, 引
言
节到合理参数的重要手段 ( 由于气固两 相 流 的 复 杂 性’ 一次风风速及煤粉浓 度的测量并非易事 ( 许多研究者对气固两相流中颗粒
* / 如 梯 度 相 关 法. 电容 浓 度 测 量 提 出 了 许 多 方 法’ # ’ 0 / % / 1 / 2 ’ + / 3 / 法. 激 光 法. 传 热 法. 热 平 衡 法. 微 波 法. 辐 4 / * $ 5* 0 / 压降法 . 等等 ( 由于种种原因能成熟可靠地 射法 . -
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本文于 # $ $ *年 +月收到 (
万方数据
;
仪
器
仪
表
学
报
第4 卷 ;
露于煤粉气流中 ! 难免存在磨损问题 ! 同时温度变化要 测量具有一定延迟 " 压降法是根据两 滞后于浓度变化 ! 相流压降与颗粒浓度具有确定的线性关系! 先测量压 再计算出浓度值的方法 " 大多数研究者采用压降法 降! 时往往要同时测量管道中纯空气流速和两相流压降才 能得到颗粒浓度 ! 但在送粉管线上 ! 特别是采用直吹式 系统! 不额外增加 阻 力 件! 如 文 丘 利 管 时! 纯空气流速 很难测量 " 为此 ! 本文提出了一种利用现有送粉管道 ! 在同一管线上选择送粉特性有差异的两段管道! 测量 其压降 ! 联立得到管中风速和煤粉浓度 " 此法的优点在 于不破坏原有管道阻力特性 ! 属非接触式测量 # 即在原 管壁上只开静压测孔引出 静 压 即 可! 而没有测量元件 直接插入流体中干扰流动或测量元件受流体冲刷被磨 损问题 $ 并可同时测出风速和浓度 " 本文给出测量方 ! 并分析管段的选取对测量结果的影响 ! 介绍 法的原理 ! 试验和在线测量系统并进行试验 " 当然这种方法也适 合其它粉体的 # 低浓度 $ 气力输送场合 " 式中 式中
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/ 7 8@@ 管道的长度和内径 # B$ 对稀相流 ! 颗粒浓度 # 固气质量流量比 $ * + = 9 : D 9 : 9 ’ ’ ’ ’ ’ + E +F : D 9 : 9 9 ) ) ) ) ) D@@ 管道流通截面积 @@ 固气速度比 F / @@ 系数 < < 0 2 +F < 0 6 > ’ ’ +F < 2 6 > ) ) 所以两相流总压降可表示 * 9 ) 4 ) 4 79 # ,< # ,< $ ,> $ : = : = 0 ) 2 ) ) 84 4 9 ) 4 # ,< $ +> E : = ) 4 @@ 纯空气产生的总阻力系数 > +6 > ) 浓度修正系数 * 7 $ # ,< 6 > < 0 ) 2 ) > 8 对稀相 <值 包 括 了 输 粉 中 不 易 确 定 的 众 多 复 杂 因 素 ! 均匀流 ! 锅炉中煤粉输送即属这种 情 况 <值是固定的 ! + < 7 ,> ) 8
j ~ ~ j ! N H F K r tK J I y I H J } q u H P I E v v {I r I qz H s {q Q I r E w v Hr Kr N HN H E r H F L I F Hu v E F r qQ q I F Lz E F r y E FK sJ I s H P r y I s H Jq { q r H tq
9 ) 4 # ,< $ : = ) 2 4 / @@ 空气和颗粒引起的沿程摩擦系数 6 6 ) ’ / @@ 空气和颗粒引起的局部摩擦系数 > > ) ’ +> ) / @@ 空气密度和颗粒的视在密度 # A 9 9 < 3 B$ ) ’ / @@ 空气和颗粒的平均流动速度 # $ : BA C : ) ’
D E FGH I J K F L M N E F LOI F L P N Q E F RHS H IM N K QTQ H L Q I
" ’ j ’ k l l k m l ’ & U V W X X Y X Z[ X \] ^_ ‘ ab ‘ ] ^ c db ‘ c e ‘ ] ] ^ e ‘ c U W _ ‘ c W _ e f e _ Xg X ‘ ch‘ e i U W _ ‘ c W _ e n W e ‘ _
) 4 ’ 4 79 79 ,6 : : ) ’ ’ 84 84 4 6 ’ ) 4 ’9 ’: 79 +6 # , : ) ) 4$ 84 6 )9 ): ) ) 4 79 +6 # ,< $ : = ) ) 0 84 9 9 ) 4 ’ 4 +> ,> & ’ : : 2 ) ) ’ ’ 4 4 4 万方数据 9 > ) 4 ’ 9 ’: ’ +> # , : ) ) 4$ 4 > ) 9 ): )
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图式做的计算等压线相交 / 4是 两 段 管 根 据 # Q $ 交点为所得的解 " 图 -中系数是由两段假设管根 情况 !
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4 & ’ ( 4
# Q $
据 阻力系数公式计算得到的 "从图 4中可看出 ! 当管 4 的 <从 ; 即两管的 <值较接近时 ! I 5 ; 5下降到 I ?时 ! 两管的等压线斜率也更接近 ! 交点变得不很明确 ! 给测 # ? $
? o : 1 2 > 1 p E q H JK Fr N HJ H r H s tI F I q r I PJ H u H F J H F P Hs H v E r I K F q N I uw H r xH H Fu s H q q Q s HJ s K uE F Jq K v I JP K F P H F r s E r I K FI F
应用到工程中的并不多 ( 在锅炉燃烧系统中热平衡法 和压降法具有现实的应用潜力 ( 热平衡法是利用风粉 适合于混合 混合前后热量守恒确定气流中煤粉浓度’ 前风温较高的热风送粉系 统’ 即混合前后温差能较大 而不适于乏气送粉 " 风温一般小 才能提高测量分辨率 ’ 于3 和直吹式系统 ’ 并且此法是要把测温探头暴 $ 6&
在大型火电 厂 中’ 锅炉燃料的煤粉通过气力输送 方式由多根管道送至炉膛壁面布置的多支燃烧喷口’ 并喷入炉膛燃烧 ( 煤粉的气力输送是典型的气固两相 流’ 通常 ’ 煤粉与输粉空气的混合物称为一次风 ( 显然 ’ 各支送粉管中一次风风速和煤粉浓度大小及均匀性直 接影响锅炉燃烧的稳定性 可靠性和经济性 ( 目前锅炉 燃烧不稳 火焰 运行中存在炉内空气动力场组织不好 偏斜局部结焦高 温 腐 蚀燃烧效率下降以及送粉管 道堵管引起的送粉不连续均匀与一次风速粉量不合适 和不均匀有很大关系 ( 因此 ’ 对一次风风速和煤粉浓度
& ’ ( +6 )

% 测量原理
根据两相流理论! 两相流压降 & 由纯空气流动 ’ ( 阻力 & 与输送颗粒的附加流动阻力 组成 ! 即* ’ & ’ ) ’ ,& # $ ’ ’ & ’ (+& ) ’ 其中 & 包括空气加速损失 & 沿程阻力损失 / ’ ’ ) . ) 垂直管中空气重量引起的压损 & 和空气局部阻 / & ’ ’ 0 ) 1 ) 而 除包括这些损失外 还有颗粒在空 力 损失 & " & ! ’ ’ 2 ) ’ 可写为 * 气中的悬浮压头损失 & "式# $ ’ 3 ’ ,& ,& ,& $ , & ’ ’ ’ ’ & ’ (+# . ) 0 ) 1 ) 2 ) # ,& ,& ,& ,& $ & ’ ’ ’ ’ ’ . ’ 0 ’ 1 ’ 2 ’ 3 ’ +# ,& $ ,# ,& $ , & ’ ’ & ’ ’ . ) . ’ 0 ) 0 ’ ,& $ ,# ,& $ ,& # ’ & ’ ’ ’ & ’ 1 ) 1 ’ 2 ) 2 ’ 3 ’ +& ,& ,& ,& ,& # 4 $ ’ ’ ’ ’ ’ . 0 1 2 3 ’ 对充分发展的稳定流 ! 不考虑加速损失 & "对于 ’ . 水平管 ! 可忽略 同时忽略 在送粉风速下 于 ! # $ " & ’ & ’ 1 3 ’ 是* ,& ’ ’ & ’ (+& 0 2
量 带来误差 ! 测量分辨率下降 " 若< 即使 > +< # R> $ ! 4 4
第 +期
管道内气固两相流颗粒浓度和风速测量方法的试验研究
+ 3
则两管的等压线会重合 ! 这样就得不出解 " 因此 ! 所取 的两段管道的压降对煤粉浓度的依赖关系必须不同! 且差异越大越好 " 在火电厂中 ! 由于输粉管路较长 ! 可 取 #值 差 异 较 大 的 一 水 平 直 管 和 一 水 平 弯 管 ! 取压点 由于输粉速度较高和颗粒 可灵活布置在管道壁面上! 浓度较低 ! 管截面上颗粒分布会较均匀 ! 取压可做到较 这样通过事先标定系数 $ 和 #就 可 确 定 出 风 速 准确! 和煤粉浓度 " 在现场对于现有的系统 ! 测量管道的压力 标定 $ 较简单 ! 管道中送入 测点装好后就可进行标定 " 由压力测点测出的压差和在标定孔 % 电厂送粉管 空气 ! 用速度探针测出管中气流流速后由式 道都设有此孔& 即可得到 $ 因此时 ( 待管道 % ’ & % )* & " 标定 #较麻烦 ! 中送入含粉气流! 由压力测点测出的两相压差和在标 最常用的粉尘浓度测量仪器 & 测 定孔用等速取样装置 % 出颗粒浓度后由式 % 和前面得到的 $ 即可算出 # ’ & "下 面结合实验看标定过程 "