一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)在直吹式鍋爐上的應(yīng)用

本文介紹了目前得到廣泛應(yīng)用的大容量直吹式鍋爐機組制粉系統(tǒng)的特性，分析了直吹式鍋爐應(yīng)用一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的重要性。實踐證明，一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)在直吹式鍋爐燃燒運行控制過程中對于提高自動控制調(diào)節(jié)水平和提高鍋爐燃燒效率具有很強的必要性。
[關(guān)鍵詞] 直吹式制粉系統(tǒng)?? 燃燒優(yōu)化? 負(fù)荷調(diào)節(jié)　一次風(fēng)在線監(jiān)測

1 概述
????直吹式制粉系統(tǒng)和傳統(tǒng)的中間倉儲式制粉系統(tǒng)相比，系統(tǒng)簡單，沒有細(xì)粉分離器、粉倉、可調(diào)給粉機等設(shè)備；且在貧煤燃燒的著火、穩(wěn)燃、燃盡方面具有明顯的優(yōu)勢。在新近一輪的火力發(fā)電廠大規(guī)模電源點建設(shè)中使用貧煤的鍋爐上，大量配用磨煤機直吹式系統(tǒng)。
????為提高自動調(diào)節(jié)水平、負(fù)荷響應(yīng)速度和燃燒效率，以及燃燒燃盡度和避免局部結(jié)渣，直吹式鍋爐對于制粉系統(tǒng)所供煤粉濃度、細(xì)度的均勻性、風(fēng)粉分配、煤粉細(xì)度、風(fēng)煤比、各風(fēng)管參數(shù)均勻性可調(diào)性等都提出了更高的要求。
????本文闡述了對于直吹式鍋爐的各風(fēng)管一次風(fēng)風(fēng)量風(fēng)速風(fēng)量進行監(jiān)測的重要性與必要性，同時介紹了一種適用于較高濃度的氣固兩相流測量的一次風(fēng)風(fēng)速風(fēng)量的解決方案以及在實踐中取得的成功應(yīng)用情況。

2 直吹式鍋爐對一次風(fēng)在線監(jiān)測的需求
2.1燃燒調(diào)整的需要
????配置直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐，一次風(fēng)粉流量均衡性直接影響到鍋爐的燃燒均勻穩(wěn)定，由于輸粉管道的長度不同、彎頭數(shù)量不同等因素導(dǎo)致各粉管的綜合阻力系數(shù)不同，在相同的壓差下并列運行會引起風(fēng)粉分配不均。
????鍋爐制粉系統(tǒng)各一次風(fēng)管道的阻力調(diào)平一般都是采用冷態(tài)純空氣阻力調(diào)平法，即在冷態(tài)情況下，當(dāng)純空氣流過同一層一次風(fēng)管時，在幾根阻力較小的一次風(fēng)管上加上開度合適的節(jié)流圈，使其與阻力最大的一次風(fēng)管相平衡。實質(zhì)上，這樣的阻力調(diào)整方法，只能保證鍋爐燃燒系統(tǒng)同一層各一次風(fēng)管至燃燒器出口的阻力在冷態(tài)下的平衡，由于輸粉管道的純空氣阻力特性與煤粉氣固兩相流動的阻力特性不同，不能保證實際運行時管內(nèi)流過風(fēng)粉混合物時的阻力平衡，這樣就造成鍋爐在實際運行時各一次風(fēng)管中風(fēng)粉流速和濃度的不一致。即使采用了熱態(tài)帶粉阻力調(diào)平，各節(jié)流圈也可能產(chǎn)生不均衡磨損，導(dǎo)致一次風(fēng)均勻性惡化。
????某600MW鍋爐運行一段時間后，一度出現(xiàn)了再熱汽溫一側(cè)偏低的異?，F(xiàn)象，影響到機組的經(jīng)濟、安全運行。該爐燃燒系統(tǒng)采用雙進雙出冷一次風(fēng)機正壓直吹式系統(tǒng)，在爐膛前、后墻上分三層分別布置有24只旋流式DS燃燒器，煤粉和空氣從前后墻送入，在爐膛中呈對沖燃燒。該爐每一個煤粉管道入口均有節(jié)流圈（縮孔），通過調(diào)節(jié)各縮孔的開口大小，可平衡各管阻力及一次風(fēng)流量。該爐機組調(diào)試中，進行過粉管阻力調(diào)整，但長期運行后，各磨煤機煤粉管道的節(jié)流孔圈產(chǎn)生不均勻的磨損，使風(fēng)粉均勻性重新變差，以致影響鍋爐內(nèi)燃燒均勻性，使得主汽溫、再熱汽溫A、B兩側(cè)偏差大。如果采用一次風(fēng)在線監(jiān)測，則可以及時發(fā)現(xiàn)運行過程中的異常并采取措施進行調(diào)整。
2.2煤粉細(xì)度和風(fēng)煤比調(diào)整的需要
????鍋爐燃用煤種變化時，所要求的經(jīng)濟煤粉細(xì)度相應(yīng)變化。應(yīng)隨時調(diào)整煤粉細(xì)度以適應(yīng)鍋爐運行負(fù)荷和燃料的變化。國內(nèi)電廠通常僅在設(shè)備調(diào)試時調(diào)整好煤粉細(xì)度，運行中則不很重視相應(yīng)的調(diào)節(jié)工作，因而實際運行中不能保證經(jīng)濟的煤粉細(xì)度，影響了電廠運行經(jīng)濟性。
????對于自動控制水平較高的直吹式鍋爐，鍋爐負(fù)荷變化的信號首先調(diào)整給煤機的給煤量，并相應(yīng)調(diào)節(jié)一次風(fēng)機的流量。在40%～100%磨煤機運行負(fù)荷范圍內(nèi)，磨煤機通風(fēng)量與磨煤機負(fù)荷率間呈線性關(guān)系，但由于制粉系統(tǒng)最小通風(fēng)量的要求，決定了通風(fēng)量必須維持在額定值的70%。一般當(dāng)磨煤機以額定出力和相應(yīng)額定通風(fēng)量運行時，可獲得一個對燃燒合適的風(fēng)煤比。但隨著磨煤機出力下降，風(fēng)煤比增大，煤粉濃度降低。低負(fù)荷運行時，爐膛溫度水平本已降低，又加上風(fēng)煤比過大，對煤粉著火和穩(wěn)定燃燒會更加不利。特別是國產(chǎn)機組自動控制水平較低，許多電廠在磨煤機變負(fù)荷運行時基本不調(diào)整其通風(fēng)量，使低負(fù)荷運行時風(fēng)煤比顯著偏離合適值。
????對一次風(fēng)管風(fēng)速風(fēng)量和煤粉濃度的在線監(jiān)測，為可調(diào)式煤粉分配器提供調(diào)節(jié)的依據(jù)，或通過閉環(huán)控制系統(tǒng)在運行中連續(xù)調(diào)節(jié)煤粉分配器，可以使送入爐膛的風(fēng)粉保持煤粉細(xì)度和風(fēng)煤比最佳。
2.3快速負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要
????鍋爐負(fù)荷指令變化時，在給煤量變化的同時，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板開度或一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使進入磨煤機的一次風(fēng)量變化，通風(fēng)出力發(fā)生變化，由于氣流量的變化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干燥量的變化速度，一次通風(fēng)出力的變化較快。采用通風(fēng)量超前變化的手段，在調(diào)節(jié)上改變給煤量的同時，改變通風(fēng)量，雖然研磨出力來不及變化，但通風(fēng)攜帶的煤粉量已發(fā)生變化，因此保持磨煤機風(fēng)量調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度和靈敏度可以減小制粉系統(tǒng)遲滯特性對鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)的影響。
????綜上所述，對于直吹式制粉系統(tǒng)來說，采用一次風(fēng)在線監(jiān)測具有十分重要的意義。

３ 直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測的難點及解決方案
????由于氣固兩相流的復(fù)雜性，直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測的應(yīng)用面臨著許多問題：
（1）測量設(shè)備在氣固兩相流環(huán)境中長期運行時不能滿足防堵要求，必須采用連續(xù)或定期反吹等手段。
（2）測量設(shè)備不能耐磨。測量設(shè)備在長期運行過程中易產(chǎn)生變形、磨損，不能保證測量的準(zhǔn)確度，不能為鍋爐的燃燒提供有用的運行參數(shù)。
（3）不能保證測量設(shè)備的低壓損，增加了管道原有風(fēng)阻。磨煤機出口各一次風(fēng)管道已經(jīng)根據(jù)風(fēng)阻調(diào)平了各管速度，安裝測量設(shè)備后，附加壓損可能影響原有的運行狀況。
（4）流程中的管路受限于空間位置，往往不能滿足流速流量儀表對直管段長度的要求。
（5）流速流量儀表的精確度不能得到公認(rèn)，限制了新型流速流量儀表的開發(fā)、研制和推廣應(yīng)用。
（6）低速、溫度壓力變化大等不利因素影響流速流量儀表的精確度和可靠性，流速流量儀表的性能難以提高，無法滿足用戶的需求。
????朗坤公司的LUSE型一二次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)伯努利方程原理，由測速裝置、變送器及人機界面組成。針對高速氣固兩相流的檢測環(huán)境，測速裝置采用專有技術(shù)徹底解決了堵塞、防磨、大壓損和低精度等長期困擾直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測的難題。
????LUSE型一二次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有如下特點：
（1）取壓口采用特殊設(shè)計，兼顧高取壓效能、防止堵塞和保護靜壓測量管。
（2）特別設(shè)計的防堵元件借助測量介質(zhì)的動能進行取壓管道的全壁實時清灰。
（3）采用多曲迷宮式管路防止粉塵進入引壓管。
（4）采用具有突出防磨性能的高溫合金陶瓷。
（5）采用擺錘原理充分吸收檢測介質(zhì)的動能。
（6）集成耐磨熱電阻提供溫度補償。

4 直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測的使用效果分析
4.1節(jié)煤費用
????在使用一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)后，各管內(nèi)風(fēng)速實時顯示在DCS畫面上。制粉系統(tǒng)啟停進程中，磨煤機出口門、噴燃器門是否開足或關(guān)嚴(yán)，司爐均能一清二楚。這樣就能保證鍋爐在較為合理的風(fēng)煤比下運行，大大提高鍋爐燃燒效率。
4.2節(jié)約設(shè)備費用
????若系統(tǒng)缺乏監(jiān)測系統(tǒng)，火焰偏斜將會引起火嘴燒壞，而監(jiān)測系統(tǒng)實施之后，則將徹底避免類似情況發(fā)生。
若因局部結(jié)焦引起水冷壁爆管，將會給電廠造成巨額的經(jīng)濟損失。
4.3減少維護維修費用
????由于杜絕了爐膛偏心結(jié)焦，風(fēng)管堵塞等，每年潛在的節(jié)省了大量的維修、維護費用、停爐停產(chǎn)造成的各種損失費用并延長了鍋爐壽命。
????同時還有其它社會效益方面的好處。譬如，降低了飛灰含碳量，減少了環(huán)境污染等。
????貴州安順發(fā)電廠地處高原，燃用貴州轎子山無煙煤和當(dāng)?shù)匦「G煤。一期兩臺300MW等級鍋爐為東方鍋爐廠引進FW技術(shù)設(shè)計制造的DG1025/18.2-II10型亞臨界壓力中間一次再熱的自然循環(huán)W火焰鍋爐。制粉系統(tǒng)配四臺FWEC公司D-10D型雙進雙出球磨機構(gòu)成正壓直吹制粉系統(tǒng)。鍋爐滿負(fù)荷參數(shù)如下：

????機組投產(chǎn)后高負(fù)荷運行時加風(fēng)困難、不穩(wěn)定，燃燒經(jīng)濟性很差且容易出現(xiàn)汽溫不足，經(jīng)制造廠家多次燃燒調(diào)整也未能解決。2001年在大修期間安裝了一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)，對各噴燃器的風(fēng)粉配合、一二次風(fēng)配比進行了科學(xué)的組織，保證了各噴燃器煤粉濃度，一二次風(fēng)速的合理性，使著火迅速，燃燒完全，鍋爐滿負(fù)荷的飛灰含碳量由原來的30%左右降到13%左右（最低9%～10%），大渣含碳量由30%左右降到15%左右；汽溫不足問題得到徹底解決，大幅度提高了鍋爐燃燒安全性和經(jīng)濟性，使得安順發(fā)電廠一期兩臺機組每年可節(jié)約燃煤67392噸，折合人民幣741.3萬元。

5 結(jié)論
????采用LUSE型系列一二次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)，為直吹式鍋爐的燃燒優(yōu)化提供了切實可行的解決方案，通過與可調(diào)式煤粉分配器的協(xié)調(diào)工作使得一次風(fēng)的分配得到優(yōu)化，改善鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性，避免燃燒器燒損、水冷壁或其它區(qū)域結(jié)焦、熱負(fù)荷不均造成爆管、還原性氣氛下的局部高溫腐蝕等一系列問題，為燃燒運行優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，具有很高的社會效益和技術(shù)經(jīng)濟效益。