1 000 MW锅炉风粉在线监测系统的技术改造

姚秀娟

(华电国际邹县发电厂，山东 邹城 273522)

1 问题的提出

华电国际邹县发电厂(以下简称邹县电厂)#7机组为1 000 MW燃煤汽轮发电机组，锅炉为高效超超临界参数变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π形锅炉。

制粉系统为正压直吹式类型，设有2台50%容量的动叶可调轴流式一次风机用来提供一次热、冷风输送煤粉；采用2台静叶可调吸风机和2台动叶可调送风机；喷燃器共48个，采用油枪与煤粉燃烧器一体的旋流筒体式结构，采用低NOx旋流式HT-NR3型煤粉燃烧器，分3层前、后墙对冲布置；配有6台双进双出、单台电动机驱动的钢球磨煤机。

锅炉燃烧工况的好坏会直接影响电厂运行的安全、节能和环保。由于锅炉设备庞大和煤粉燃烧工况复杂，锅炉燃烧以及与之有关的过程难以控制和测量，因而需要准确测量影响燃烧工况的主要参数并进行有效地燃烧调整，建立起炉内良好的空气动力工况，以达到锅炉最佳运行之目的。

为使四角配风均匀合理，对携带煤粉的一次风有较为严格的要求，必须实现对各一次风喷口风速准确测量。从设计、制造锅炉的角度出发，燃烧系统中燃烧器出口风速是燃烧器设计的主要参数，也是指导运行的重要依据。多年来，运行人员对于锅炉燃烧调整一直停留在依靠观测风道静压、风门开度和肉眼看火这种传统落后的监测手段上，无法直接、准确地监测锅炉一次风的喷口风速，无法有效地监测和调整炉膛内的实际燃烧工况。因此，如何应用先进的燃烧监测手段，实现对锅炉燃烧系统一次风喷口风速实时、准确的测量尤为重要。

同时，煤粉空气质量比也是反映煤粉炉燃烧的重要指标，把煤粉浓度合理地控制在一定范围内，有利于锅炉和发电机组经济性运行，提高燃烧效率，降低发电成本。

在2012年的#7机组小修中，进行了风粉在线系统改造工作，A，B，C，D，E，F 6台磨煤机加装了一次风风速测量装置，每台磨煤机共有8个一次粉管，每个粉管上加装1套一次风风速测量装置，总共加装48套一次风风速测量装置。B磨煤机加装煤粉浓度测量装置，每个粉管上加装1套煤粉浓度测量装置，总共加装8套煤粉浓度测量装置。

2 一次风风速测量装置

2.1 测量原理

一次风风速测量装置基于靠背测量原理，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能。因而迎面管内压力较高，其压力称为全压。背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为静压。测速装置测量全压与静压之差压为动压，动压经换算即可得出介质的流速和流量。全压与静压力信号经传压管引至微差压变送器，微差压变送器输出4～20 mA 模拟信号至分散控制系统(DCS)进行数据处理与数值显示。一次风风速测量原理如图1所示。

图1 一次风风速测量原理图

该装置突破了理论上确定的参数限制，现场技术处理使之能准确、稳定地反映各一次风管的运行状况。采用差压原理直接测量是当今世界上公认的最为可靠和稳定的测量方法之一。一次风风速信号传递如图2所示。

图2 一次风风速信号传递示意图

气体流速计算服从下述计算公式：

(1)

式中：v为气体流速；K为测量装置流量系数；Δp为测量装置输出差压，Pa；ρ为气体密度，kg/m3。

气体密度计算公式：

(2)

式中：t为风粉混合温度，℃；p0为当地大气压力，Pa；ρ0为空气密度，kg/m3。

2.2 一次风风速测量装置结构特点

一次风风速监测装置主要由自清灰防堵塞一次测量元件、微差压变送器、变送器控制柜及现场DCS 等组成。一次风风速监测装置直接装在煤粉混合风管道上进行测量，一次元件的耐磨损及自清防堵功能较强且全截面平均风速测量功能较为准确。

测速装置把风管内的风速转换成差压，通过引压管送至变送器，变送器以4～20 mA模拟量输出，直接进入DCS 进行功能组态并用人机界面显示。

一次风风速测速装置的特点如下：

(1)测量范围广，风速可达60 m/s；

(2)采用柔性自清灰棒，自动清除取压管的沉积煤粉，无须吹扫；

(3)取压探头采用非金属复合材料制成，以防止测量探头磨损而影响测量精度；

(4)一次风风速测速装置的新型结构可防止探头内结露堵塞测压孔；

(5)一次风风速测速装置的材料可以选用不锈钢，并采用表面处理技术以满足不同的使用环境和工艺要求。

3 煤粉空气质量比测量装置

3.1 煤粉空气质量比测量原理

煤粉空气质量比在线监测系统采用直接测量的方法，利用静电荷原理，将特制的传感器探头安装在一次风管风粉混合器后煤粉管道上，测出的信号经分析转换模块处理放大，输出4～20 mA 模拟信号至DCS进行数据处理与数值显示。阴极射线管(CRT)显示器画面直观、真实地反映出一次风管中的煤粉量，动态显示测量参数，迅速反映各粉管煤粉流动情况，及时判断制粉或给粉系统工作状况，实现煤粉量实时在线直接测量。颗粒静电理论认为，管道内气力输送的粉体相互碰撞，在粉体与粉体之间和粉体与管道之间会产生微弱电场，该电场与煤粉的量成一定的函数关系，所产生的感应电流与管内煤粉空气质量比成正比例关系。大量带电煤粉在传感器探头周围运动，传感器就会采集到一定的静电荷。煤粉空气质量比测量装置具有高耐磨损、耐高温的特点，其结构紧凑，安装简单，免维护。煤粉空气质量比测量原理如图3所示。

图3 煤粉空气质量比测量原理图

煤粉空气质量比监测示意图与一次风风速信号传递类似。

煤粉空气质量比计算方法：

(3)

式中：M为一次风管内的煤粉空气质量比，m(煤粉)/m(空气)；t为一次风管内温度，℃；I为传感器测量的电流值，mA；v为一次风管内的风速，m/s；d为一次风管内内径，m。

3.2 煤粉空气质量比测量装置特点

煤粉空气质量比测量装置可对火力发电厂一次风管内的煤粉进行实时在线连续测量。该装置主要由煤粉测量传感器、前置转换模块及现场的DCS组成。

艾佩克斯科技(北京)有限公司生产的MVC系列煤粉空气质量比测量装置实时测量锅炉一次风管路中煤粉运行情况，使运行人员能及时了解各粉管内煤粉的均匀程度、送粉量等过粉情况以及相关的给煤设备、磨煤设备的运行情况。

煤粉空气质量比测量装置有如下特点：

(1)测量方法先进，浓度监测采用静电荷式测量原理，精度高；

(2)反应灵敏，滞后时间短，延时时间在10 s以内；

(3)系统安装简单，现场调试方便，运行免维护，安装简便，维护量低，经久耐用；

(4)传感器采用特种硬质合金制作，无可动部件，防振动，耐高温，耐磨损，可在磨损性很强的煤粉管道中长期使用。

一次测量元件直接对煤粉进行测量，直接反映管内煤粉运动状态，性能稳定，线性好。

4 1 000 MW锅炉风粉在线监测系统调试

4.1 1 000 MW锅炉风粉在线监测系统检查

1 000 MW锅炉风粉在线监测系统(以下简称系统)安装后，首先对整个系统做详细检查，确保各传压管、吹扫管正确安装且连接正确无误，用肥皂水检查各传压管无泄漏，以保证各变送器能够正常工作。

系统就地与DCS控制柜接线工作完毕后，应注意内、外供电问题；完成DCS内测点的组态，应在相应画面中进行显示。在DCS内检查各测点应均有指示。

4.2 冷态标定

测速元件标定试验的目的是确定防堵探针的标定系数，用于计算管道内的风速，该系数将直接影响测量的精度。各探针需要在3个工况下进行标定，取3个工况的平均值作为该探针的标定系数。3个工况的风速应在正常运行时的风速范围内。在标定试验过程中，不得改变各风机出力及各风门的开度，以维持工况稳定，直到试验结束。

标定步骤如下：(1)开启所需风机，待运行工况稳定后，开始试验；(2)用皮托管测量管道内气流平均速度；(3)记录防堵探针的输出差压值；(4)改变风速进行另外2个工况的标定。

在完成所有系统安装及标定试验工作后，应对整个系统进行检查，以确认所有信号准确无误。

4.3 热态调试

在热态下标定各一次风管段的阻力浓度修正系数，对所有信号进行热态检测和系统调试，在完成调试工作后方可投入运行。

5 结论

邹县电厂自2012年对#7锅炉风粉在线系统改造后，该系统运行一直稳定可靠、维护工作量少。风粉在线监测技术的成功应用，提高了锅炉运行的安全性和经济性，减少了污染物的排放量。该技术具有广阔的发展前景。

参考文献：

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