燃煤锅炉凝结式蒸汽干度仪的测量应用.pdf

第 1 8 卷 2 0 1 3 年第 5 期 煤矿开采 Co a l mi ni n g T e c h n o l o g y V0 L1 8 2 01 3Nn 5 燃煤锅炉凝结式蒸汽干度仪的测量应用 刘亚非雷艳 丽 中石化河南油田分公司， 河南 南阳 4 7 3 0 0 0 [ 摘要 ] 依据能量守恒原理以及凝结式干度仪测量原理 ，提 出了提高凝结式干度仪测量精度 与灵敏度的优化设计思路， 根据该优化思路， 设计研制得到了凝结武蒸汽干度仪。并通过燃煤测量实验 ， 验证 了该蒸汽干度仪达到了设计 目 标 ， 使得燃煤锅炉具有较高的准确性和灵敏度。 [ 关键词 ] 湿蒸汽； 凝结式干度仪； 燃煤测量 1 引言 燃煤蒸汽锅炉安装流程及控制要求燃煤蒸汽锅 炉是一种强制循环高压单管直流锅炉。其生产中包 括 三个 同时进行的工艺 流程 燃料的燃烧过 程 、 烟气 向水的传热过程和水吸热后的汽化过程。燃煤蒸汽 锅炉控制系统的基本任务是使煤粉燃烧的热量能适 应蒸汽负荷变化和干度的要求。将蒸汽干度和蒸汽 压力保持到一定范围内，同时努力提高蒸汽锅炉的 热效率。调节量鼓风、 引风、 给煤量、 给水量 ， 使它们 之间随时保持适当的比例关系。 此外 ， 还需实现锅炉 的自动点火控制及锅炉吹灰等过程的自动控制。 国内燃煤锅炉设计中，使用的蒸汽干度测量方 法是化学滴定法 ，人工因素造成测量的不一致性和 不确定性， 导致注汽干度管理相对粗放， 并由此可能 产生能源的浪费和注汽质量的不稳定，不连续的人 工测量无法为 自动控制蒸汽干度提供实时数据； 为 降低热采成本、 提高效率， 从监测、 管理角度， 湿蒸汽 的干度在线检测控制势在必行 。 由于湿蒸汽干度是汽液两相流特有的参量， 它 与注汽锅炉多个运行参数有复杂的内在联系，同时 检测的噪声很多，所以不能像压力和温度那样直接 测量 。 虽然在 实际应用中很重要 ， 但 由于两相流型的 复杂性和汽液之间的相变 ，使得干度的测量成为国 际上一直没有很好解决 的一个难题。 目前 ，蒸汽干度测量的主要控制和测量方法有 数学模型类、 现场人工化验法、 热力学类和非热力学 类 如表1 所示 。 2 凝 结式干度仪测量原理 凝结法测量湿蒸汽干度的方法是将抽取的待测 湿蒸汽和冷却水引入到一个绝热 的间壁式换热器 中。 在换热器内， 冷却水冷却待测湿蒸汽并使蒸汽降 温相变为凝结水。根据能量平衡原理求解出待测湿 3 4 表1 蒸汽干度测量方法 测 量方法 部分蒸 汽取样 直接测 量主蒸汽 化 学滴定法 、 ／ 热 节流法 、 ／ 混合法 、 ／ 凝结法 、 ／ 加热法 、 ／ 相分离法 、 ／ j 非 放 射 法 、 ／ 热 微波测量法 、 ／ 力 光学测量法 、 ／ 学 电导率法 、 ／ 类 示踪法 、 ／ 临界流速法 、 ／ 数学模型类 蒸汽的干度 。 干度仪的示意图如图l 所示。 从图1 中 可以知道 ， 假定湿蒸汽管道中人 口焓值为h 。 ， 换热后 焓值为h ， 取样流量为 。 ， 二次侧冷却水入 V I 焓值为 ，出口焓值为 ， ， 流量为 。 。在考虑热量损失的情 况下 ， 尽管间壁式换热器采取了良好的保温 ， 但也不 可避免会对外界有少许散热。 在实验之前， 先通过单 相水和单相汽对干度仪进行热平衡测试 ，获得热效 率仇。根据能量守恒方程 W o h 0 一 h i 叩 |l z 2 一h 3 1 根据干度和焓值的关系 二 2 一 _厂 其中， ， 为饱和水焓 ， 为饱和蒸汽焓 ，结合式 1 和式 2 可得 3 叩 h 一h f 从而可以计算出锅炉出V I 的干度值。 第 l 8 卷 2 0 1 3 年第 5 期 煤矿开采 Co a l mi n i n g Te c h n o l o g y Vo 』 ． 1 8 2 01 3Nn 5 表1 优化计算重要参数列表 序列 P n m d ml B △ x △ 换热面积 冷却管长度 MP a m 1 l 7 _2 O ．8 O ． 5 l O 1 ．6 O ．1 1 3 4 6 2 3 ．61 3 2 l 7 2 O ． 7 8 O ． 5 9 9 ．6 6 O ． 0 2 l -ql 0 ．1 I l 9 6 l 3 ．5 6 7 3 l 7_2 0． 7 6 0． 5 97． 7 4 0 ． O2 l -ql 0 ．1 l 0 4 3 8 3 ． 5 l 7 4 l 7 2 0 ． 7 4 0 ． 5 9 5 ．8 3 0 ． 0 2 l -ql 0 ．1 0 8 8 9 4 3 ． 4 6 8 5 1 7 2 0 ． 7 2 O ． 5 9 3 ． 9 1 0 ． 0 2 1 ．9 1 0 ．1 0 7 3 2 5 3 ． 4 1 8 6 1 7 - 2 O． 7 0 O． 5 92 ． 0 0 O ． o2 1 ． 91 n1 05 7 31 3 ．3 6 7 7 l 7 -2 0 ． 6 8 0 ． 5 9 0 ． 0 8 O ． o 2 1 ．91 0 ．1 0 4 1 1 0 3 ． 3 1 6 8 l 7 _2 O ． 6 6 O ． 5 8 8 ． 1 7 O ． 0 2 l -9l 0 ．1 O 2 4 6 1 3 ． 2 6 3 9 1 7 ．2 0 ． 6 4 0 ． 5 8 6 ． 2 6 O ． 0 2 l 91 0 ．1 0 0 7 8 2 3 ． 2 0 9 1 0 1 7 -2 O ． 6 2 O ． 5 8 4 ． 3 4 0 ． 0 2 1 ．9 1 00 9 9 0 7 1 3 ． 1 5 5 l l l 7 _2 0 ． 6 0 0 ． 5 8 2 ． 4 3 0 ． o 2 1 -9 1 0 ．0 9 7 3 2 5 3 ． 0 9 9 _ 1 2 l 7 -2 O ． 5 8 O ． 5 8 0 ． 5 l O ． 0 2 I -ql 0 -册 5 5 4 4 3 ． O 4 2 ， __________ ’ 蝣娥8 图3 实验回路流程示意 图 表2 凝结式干度仪测量数据 p m1 № T 3 △x AT 3 f M P k s ／ h k s ／ h 6 o 3 8 l O n1 2 O 2 ． 1 O 4 5 7 5 l o 7 ． 1 2 6O 2 l 9 9 ．8 2 0 0 -4 0 ．4 7 9 1 l l O 5 2 O _0 2 l 6 3 -4 6 ．0 1 8 1 01 ． 4 2 O 5 _2 0 5 O 1 O 1 1 4 28 0 _0 2 1 9 3 ． 7 6 6 ．O 2 7 1 0 1 ．2 2 0 3 2 0 21 4 I 1 7 ． 8 6 0 10 2 0 4 3 ． 5 8 调节。凝结式干度仪的湿蒸汽取样的位置是在预热 器与双文丘里管之间。双文丘里管也是一种干度测 量装置 。 实验在压力为6 M P a ，总流量 为3 5 0 k g ／ h 下进行 ， 干度在0 ． 4 0 ． 8 之间变化。实验数据见表2 。从表2 中 3 6 可以看出， 当取样蒸汽的含汽率变化0 ． 0 2 时， 冷却水 出口温度变化接近3 C 。 说明凝结式干度仪具有较高 的测量灵敏度 ，同时也说明根据第三节中所述的设 计思路开展凝结式干度仪设计工作是合理可行的。 下转 5 0页 第 1 8 卷 2 0 1 3 年第5 期 煤矿开采 Co a l mi n i n g Te c h n o l o g y V0 L1 8 2 O1 3Nn5 测服务。在煤炭检测中， 仪器要有专人管理和维护， 每年测量设备都必须通过检定、校准或其他溯源方 式确定其量值 ，保证仪器使用的有效性。对于量热 仪 、 测硫仪等仪器， 除进行专业机构进行检定外 ， 检 验人员还应定期用标准样品对仪器进行校准，只有 对比结果在要求的误差范围内才可进行样品的检验 工作。 对于水分 、 灰分、 挥发分等重量分析中， 干燥前 后要尽量使用同一台天平和，天平和砝码要配套使 用 ， 新的灰皿、 坩埚等在第一次使用前， 要洗尽后于 测量温度下烘烤一小时以上。 3 严格按照标准和规程检测 增加平行测定的次数可以使偶然误差接近消 除， 所以， 为保证试验结果的准确性， 试验过程中要 严格按照标准进行平行测试， 以剔除偶然误差。 煤炭 检测中， 要尽量使空白降至最低 ， 且要经常通过标样 检查校准仪器。例如， 在硫的测定中， 只有将仪器调 整符合要求至标样的检测值和其明示值在误差允许 范围内才可正式测量样品，如果测量样品较多或测 量时间较长时， 中间应穿插做标样 ， 以检测仪器的稳 定性 ； 测定水分、 灰分时， 测量前灰皿、 称量瓶要进行 恒重， 稍冷后置于干燥器中冷却， 且测量前后冷却时 间和环境要大致相同；做挥发分时既做到要注意快 拿快放 、 又要保证试样 与空气始终处于隔绝状态 ， 重 量分析时试样的称量范围应在标准允许的范围内， 以使试样在干燥过程中均匀受热。无论检测哪种指 标， 都应严格按照标准和规程， 不得参杂任何随意性 和主观性 ， 不得擅 自 更改规程， 最终保证检测结果的 客观性和公正性 。 4 强化技术培训提高员工综合素质 在煤炭检测中人员素质与水平对检测工作至关 重要。 检测水平高低优劣， 很大程度上取决于人员素 质与水平。加强检验人员综合素质不仅需要有规范 的劳动纪律和各种规章制度， 更要注重业务学习。 检 验人员须经过培训、 考核 ， 并持证上岗， 对新进员工 应进行上岗培训 ，提高检验人员的责任感和严谨的 工作态度， 要定期组织学习， 对最新检验标准要深入 了解，定期聘请专家讲课，熟悉和了解煤炭检测过 程 ， 在 日常工作中， 熟知最新检验标准， 掌握检测原 理 ， 并熟悉测定步骤， 强化技术培训进一步提高员工 的综合业务素质。 煤炭作为我国基础能源之一，质量的好坏直接 关系到国民经济的发展和建设 ，因此提高煤炭检测 的标准， 加强煤炭检验能力 ， 建立完善的检测体现， 对煤炭生产和贸易都具有十分重要的意义。 【 参考文献] [ 1 ] I S O fl E C 1 7 0 2 5 --2 0 0 5 ， 检测和校准实验室能力的一般要求【 s 】 ． 【 2 】2杨金和， 陈文敏 ， 段云龙． 煤炭化验手册[ M 】 ． 北京 煤炭工业出版 社 ． 1 9 9 8 ． 【 3 】 韩建国． 神华煤炭【 M 】 ． 北京 中国标准出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 4 】 陈翠菊．煤样粒度对煤的视相对密度测定影响探讨[ J ] ． 中国煤炭地 质， 2 0 1 0 7 ． [ 5 ] 袁三畏． 煤质勘探与资料汇编方法[ J l ， 1 9 8 4 ． [ 6 】 杨金和， 陈文敏 ， 段云龙主编． 煤炭化验手册[ M] ． 北京 煤炭工业出 版社 ， 2 0 0 4 ． [ 责任编辑 明德] 上接 3 6页 5 结论 1 凝结式蒸汽干度测量方法具有测量原理简 单、受待测蒸汽参数影响小、干度测量范围宽的特 点， 并能在工程实时测量中应用。 2 为了提高凝结式蒸汽干度测量的准确性和 灵敏度 ，提出了一种优化设计凝结式蒸汽干度仪 的 方法 。 3 根据优化设计的思路 ， 设计研制得到了凝结 式蒸汽干度仪， 并通过测量实验， 验证了该蒸汽干度 仪达到了设计目标， 具有较高的准确度和灵敏度。 [ 参 考文 献 ] [ 1 ] 张明岳， 于云华 ， 时海涛． 稠油热采锅炉远程监测系统的方案设计 [ J ] ． 化工 自动化及仪表 ， 2 0 1 l ， 3 8 1 O 1 1 7 4 1 1 7 6 ． 2 】 柳富明， 黄婷萍， 申龙涉 ， 等． 油田热注蒸汽干度测量方法的研究 进展[ J 1 _化工 自动化及仪表 2 0 1 2第3 9 卷 1 5 1 1 5 5 ． 5 0 [ 3 ] 徐英， 吴经纬 ， 杨会峰， 等． 内锥流量计流出系数预测方法研究 【 J 1 计算力学学报2 0 0 9 ， 2 6 5 7 2 7 7 3 3 ． [ 4 】Wu J i n g w e i ．N u me r i c al R e s e a r c h o f Wa f e r C o n e Me t e r o n I t s E x p a n s i b i l it y F a c t o r a n d C h a r a c t e ri s t i c s o f We t G a s Me t e ri n g[ D ] ． T i a n j i n S c h o o l o f E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g a n d Au t o m a t i o n ， T i a n j i n U n i v e r s i t y ， 2 0 0 7 i n C h i n e s e ． [ 5 ] Ha n Z h o n g h e ，Z h a n g S h u ．e ， T i a n S o n g f e n g ． S t u d y o n a m e o d o f we t n e s s me a s u r e me n t b a s e d o n r e s o n a n t c a v i t y p e r t u r b a t i o n f o r s t e a m t u r b i n e e x h a u s t ． P r o c e e d i n g S o f t h e C S E E， 2 0 0 3 ， 2 3 1 2 1 9 9 2 0 2 ． [ 6 ] Y a n g F a n g ， Ha n Y u s h e n g ． Me t h o d o f d r y n e s s f r a c t i o n m e a s u r e me n t a n d c o n t r o 1 ． F o r e i g n P e t r o l e u m M a c h i n e ry， 1 9 9 4 ， 5 1 6 3 - 6 7 ． [ 7 】 Y e Q i a n g ， C h e n T i n g k u a n ，L u o S h u s h a n ． T h e m e a s u r e me n t o f t w o p h a s e fl o w d r y n e s s b y t h e u s e o f a d u al- t h r o t t l e e l e me n t ．J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g f o r T h e r ma l E n e r g y a n d P o w e r ，2 0 0 1 。 1 6 3 3 2 2 3 2 4 ． 【 8 ]Wa n g D o n g ，L i n Y i ，L i n Z o n u ．M e asu r e m e n t o f fl o w r a t e a n d d ryn e s s o f a v a p o r - l i q u i d t w 0 一 p h a s e fl u i d b y u s i n g a T - j u n c t i o n ． J o u r h al of E n g i n e e ri n g f o r T h e r m a l E n e r g y a n d P o w e r ， 2 0 0 2 ，1 7 4 3 3 6 3 3 8 ． [ 9 ] 夏冬． 核电站汽轮机入口蒸汽湿度在线测量系统设计 【 硕士论 文1 ． 湖南大学， 2 0 0 8 ． [ 1 O 】 陈听宽． 两相流与传热研究[ M】 ． 西安交通大学出版社， 2 0 0 4 ． [ 责任编辑 随风]