Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года СI ] предусматривается значительный рост качества и повышение эффективности производства. Важнейшей научно-технической задачей является изыскание и скорейшее использование резервов повышения эффективности энергетического оборудования.
В ряде отраслей техники (тепловая и атомная энергетика, порошковая металлургия, доменное производство, цементная, легкая и пищевая промышленности) широко используются двухкомпонентные пы-левоздушные потоки. Особое место занимает тепловая энергетика, так как на тепловых электрических станциях страны (ТЗС) сжигается ежегодно около 40% всего пылевидного топлива С 2]. Поскольку в перспективе предусматривается увеличение доли твердого топлива в выработке Электроэнергии [ 3], экономия его в энергетике является задачей первостепенной, решение которой должно осуществляться на всех уровнях технической мысли, начиная с рационализаторских предложений и кончая глубокими научными исследованиями.
Экономичная работа котлоагрегатов ТЭС во многом определяется режимами их эксплуатации. Развитие энергетики в сторону увеличения единичных мощностей предъявляет все более жесткие требования к ведению режимов работы энергоблоков [ 4 ]. В связи с этим, проблема всережимной системы автоматического регулирования блоков (АСР), работающих на пылевидном топливе, становится все острее. Наиболее рациональным решение данного вопроса является АСР горения «топливо-воздух», подобно котлоагрегатам, работающим на природном газе. Однако для такой системы необходим сигнал по расходу или концентрации пылевидного топлива. Кроме того, контроль мгновенного расхода топлива, подаваемого на горелки, позво.
— eлит с помощью электронно-вычислительных машин, без которых управление мощными энергоблоками невозможно, цроизводить расчет технико-экономических показателей для оперативного ведения режима по прямому балансу.
Наблюдающееся в последние годы ухудшение качества топлива, Р сжигаемого на электростанциях УССР (ин — с 25,14 ЩЦж/кг до 16,75 Щж/кг, влажности — с 7% до 17%, зольности — с 17% до 35%) затрудняет эксплуатацию котлоагрегатов на проектной производительности с использованием традиционного пневмотранспорта, так как требуется увеличение подачи топлива на горелки котла при ограниченном расходе транспортирующего воздуха. При больших скоростях аэросмеси (W = 25 * 40 м/с) наблюдается интенсивный износ пылепроводов, транспорт топлива неэкономичен, так как концентрация пыли мала (ja =0,24−1,0 кг/кг), а затраты энергии велики. Громоздкая компоновка пылепроводов диаметром 400 * 800 мм неудобна при ремонтах.
В настоящее время на ряде электростанций внедряются системы подачи топлива с высокой концентрацией пыли (ППВК) по пылепрово-дам диаметром 76 и 89 мм, которые дают значительный экономический эффект за счет уменьшения расхода металла, снижения абразивного износа пылепроводов, сокращения затрат на ремонт, улучшения культуры эксплуатации пылеутольных блоков [5 4−9] .В этих системах обычно используются аэрационные пылепитатели [ 10], работа которых, как показал опыт эксплуатации, неустойчива без средств управления и контроля расхода пылевидного топлива. Кроме того, скорость транспортирования в системах ППВК составляет ~ 7 + 14 м/с, поэтому надежный пневмотранспорт, исключающий «завалы», требует наиболее четкого контроля расхода пыли и поздуха на аэрацию и транспорт.
Стабилизация подачи угольной пыли во времени и по горелкам котлоагрегата [ XI—13 D обеспечивает необходимую полноту сгорания топлива, дает значительную экономию и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
Сигнал по расходу топлива должен отвечать требованиям, которые цредъявляются к процессу горения [14].
1. Динамические характеристики процесса горения таковы, что запаздывание сигнала при внутреннем возмущении должно быть не более 10 секунд, а постоянная времени 20*40 секунд.
2. Однозначность зависимости между входной и выходной величинами.
3. Стабильность характеристик в широком диапазоне изменения параметров объекта и во времени, погрешность измерения в процессе эксплуатации не должна превышать 6%,.
4. Высокая надежность — безотказная работа преобразователя в течение I года.
5. Автоматизация процесса измерения и регистрации результатов.
6. Простота и технологичность конструкции, монтажа, эксплуатации.
Несмотря на многообразие известных методов измерения, в настоящее время нет достаточно надежного и точного пылерасходомера, на основе которого можно было бы решить хотя бы одну из вышеперечисленных задач [15 * 22].
В связи с этим возникла необходимость проведения специальных исследований методов измерения расхода пылевидного топлива на стендах, моделирующих процессы пневмотранспорта реальных пы-лепроводов ТЭС.
Опыт эксплуатации систем ППВК с контролем расхода твердого топлива при помощи сопел, труб Вентури, лотковых пылемеров показал, что они могут быть лишь индикаторами, так как их характеристики зависят от режимных факторов. Кроме того, сужающие устройства имеют невосстанавливаемые потери давления и нарушают гидродинамику потока, являясь наиболее вероятным местом «завала». Установка большого количества радиоизотопных пылемеров на все пыле-проводы небезопасна в обслуживании. Обзор и анализ методов измерения концентрации и расхода пылевидного топлива в энергетике является емкостной метод измерения.
Таким образом, основной задачей данной работы является да-тальное изучение возможностей емкостного метода применительно к системам подачи угольной пыли с высокой концентрацией на горелки котлоагрегатов. Измерительные схемы приборов для определения емкости конденсаторов достаточно чувствительны и надежны в эксплуатации. Основная погрешность и трудности ее устранения заключены в самом потоке, в его параметрах, что требует изучения их влияния на характеристики преобразователя и определения условий, которые обеспечивают его стабильную и надежную работу на пыле-цроводах. Для решения поставленной задачи необходимо:
1. Исследовать гидродинамику двухкомпонентного потока и ее влияние на показания цреобразователей различных типовоценить влияние величины участка гидродинамической стабилизации потока аэросмеси на показания концентратомераопределить связи между распределением поля концентраций частиц и неравномерностью напряженности электрического поля в сечении преобразователя с расчетной формулой;
2. Определить расходные характеристики цреобразователей различного типа (зависимость емкости от концентрации и расхода твердой фазы в потоке) — выбрать конструктивные характеристики преобразователя, который бы меньше всего реагировал на неравномерность поля концентраций дисперсного материала в сечении трубопроводов;
3. Изучить влияние температуры потока и окружающей среды на изменение начальной емкости преобразователя, оценить зависимости выходного сигнала от физико-химического, гранулометрического состава и влажности угольной пыли;
4. Исследовать корреляционный метод измерения расхода дисперсных материалов с емкостными преобразователями.
На защиту выносятся:
X. Методика и результаты экспериментального исследования трех типов емкостных цреобразователей расхода и концентрации высококонцентрированных потоков на экспериментальных стендах, моделирующих ППВК котлоагрегатов ТЭС.
2. Методика расчета расходных характеристик цреобразователей с учетом всех влияющих факторов, присущих пневмотранспорту с высокой концентрацией угольной пыли в транспортирующем воздухе.
3. Результаты исследований режимов работы аэрационных пыле-питателей и гидродинамики высококонцентрированных потоков угольной пыли.
4. Результаты промышленных испытаний системы стабилизации подачи пылевидного топлива на горелки котлоагрегатов с помощью емкостных пылемеров.
Выводы :
1. Разработаны рекомендации по ведению воздушного режима аэрационного пылепитателя и пневмотранспорта угольной пыли, уровня ее в бункере, позволяющие оптимизировать уровень пульсаций пылеподачи и рассчитывать воздушный режим АПП.
2. Получена аналитическая зависимость коэффициента сопротивления для расчета пылепроводов ППВК полидисперсного пыле-воздушного потока, хорошо согласующаяся с известными экспериментальными данными, на основании которого выбрана скорость транспортирования, обеспечивающая минимум, энергетических затрат и уровня пульсаций расхода топлива.
3. Исследованы три типа пылерасходомеров с сужающими устройствами: «коническое» сопло, нормализованная диафрагма и сопло «четверть круга» в условиях высококонцентрированной пылеподачи. Показано, что емкостной метод измерения расхода и концентрации пылевидного топлива имеет ряд преимуществ по сравнению с дроссельными пылемерами и может быть с успехом использован для контроля и стабилизации подачи угольной пыли по горелкам и во времени на котлоагрегатах ТЭС.
4. Исследованы четыре типа емкостных преобразователей на экспериментальном стенде, моделирующем реальные пылепроводы систем высококонцентрированной пылеподачи, получены аналитические зависимости измерения концентрации и расхода угольной пыли.
5. Характеристика емкостного пылемера линейна в диапазоне концентраций М ^ 40 кг/м3 (0,025). Для измерения потоков с б. Разработанная методика расчета преобразователей и их концентрацией (4.21).
40 кг/м3 необходимо применять уравнение характеристик позволяет исключить необходимость тарировки каждого замера на экспериментальном стенде.
Разработан и проверен в лабораторных и промышленных условиях оригинальный емкостной пылемер с самокомпенсацией температурной нестабильности его начальной емкости.
8. Установлено, что:
— диэлектрическая проницаемость угольной пыли промышленного помола с R90 = 7 * 28% и VI? = 0,36−5-0,84 является величиной достаточно стабильной в условиях одной системы пылеприго-товления;
— изменение емкости необходимо проводить на стабильной частоте, так как с ее изменением возникает вероятность увеличения погрешности пылемера;
— оптимальным местом установки преобразователя в системах пылеподачи котлоагрегатов является вертикальный участок пылепровода сразу под течкой пылепитателя, для измерения концентрации или расхода угольной пыли на горизонтальном участке не рекомендуется устанавливать преобразователь ближе 10D от местного сопротивления.
9. Промышленные испытания емкостных пылемеров показали наличие корреляции между неравномерностью пылеподачи и потерями от механического недожога, возможность оперативного вмешательства. в процесс горения.