,尤其煤粉混合器偏差较大。3.2煤粉混合器回路参数回归两相流试验的4个工况是在煤粉浓度(0.29～0.49)kg/kg范围内进行的,对应给粉机转速为(100～400)r/min,管内平均气流速度为25.7m/s,得到的试验阻力损失及阻力系数关系曲线见图3和图4。从图中可以看出,煤粉混合器的阻力损失在整个管路中占据了较大比例,在75%以上。为便于比较,图中还绘出了煤粉混合器及其后水平直管的阻力测试结果。可以看出,在试验范围内两相流工况下,三者两相阻力系数随煤粉浓度变化呈非线性增长。对试验数据进行回归,可得到如下回归式: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为一次风输粉管道两相阻力系数与单相流阻力系数比;ξμΗ/ξΟΗ为煤粉混合器两相阻力系数与单相流阻力系数之比。从图3煤粉浓度与阻力之间的关系曲线可以看出,在μ=(0.29～0.49)kg/kg范围内,管路总阻力在(330～565)Pa之间,每增加0.1kg/kg浓度,总阻力增加量约为(81～169)Pa。可以看出,这个压力变化是可以在一般的风压计上反映出来的。而且实际使用的风压计最小刻度至少可以达到10Pa,因此可以确定实际上可以反映出0.01kg/kg的煤粉浓度变化值,足以满足实际测量和调整锅炉燃烧工况的需要。将此方法与热平衡法比较可知,阻力法具有适用性广、灵敏度高等优点,可以在所有形式的制粉系统上使用,且不存在热惯性等问题,从而使测量系统具有较快的响应速度。另外,由于在煤粉混合器后的含粉气流中没有一次测量元件,因此在中间贮仓式制粉系统上使用几乎不存在磨损问题,但由于管道特性等条件各异,试验式的通用性较差。为保证测量准确,必须事先对每台锅炉的每根一次风管道测试得到其阻力特性,前期工作量较大,使装置的灵活性较差。3.3煤粉浓度对k值的影响按照压损比的计算方法,两相阻力系数的形式为:[ξμ/ξO]=1+Κμ,但很多文献中给出的Κ值都不同。根据试验,也难以得出一条ξμ/ξO比值通过(ξμ/ξO=1,μ=0)点的直线。试验结果表明,该输粉管道的ξμ/ξO和煤粉浓度μ非正比关系,即K值在试验条件下不是一个相对稳定的常数,而是随煤粉浓度变化的一个变量。这一点也说明几何形状、结构特性对气固两相流动特性具有显著的影响。对比实验室试验结果,如将试验管道的某一管段或整个管路看成一个特殊的阻力元件,可见本试验与实验室得出的ξμ和Κ与煤粉浓度的关系定性一致,只是由于考虑了颗粒的加速压损和堆积作用,使其数值要远大于实验室结果。以下是由试验结果归纳总结出来的、具有ξμ/ξO=1+Κμ形式的本试验系统输送煤粉时的阻力系数计算式: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值在此区间呈线性增加。4风输粉管道阻力系数本文在总结前人研究成果的基础上,研究了实际运行中的锅炉煤粉混合器前后输粉管道阻力特性,在(0.29≤μ≤0.49)kg/kg范围内,得到了一次风输粉管道煤