Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Высококонцентрированная подача угольной пыли на горежи котлоагрегатов ТЭС 12
1.1. Особенности пылеподачи с высокой концентрацией на энергетических котлоагрегатах 12
I.I.I. Выводы 1?
1.2. Обзор и анализ методов измерения расхода и кон центрации угольной пыли в системах ППВК 20
1.2.1. Гидродинамический метод 22
1.2.2. Лотковые пылемеры 24
1.2.3. Емкостной метод 2?
1.2.4. Выводы 21
Глава 2. Методика экспериментального исследования 2?
2.1. Экспериментальные стенды 29
2.2. Наладка экспериментального стенда 56
2.3. Анализ погрешности измерения ?8
2.4. Методика проведения эксперименте. 44
Глава 3. Стабилизация подачи топлива во времени на горелки котлоагрегатов ТЭС 46
3.1. Исследование влияния уровня пыли в бункере на работу дозатора и оптимизация его воздушного режима 41
3.2. Пульсационные режимы аэросмеси и влияния на. них гидродинамики пылепроводов ??
3.3. Выводы о'
Глава 4. Теоретические основы емкостного метода измерения концентрации и расхода дисперсных материалов 61
4.1. Анализ уравнений смешения '
4.2. Вывод уравнений измерения емкостного концентрато-мера 70
4.3. Выбор типов преобразователей 75
4.4. Расчет начальной емкости преобразователей 7?
4.5. Вывод уравнений измерения расхода дисперсных материалов SO
4.5.1. Корреляционный метод измерения расхода двухком- понентных потоков 8Z
4.6. Выводы 8?
Глава 5. Результаты экспериментального исследования пылерасходомеров различного типа 8?
5.1. Выбор конструктивных характеристик емкостных преобразователей 8о
5.2. Диэлектрическая проницаемость пылевидного топлива, сжигаемого на тепловых электростанциях УССР 90
5.3. Анализ результатов тарировки емкостных преобразователей 9?
5.4. Исследование влияния гранулометрического состава угольной пыли на показания емкостных пылемеров 104
5.5. Влияние температуры потока и окружающей среды на начальную емкость преобразователя 108
5.6. Влияние гидродинамики двухкомпонентного потока на показания концентратомера 112
5.7. Методика расчета емкостных преобразователей и их характеристик , И?
5.8. Результаты исследований сужающих устройств в качестве пылерасходомеров 120
5.9. Результаты промышленных испытаний системы стабилизации расхода угольной пыли на горелки котла с помощью емкостных пылемеров 127
5.10. Выводы ]У?
Список литературы
- Особенности пылеподачи с высокой концентрацией на энергетических котлоагрегатах
- Экспериментальные стенды
- Исследование влияния уровня пыли в бункере на работу дозатора и оптимизация его воздушного режима
- Вывод уравнений измерения емкостного концентрато-мера
Введение к работе
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- лит с помощью электронно-вычислительных машин, без которых управление мощными энергоблоками невозможно, производить расчет технико-экономических показателей для оперативного ведения режима по прямому балансу.
Наблюдающееся в последние годы ухудшение качества топлива, 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 4- 40 м/с) наблюдается интенсивный износ пылепроводов, транспорт топлива неэкономичен, так как концентрация пыли мала ( м =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 [ II—13] обеспечивает необходимую полноту сгорания топлива, дает значительную экономию и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
Сигнал по расходу топлива должен отвечать требованиям, которые предъявляются к процессу горения [14].
Динамические характеристики процесса горения таковы, что запаздывание сигнала при внутреннем возмущении должно быть не более 10 секунд, а постоянная времени 20*40 секунд.
Однозначность зависимости между входной и выходной величинами.
Стабильность характеристик в широком диапазоне изменения параметров объекта и во времени, погрешность измерения в процессе эксплуатации не должна превышать 6%,
Высокая надежность - безотказная работа преобразователя в течение I года.
Автоматизация процесса измерения и регистрации результатов.
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 гидроди- намику 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-проводах. Для решения поставленной задачи необходимо:
Исследовать гидродинамику двухкомпонентного потока и ее влияние на показания преобразователей различных типов; оценить влияние величины участка гидродинамической стабилизации потока аэросмеси на показания концентратомера; определить связи между распределением поля концентраций частиц и неравномерностью напряженности электрического поля в сечении преобразователя с расчетной формулой;
Определить расходные характеристики преобразователей 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;
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:
Методика и результаты экспериментального исследования трех типов емкостных преобразователей расхода и концентрации высококонцентрированных потоков на экспериментальных стендах, моделирующих ППВК котлоагрегатов ТЭС.
Методика расчета расходных характеристик преобразователей с учетом всех влияющих факторов, присущих пневмотранспорту с высокой концентрацией угольной пыли в транспортирующем воздухе.
Результаты исследований режимов работы аэрационных пыле-питателей и гидродинамики высококонцентрированных потоков угольной пыли.
Результаты промышленных испытаний системы стабилизации подачи пылевидного топлива на горелки котлоагрегатов с помощью емкостных пылемеров.
Особенности пылеподачи с высокой концентрацией на энергетических котлоагрегатах
Пневмотранспорт сыпучих материалов нашел широкое применение еще в прошлом столетии. Однако теоретическое описание его началось сравнительно недавно. Двухкомпонентньїе сквозные потоки подразделяются на моно- и полидисперсные системы, которые характеризуются многими факторами: соотношением транспортирующего агента с дисперсным компонентом, взаимодействием частиц между собой и со стенками материалопровода, гравитационными и электростатическими силами. Основные типы проточных дисперсных систем [23] имеют следующие ориентировочные пределы по концентрации: - потоки газовзвеси М п 45 кг/кг ( М 0,03 м3/м3); - флюидные потоки м = 45-1000 кг/кг (М = 0,03-0,3 м3/м3); - потоки в плотной фазе Мм 1000 кг/кг ( № 0,3 м3/м3).
В настоящей работе исследуются потоки газовзвеси и флюидные потоки в диапазоне Мм = 0-250 кг/кг ( М =0,1 м3/м3). Большинство отечественный и зарубежных исследований 24-33 посвящено изучению именно таких потоков. При этом необходимо отметить, что в основном они относятся к химической и пищевой промышленности и более подробно вертикально-восходящему высококонцентрированному транспорту материалов, отличных по своим физическим свойствам от угольной пыли. Перенести эти довольно обширные результаты в энергетику не представляется возможным.
В настоящее время в энергетике исследуется и внедряется пы-леподача с высокой концентрацией (ППВК) топлива в транспортирующем воздухе. Система пылеотдачи котлоагрегата должна обеспечивать: - надежное и равномерное во времени и по горелкам дозирование топлива в широком диапазоне изменения нагрузки; - непрерывный и безпульсационный транспорт угольной пыли по пылепроводам различной длины и конфигурации; - требуемую температуру и скорость ввода аэросмеси в топочное устройство для наиболее интенсивного смешения с воздухом и полного сгорания.
В энергетике известны три разновидности систем пылеподачи с высокой концентрацией [34-42]. 1. Под давлением с использованием лопастных пылепитателей, специальных смесителей. 2. Под давлением с лопастными пылепитателями и паровоздушным эжектором. 3. Под давлением с аэрационными питателями (АПП). ППВК характеризуется следующими параметрами: - концентрация угольной пыли М = 40-70 кг/м3; - скорость потока W = 7-14 м/с; - температура t = 40-90С; - давление Р = 30-50 кПа; - разрежение Н = 1,5-15 кПа. Аэрационные пылепитатели [ 42, 43J, могут организовывать поток с концентрацией 200-250 кг/м3.
Старобешевская, Славянская, Бурштынская, Новочеркасская, Томь-Усинская ГРЭС уже перевели некоторые котлоагрегаты на ППВК.
На Ворошиловградской ГРЭС на котле ТП-7 с прямоточными горелками применена пылеподача под давлением по пыдлпроводам диаметром 76 х 4,5 с использованием УЛПП и специального смесителя ВТИ. Система работает ненадёжно, так как наличие пульсаций и частое забивание пылепроводов требует увеличения расхода воздуха и скорости транспортирования до 20 м/с, что приводит к падению давления воздуха в коллекторе до 20 кПа, к быстрому абразивному износу пылепроводов.
На Томь-Усинской ГРЭС внедрена системы ІШВК на двух котлоагрегатах ПК-40, которые работают на пылевидном топливе, представляющем смесь окисленных газовых и длиннопламенных углей Хакасского месторождения ( QH = 4660 ккал/кг; Wp = 14%,
Ар = 20%, \Г = 40%, R = 35%). ТУ ГРЭС отказалась от схемы, идентичной Ворошиловградской ГРЭС, из-за подпора пылепитателей (снижения их производительности) и сильных пульсаций в пылепроводах. Использование петли с подъемом аэросмеси уменьшило пульсации, но увеличило сопротивление трассы. Для улучшения работы пылепитателей увеличило сопротивление трассы. Для улучшения работы пылепитателей и бункера пыли под течкой пылепитателя установлен стабилизатор [44] (рис .1.1, а) - вертикальная труба диаметром 89 х 4,5 мм длиной 4 м. На выходе стабилизатора установлен смеситель пыли с воздухом, содержащий сужающееся сопло. Трасса пылепроводов диаметром 76 х 4,5 мм выполнена без поворотов, за исключением колена перед горелкой. Боковое расположение прямоточных горелок позволило несколько выравнять сопротивление пылепроводов за счет "переброски" ближних к топке питателей на длинные пылепроводы и наоборот, дальних - на короткие. На БЩУ энергоблока установлен индикатор равномерности подачи пыли по статическому давлению в пылепроводе. Опыт эксплуатации пылеподачи под давлением с использованием УШШ на Томь-Усинской ГРЭС является положительным, а установка стабилизатора позволяет увеличить производительность УЛІШ, полностью срабатывать пыль из бункера, уменьшить влияние работы промбункера на дозирование топлива, что несомненно заслуживает распространения в первую очередь на станциях, сжигающих высокореакционные угли.
Экспериментальные стенды
Исследования проводились на лабораторном и полупромышленном экспериментальных стендах. Экспериментальный стенд полупромышленного типа (рис. 2.1), моделирующий пылепроводы с высокой концентрацией дисперсного материала, представляет собой установку, замкнутую по пыли и разомкнутую по воздуху, предназначенную для тарировки пылерасходомеров. Состоит из системы трубоцроводов, бункер-но-осадительного и контрольно-дозирующего узлов, паровоздушного эжектора, щита управления и шумопоглощающего устройства. Смонтирован на Киевской объединенной ТЭЦ ПЭО "Киевэнерго"[97].
Система трубопроводов включает в себя три измерительных участка, один из которых служит для измерения расхода чистого воздуха, два других (горизонтальный и вертикальный) - для установки пылерасходомеров, а также трубопроводы перегретого пара и сжатого воздуха.
Бункерно-осадительный узел состоит из осадительного бункера, двух циклонов ЦН-І5У, пневматического затвора и служит для инерционной очистки запыленного воздуха от пыли, кратковременного хранения ее и пересыпки.
В контрольно-дозирующий узел входят бункер-дозатор, пылепи-татель и весоизмерительное устройство. С его помощью осуществляется дозированная подача пыли в пылепровод, контроль расхода и длительное хранение пылевидного материала.
Паровоздушный эжектор создает перепад давления, необходимый для транспортирования пылевидного топлива.
Работа установки носит цикличный характер. Воздух из коробов воздухоподогревателей котлов К-б, 7 КТЦ-3 КОТЭЦ протягивает ся по трубопроводу I паровоздушным эжектором 8. Пыль из бункера-дозатора 2 пьтлепитателей 3 подается в смеситель 4. Пройдя по пы-лепроводу, запыленный воздух подвергается двухступенчатой очистке в циклонах 5. Пыль оседает в бункере б и пылесборнике II ступени очистки 7. Очищенный воздух через паровоздушный эжектор и шумопоглащающее устройство 9 сбрасывает в атмосферу. Для того, чтобы начать следующий цикл, необходимо открыть пневматический затвор II и задвижку пылесборника 12 и пересыпать пыль в бункер-дозатор. Дозирование пыли может осуществляться пылепитателями 10 двух типов: лопастньми УЛПП-І с максимальной производительностью 3000 кг/час и аэрационным - 6000 кг/час. Контроль дозирования производится тензометрическим весоизмерительным устройством 13 типа ЭТВУ-ЗБ-3(2)-0,5. Давление воздуха в камере аэропитателя, кПа Р = 25 40 Температура воздуха, подаваемого на аэрационный пылепитатель, С Т = 50 -5- 70
Фланцевые соединения участков пылепровода позволяют составить любой по длине контур как с вертикальным восходящим, так и с горизонтальными участками. Кроме того они дают возможность установки датчиков на различном расстоянии от местного сопротивления.
Измерительная схема, показанная на рис. 2.2, обеспечивает контроль всех необходимых параметров для проведения эксперимента и включает в себя: измерение расхода воздуха, расхода сыпучего материала, температуры и давления потока.
Измерение расхода воздуха проводилось с помощью сужающего устройства дисковой бескамерной диафрагмы с различным модулем т = 0,2; 0,3; 0,4 в зависимости от числа Рейнольдса. Диафрагма была установлена на квазистабилизированном участке на чистом воздухе, прямолинейный участок до нее и после удовлетворяет правилам установки диафрагм [98].
Использование аэрационного пылепитателя потребовало измерения малых расходов воздуха. Для этого был изготовлен и протари-рован специальный измерительный участок с диафрагмой с двойным скосом.
Расход угольной пыли определяется весовым методом с помощью тензометрического весоизмерительного устройства типа ЭТВУ-ЗБ--3(2)-0,5 Киевского опытного завода порционных автоматов им.Ф.Э. Дзержинского. Наибольший предел измерения "нетто" - 2000 кг. Устройство укомплектовано тремя силизмерительными датчиками типа ДСТБ-С-0І6 и вторичным самопишущим и показывающим прибором типа КС-4. Устройство прошло поверку Государственного комитета мер и весов, о чем свидетельствуют соответствующие акты. Тарировка проводилась образцовыми гирями от 0 до 2000 кг и показала, что весы удовлетворяют паспортным данным.
Температура потока контролировалась хромель-копелевыми малоинерционными термопарами, защищенными от истирация стальными гильзами диаметром 2,5 мм, на расстоянии 7D от отбора давления, что удовлетворяет условиям установки термоприемников L97]. Королек термопары защищен от попадания в него частиц, но омывается воздухом. Термопары протарированы в масляном термостате до 200С.
Отклонения ТЭДС термопар от показаний ртутного термометра измерялась потенциометром ПП-63 класса точности 0,05 и состалвяют: 50С - +0,11 мв, Ю0С - +0,08 мв, 150С - +0,05 мв, 200С -- + 0,05 мв, что удовлетворяет ГОСТу 6616-61.
На стенде ТЭДС термопар измерялись автоматическим потенциометром типа ПС-І класса точности 0,5 с пределом измерения 0+150С.
Измерение статического давления и перепада производилось через отверстия диаметром 3 мм, с целью уменьшения пульсаций. Кроме того, в отборах были сделаны камеры, демпфирующие пульсации. На режимах, близких по скорости к критическим, пульсации настолько возрастали, что снять показания было практически невозможно. При этом импульсные линии забрасывались пылью, приходилось часто продувать их, что привело к необходимости установки войлочных фильтров. Это устранило пульсации, хотя инерционность измерений увеличилась.
Исследование влияния уровня пыли в бункере на работу дозатора и оптимизация его воздушного режима
Относительная погрешность поправочного множителя на расширение измеряемой среды (3 не учитывается, так как от принимается по таблицам.
Относительная погрешность определения плотности, исходя из уравнения (3.14), будет равна: Єу 6т2 + 5р2+6к2 +6 б - не учитывается, так как 00 - табличное значение плот ности при нормальных условиях; (О - погрешность измерения температуры.
Абсолютные погрешности S»t хромель-копелевых термопар сос тавляют: 50С (3,35 мв) - + 0,11 мв Ю0С (6,95 мв) - + 0,08 мв 150С (10,69 мв)- + 0,05 мв Измерение ТЭДС осуществлялось потенциометром ПС-І класса точности 0,5 с ценой деления 2С. Абсолютная погрешность при этом равна + 1С. Относительная максимальная погрешность, вычисленная по формуле: 6T= J-IOO +Y"1OO+K, (2Л4) составит: 50 С - + 5,5% Ю0С - + 2,556 150С -+ 1,6456 о - погрешность измерения давления.
Цена деления U -образного дифференциального жидкостного манометра I мм в.ст. Ири снятии показаний производится два отсчета, поэтому абсолютная погрешность будет 0,7 глм вод.ст. Относительная погрешность при: 100 мм вод.ст. - 0,7% 500 мм вод.ст. - 0,14%. Абсолютная погрешность измерения барометрического давления, измеряемого мембранным манометром типа ВД-49-2 составляет 0,5 мм ртутного столба. Относительная погрешность бъ = 0,065%, отсюда
6 = l/(0.065)2+ (01)г =0,7% Р бк - зависит от метода определения коэффициента сжимаемости. Для воздуха 2 к = 0,35%. Подставив получим: 6 /(0,7)2+( ,64)г+(0, 2-1,81%
Таким образом, средняя квадратичная относительная погрешность определения расхода воздуха равна: (0,42)M0,7)4(1.8lf = 1?Ъ% а средняя квадратичная относительная погрешность расходной концентрации будет: Если прибавить к этой погрешности погрешность измерения емкости преобразователя: Мы получим максимальную погрешность эксперимента: Необходимое минимальное число опытов для измерения концентрации емкостным методом определяем по формуле [100] П=6у/$р . (2.16) Считаем погрешность единичного измерения (о равной максимальной погрешности экспериментального стенда +2,5%. Задаемся ошибкой среднего арифметического значения м равной 2,5% и вероятностью получения достоверного результата 0,95. Стандарт среднего арифметического значения М равен $ = = 1,25%, то есть:
Опыты по стабилизации уровня пульсаций расхода топлива проводились на реальном котле ТПЇЇ-2І0А Трипольской ГРЭС ПЭО "Киевэнерго" с промышленными пылепитателями и пылепроводами. Измерительная схема позволяла определять расход топлива тремя способами (емкостным, дроссельным, весовым), расход воздуха на аэрацию и транспорт, температуру потока, статические давления по длине пылепроводов различного диаметра, уровень и температуру пыли в бункере, статические давления в камере АПП и за пылепитателем.
Погрешность определения коэффициента Гастерштадта равна: зв где Q и (э практически одинаковы и при измеряе MOM перепаде — 10 мм в.ст.равны 7%.
Методика эксперимента заключается в выработке порядка и условий, которые обеспечили бы представительность результатов.
Для подготовки стенда к опыту нужно закрыть задвижку на пылесборнике II ступени очистки, уплотнить бункер-дозатор, подать сжатый воздух в пневмозатвор и напряжение на приборы, перегретый пар на эжектор, вывести его на рабочий режим, то есть установить давление пара соответствующее требуемому расходу воздуха.
Прогрев стенда продолжается порядка 30 минут, за это время температура воздуха на выходе становится постоянной. Запись показаний приборов на чистом воздухе производится до и после опыта, с целью проверки нормальной работы стенда по время эксперимента.
Воздух от компрессора подается в камеру аэрационного пы-лепитателя, открывается регулирующий клапан. По перепаду на диафрагме определяется момент равномерной выдачи пыли. После того, как температура аэросмеси устанавливается, производится трехкратная запись показаний приборов. Увеличение расхода воздуха до значения его на чистом воздухе говорит о том, что бункер-дозатор полностью разгрузился, а опыт прошел нормально.
Заканчивается опыт остановкой паровоздушного эжектора и пересыпкой угольной пыли из осадительного бункера в бункер-дозатор.
В процессе исследований, как пульсационных режимов подачи топлива во времени, так и емкостного метода измерения расхода пылевидного топлива вариируем двумя основньми параметрами: скоростью потока W и концентрацией угольной пыли м , поэтому для проведения опытов выбираем классический план.
Статическая обработка результатов экспериментального исследования проводилась на ЭВМ по известным в литературе программам.
1. Экспериментальные стенды, использованные в данной работе, практически идентичны системам подачи пыли с высокой концентрацией.
2. Основные исследуемые параметры дисперсного потока максимально приближены к реальным условиям пневмотранспорта угольной пыли на горелки котлов.
3. Результаты исследований, полученные на описанных экспериментальных стендах можно с успехом переносить на реальное оборудование.
Вывод уравнений измерения емкостного концентрато-мера
Таким образом выведены четьгре уравнения измерения концентрации, анализ которых позволяет сделать следующие выводы: 1. Полученные уравнения существенно отличаются друг от друга. 2. Зависимость приращения емкости преобразователя от концентрации дисперсного материала линейна в диапазоне объемных концентраций М = 0-0,025 м3/м3. 3. Для измерения высококонцентрированных потоков в уравнениях измерения (4.19, 4.20, 4.21) необходимо брать дополнительно второй и третий члены степенного ряда. 4. Выбор уравнения измерения концентрации, удовлетворяющего условиям ППВК можно сделать только путем экспериментального исследования.
Для измерения концентрации и расхода дисперсных материалов применяются следующие основные типы емкостных преобразователей (рис. 4.1): 1. Плоско-параллельный. 2. Кольцевой. 3. Полуцилиндрический. 4. Винтовой. 5. Полиэлектродный. 6. Коаксиальный. 7. Моноэлектродный.
Выбор типа преобразователя должен осуществляться с учетом: - степени равномерности напряженности электрического поля в сечении преобразователя; - степени воздействия преобразователя на пылевоздушный поток; - сложности расчета, надежности и технологичности преобразователя.
Плоско-параллельный конденсатор с достаточно малым отношением iS/cl имеет практически равномерное электрическое поле, прост в расчете, изготовлении, но не технологичен. Подавляющее большинство пылепроводов имеет цилиндрическую форму, поэтому для плоско-параллельного преобразователя необходимы специальные узлы встройки-переходники с круглого сечения на прямоугольное, которые являются причиной невосстанавливаемых потерь давления и наиболее вероятным местом завала пылепровода. Возможна установка пластин внутри цилиндрического пылепровода, но непосредственное соприкосновение частиц с пластинами вносит существенную погрешность в измерения за счет переноса заряда. Невосста навливаемые потери давления при этом уменьшаются незначительно, возможность завала не исключается.
Конденсатор из коаксиальных цилиндров также имеет почти однородное электрическое поле в сечении, достаточно прост в расчете, но ему присущи те же недостатки, что и плоско-параллельному. Кроме того, он сложнее в изготовлении. Преобразователи, у которых внутренний цилиндр заменен проволокой, натянутой по оси пылепровода, не надежны в работе и теряют главное преимущество - однородность электрического поля.
Моноэлектродные преобразователи очень сложны в расчете, не надежны в работе, так как один из электродов является заземленным и наличие сильных электромагнитных полей или просто сварочных работ вносит помехи в измерения. Неравномерность напряженности электрического поля велика, то есть показания моноэлектродного преобразователя существенно зависят от гидродинамики потока.
Полиэлектродные емкостные преобразователи имеют более равномерное электрическое поле в его объеме, но очень сложны в расчете, обладают большой емкостью и малой чувствительностью вследствие замкнутости поля с внешней стороны диэлектрической вставки.
Полуцилиндрические, кольцевые и винтовые преобразователи могут быть выполнены почти с равномерным электрическим полем, технологичны, поддаются расчету, не возмущают пылевоздушный поток, поэтому именно они были выбраны для экспериментального исследования в данной работе.
Расчет начальной емкости преобразователей Вывод уравнений измерения концентрации и расхода проведен для плоско-параллельного преобразователя, начальную емкость которого легко определить по формуле (4.12). Преобразователь такого типа не удовлетворяет условиям пневмотранспорта, поэтому необходимо вывести формулу для расчета начальной емкости выбранных преобразователей: полуцилиндрического, винтового и кольцевого.
Емкость любого преобразователя с диэлектрической вставкой может быть представлена схемой замещения (рис. 4.2,а). Без учета активных потерь измеряемая прибором емкость равна: Г= С С9- +с (4.22) где С0 _ эффективная емкость, изменяющаяся в зависимости от концентрации частиц в потоке; (-9. - емкость, образованная диэлектрической трубой; С - паразитная емкость. В приращении емкости преобразователя от наличия частиц в его объеме участвует только эффективная емкость v_0 . Измеренная прибором емкость не загруженного преобразователя, введенная в уравнение измерения концентрации, приводит к ошибке в расчете коэффициента линии регрессии, так как паразитная емкость составляет до 30% от С0 .В данной работе предлагается вывод формулы для эффективной емкости преобразователей, участвующей в формировании полезного сигнала.
