一种基于刮剥法量化煤种结渣性的测试系统及方法与流程

[0001]
本发明属于煤种结渣性测试技术领域，涉及一种基于刮剥法量化煤种结渣性的测试系统及方法。


背景技术：

[0002]
煤种结渣特性作为煤种燃烧的主要特性参数，对于锅炉选型、改造以及安全运行具有至关重要的参考作用。随着国内动力用煤的不断丰富，其结渣特性的准确判断直接影响着机组的安全性及经济性。通过对国内外煤种结渣性相关研究工作进行分析，可将其分为以下三种：
[0003]
1)实际锅炉试烧，由于锅炉机组之间差异性的结构设计，该方法虽结论清晰但受到锅炉运行及其参数的影响，结论不具有广泛代表性；
[0004]
2)试验的方法得到煤种、煤灰等的实验室参数并对其进行归纳拟合得到结渣指标，常用的方法是通过测定煤灰熔融温度、灰成分、灰粘度等数据并对其中一个或几个数据进行拟合得到结渣指标，该方法较第一种方法具有一定的代表意义，可称为简易预测方法；
[0005]
3)通过在试验炉上采用相同或相近条件下进行不同煤种的煤粉燃烧试验，并对其结渣特性进行比较。该方法为结渣性判别中最为直接有效的方法，在实际生产中广泛应用。
[0006]
我国电力标准dlt1105-2009中关于煤种结渣性的判定方法属于推广较广切认可度较高的方法，其关于结渣指数的计算步骤为：
[0007]
1、通过一维火焰炉试烧得到沉积有灰渣层的6只结渣探针依次将其灰渣层的特征状态与其黏结程度判定其渣型状态。
[0008]
2、根据经验主观赋予其不同渣型以量化数值。
[0009]
3、确定出结渣最严重的的渣棒，其结渣赋值为n
max
，对应观测孔的火焰温度为t
max
。
[0010]
4、确定与渣型对应的表征温度。
[0011]
5、按照公式计算结渣指数，并通过评价体系判定将煤种的结渣性用严重、高、中等和低四类型标。
[0012]
其中在步骤3的赋值过程中，结渣源上沉积下的灰渣依照其粘结的紧密程度由强到弱分为熔融、粘熔、强粘聚、粘聚、弱粘聚五个等级并分别赋值0.25、0.5、1、1.75、2。该方法仅能进行分类赋值，无法实现同类型灰渣的差异化判别。
[0013]
此外，人为判断带来的最大误差为100％，不同渣型等级只表示相对程度，较为粗略，不能确定差值梯度以及渣型等级渣型赋值的等价关系。越来越多的动力用煤出现严重结渣的问题，渣型同为熔融，因此判定时渣型赋值也就相同，建议渣型结合物理特性值进行判别。


技术实现要素：

[0014]
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于刮剥法量化煤种结渣性的测试系统及方法，该系统及方法能够实现对煤种结渣性的量化评估。
[0015]
为达到上述目的，本发明所述的基于刮剥法量化煤种结渣性的测试系统包括底座、滑块、渣棒卡槽、螺杆、顶板、支架、刮渣刀具及控制系统；
[0016]
滑块位于底座上，渣棒卡槽固定于滑块上，螺杆的一端与电机的输出轴相连接，螺杆的另一端穿过滑块后与顶板固定连接，其中，顶板固定于底座上，顶板上设置有用于检测滑块位移量的位移传感器，支架固定于底座上，刮渣刀具固定于支架上，且刮渣刀具与渣棒卡槽的上表面相接触；
[0017]
刮渣刀具与支架之间设置有压力传感器，压力传感器、位移传感器及电机分别与控制系统相连接。
[0018]
所述电机为步进电机。
[0019]
支架为伸缩结构。
[0020]
支架为门形支架。
[0021]
刮渣刀具固定于门形支架顶部的下表面上。
[0022]
电机固定于底座上。
[0023]
底座上设置有用于对滑块进行导向及限位的滑槽。
[0024]
一种基于刮剥法量化煤种结渣性的测试方法包括以下步骤：
[0025]
将刮渣刀具与渣棒卡槽的上表面相接触，电机带动螺杆转动，螺杆带动滑块移动，滑块带动渣棒卡槽移动，从而将渣棒卡槽上的灰渣与渣棒卡槽底完全剥离，其中，在剥离过程中，通过压力传感器检测刮渣刀具的作用力，通过位移传感器实时检测刮渣刀具相对于渣棒卡槽之间的位移；
[0026]
控制系统根据刮渣刀具的作用力以及刮渣刀具相对于渣棒卡槽之间的位移评估煤种的结渣性。
[0027]
本发明具有以下有益效果：
[0028]
本发明所述的基于刮剥法量化煤种结渣性的测试系统及方法在具体操作时，通过刮渣刀具与渣棒卡槽的上表面相接触，电机带动螺杆转动，螺杆带动滑块移动，滑块带动渣棒卡槽移动，从而将渣棒卡槽上的灰渣与渣棒卡槽底完全剥离，控制系统根据刮渣刀具的作用力以及刮渣刀具相对于渣棒卡槽之间的位移评估煤种的结渣性，有效避免人为主观性带来的判断影响，对于煤种的安全燃用选用特别是高钠煤掺烧比例的选取具有重要意义，具有测试快捷、准确，准确率高达85％以上的特点，可广泛应用于燃煤电站，特别是燃用新疆高钠煤且需要掺烧的燃煤电站。
附图说明
[0029]
图1为本发明的结构示意图；
[0030]
图2为本发明的工作原理图。
[0031]
其中，1为位移传感器、2为渣棒卡槽、3为刮渣刀具、4为压力传感器、5为步进电机。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0033]
参考图1及图2，本发明所述的基于刮剥法量化煤种结渣性的测试系统包括底座、滑块、渣棒卡槽2、螺杆、顶板、支架、刮渣刀具3及控制系统；滑块位于底座上，渣棒卡槽2固
定于滑块上，螺杆的一端与电机的输出轴相连接，螺杆的另一端穿过滑块后与顶板固定连接，其中，顶板固定于底座上，顶板上设置有用于检测滑块位移量的位移传感器1，支架固定于底座上，刮渣刀具3固定于支架上，且刮渣刀具3与渣棒卡槽2的上表面相接触；刮渣刀具3与支架之间设置有压力传感器4，压力传感器4、位移传感器1及电机分别与控制系统相连接。
[0034]
所述电机为步进电机5；支架为伸缩结构；支架为门形支架；刮渣刀具3固定于门形支架顶部的下表面上；电机固定于底座上；底座上设置有用于对滑块进行导向及限位的滑槽。
[0035]
本发明测量灰渣强度是需满足：
[0036]
渣棒卡槽2的后端区域需要留有空白区域进行道具调节，保持一定摩擦力，因此放置渣棒卡槽2时需保留一部分渣棒避免结渣；
[0037]
需要刮渣刀具3紧贴渣棒卡槽2，保证渣棒卡槽2具有一定的粗糙度及平整度。
[0038]
本发明所述的基于刮剥法量化煤种结渣性的测试方法包括以下步骤：
[0039]
将刮渣刀具3与渣棒卡槽2的上表面相接触，电机带动螺杆转动，螺杆带动滑块移动，滑块带动渣棒卡槽2移动，从而将渣棒卡槽2上的灰渣与渣棒卡槽2底完全剥离，其中，在剥离过程中，通过压力传感器4检测刮渣刀具3的作用力，通过位移传感器1实时检测刮渣刀具3相对于渣棒卡槽2之间的位移；
[0040]
控制系统根据刮渣刀具3的作用力以及刮渣刀具3相对于渣棒卡槽2之间的位移评估煤种的结渣性。
[0041]
通过位移传感器1及压力传感器4对刮剥力具作用力及速度进行实时数据采集，并利用积分运算得到刮剥过程中剥离灰渣做功w，即
[0042][0043]
刮剥刀具的宽度为20mm。
[0044]
设定渣棒卡槽2的速度1cm/s，位移量为15cm，计算结渣指数s
cm
为：
[0045][0046]
渣型赋值n
cm
为：
[0047]
最严重渣型特征值n
cm
＝n
max
+d
[0048]
锅炉常见熔融渣按其形态及严重程度分为玻璃体熔渣和非玻璃体：玻璃体熔渣在高温下(1300℃)渣棒上分布较为规则，呈水滴状具有玻璃光泽。非玻璃体灰渣底部发生熔融，随着灰渣增长，表面附着无玻璃光泽灰渣。为保持与原有标准的一致性，故规定玻璃体渣型强度基础值为n1＝3.0非玻璃体赋值n2＝2.5，黏熔及其他渣型基础值不变。
[0049]
d表示灰渣对于渣棒的附着力大小，从而保证n
cm
的值与灰渣严重程度具有较好的线性吻合度，通过对不同渣型测试发现，刮剥灰渣做功w的取值范围常在0-3.0j，其数值与渣型赋值属于同一数量级(渣型赋值本身与灰渣黏结强度有一定线性关系)，为有效反应强结渣渣型间的区别，并使n
cm
与结渣倾向具有较好的线性吻合度，赋值d＝w。
[0050]
灰渣的表征温度的选取：
[0051]
当灰渣发生熔融时，表示灰渣初始熔融温度，可用熔融渣棒卡槽2对应的最低一级温度t0作为其取值，未存在熔融渣型时，的取值维持原方法不变。
[0052]
发热量修正系数ζ的选取
[0053]
ζ作为煤种理论燃烧温度对于结渣指数的修正，考量到了煤种燃烧特性对于结渣性的影响，炉内燃烧温度高于灰熔点时，灰渣发生熔融、黏性增强。较高的理论温度意味着煤种易结渣温度区间较广，结渣可能性较高，因此结渣指数s
cm
与理论燃烧温度的变化趋势相同，且具有明显正相关线性关系，ζ＝f(t1)。
[0054]
在燃烧学中，煤的理论燃烧温度表示在绝热系统中煤中化学反应物完全燃烧，燃烧产物所能达到的最高温度理论燃烧温度为：
[0055][0056]
其中，t1为燃料的理论燃烧温度，qd为燃料低温发热量，vn为燃烧产物生成量，c为从0℃到t间燃烧产物平均容积比热。
[0057]
由于理论燃烧温度计算复杂，可利用煤中收到基低位发热量q
net,ar
(单位为mj/kg)代替t1，即ζ＝f(q
net,ar
)。为了保证s
cm
值的数量级，取系数ζ为煤中发热量与高钠煤平均发热量的比值，经热工院动力用煤数据库计算的新疆高钠煤平均发热量为q
net,ar
＝21，故ζ＝q
net,ar
/21。