1 000 MW鍋爐風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)改造

姚秀娟

(華電國際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

1 問題的提出

華電國際鄒縣發(fā)電廠(以下簡稱鄒縣電廠)#7機(jī)組為1 000 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π形鍋爐。

制粉系統(tǒng)為正壓直吹式類型，設(shè)有2臺(tái)50%容量的動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)用來提供一次熱、冷風(fēng)輸送煤粉；采用2臺(tái)靜葉可調(diào)吸風(fēng)機(jī)和2臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)送風(fēng)機(jī)；噴燃器共48個(gè)，采用油槍與煤粉燃燒器一體的旋流筒體式結(jié)構(gòu)，采用低NOx旋流式HT-NR3型煤粉燃燒器，分3層前、后墻對沖布置；配有6臺(tái)雙進(jìn)雙出、單臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的鋼球磨煤機(jī)。

鍋爐燃燒工況的好壞會(huì)直接影響電廠運(yùn)行的安全、節(jié)能和環(huán)保。由于鍋爐設(shè)備龐大和煤粉燃燒工況復(fù)雜，鍋爐燃燒以及與之有關(guān)的過程難以控制和測量，因而需要準(zhǔn)確測量影響燃燒工況的主要參數(shù)并進(jìn)行有效地燃燒調(diào)整，建立起爐內(nèi)良好的空氣動(dòng)力工況，以達(dá)到鍋爐最佳運(yùn)行之目的。

為使四角配風(fēng)均勻合理，對攜帶煤粉的一次風(fēng)有較為嚴(yán)格的要求，必須實(shí)現(xiàn)對各一次風(fēng)噴口風(fēng)速準(zhǔn)確測量。從設(shè)計(jì)、制造鍋爐的角度出發(fā)，燃燒系統(tǒng)中燃燒器出口風(fēng)速是燃燒器設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，也是指導(dǎo)運(yùn)行的重要依據(jù)。多年來，運(yùn)行人員對于鍋爐燃燒調(diào)整一直停留在依靠觀測風(fēng)道靜壓、風(fēng)門開度和肉眼看火這種傳統(tǒng)落后的監(jiān)測手段上，無法直接、準(zhǔn)確地監(jiān)測鍋爐一次風(fēng)的噴口風(fēng)速，無法有效地監(jiān)測和調(diào)整爐膛內(nèi)的實(shí)際燃燒工況。因此，如何應(yīng)用先進(jìn)的燃燒監(jiān)測手段，實(shí)現(xiàn)對鍋爐燃燒系統(tǒng)一次風(fēng)噴口風(fēng)速實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測量尤為重要。

同時(shí)，煤粉空氣質(zhì)量比也是反映煤粉爐燃燒的重要指標(biāo)，把煤粉濃度合理地控制在一定范圍內(nèi)，有利于鍋爐和發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，提高燃燒效率，降低發(fā)電成本。

在2012年的#7機(jī)組小修中，進(jìn)行了風(fēng)粉在線系統(tǒng)改造工作，A，B，C，D，E，F(xiàn) 6臺(tái)磨煤機(jī)加裝了一次風(fēng)風(fēng)速測量裝置，每臺(tái)磨煤機(jī)共有8個(gè)一次粉管，每個(gè)粉管上加裝1套一次風(fēng)風(fēng)速測量裝置，總共加裝48套一次風(fēng)風(fēng)速測量裝置。B磨煤機(jī)加裝煤粉濃度測量裝置，每個(gè)粉管上加裝1套煤粉濃度測量裝置，總共加裝8套煤粉濃度測量裝置。

2 一次風(fēng)風(fēng)速測量裝置

2.1 測量原理

一次風(fēng)風(fēng)速測量裝置基于靠背測量原理，其探頭插入管內(nèi)，當(dāng)管內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí)，迎風(fēng)面受氣流沖擊，在此處氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能。因而迎面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱為全壓。背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，其壓力稱為靜壓。測速裝置測量全壓與靜壓之差壓為動(dòng)壓，動(dòng)壓經(jīng)換算即可得出介質(zhì)的流速和流量。全壓與靜壓力信號(hào)經(jīng)傳壓管引至微差壓變送器，微差壓變送器輸出4～20 mA 模擬信號(hào)至分散控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與數(shù)值顯示。一次風(fēng)風(fēng)速測量原理如圖1所示。

圖1 一次風(fēng)風(fēng)速測量原理圖

該裝置突破了理論上確定的參數(shù)限制，現(xiàn)場技術(shù)處理使之能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地反映各一次風(fēng)管的運(yùn)行狀況。采用差壓原理直接測量是當(dāng)今世界上公認(rèn)的最為可靠和穩(wěn)定的測量方法之一。一次風(fēng)風(fēng)速信號(hào)傳遞如圖2所示。

圖2 一次風(fēng)風(fēng)速信號(hào)傳遞示意圖

氣體流速計(jì)算服從下述計(jì)算公式：

(1)

式中：v為氣體流速；K為測量裝置流量系數(shù)；Δp為測量裝置輸出差壓，Pa；ρ為氣體密度，kg/m3。

氣體密度計(jì)算公式：

(2)

式中：t為風(fēng)粉混合溫度，℃；p0為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，Pa；ρ0為空氣密度，kg/m3。

2.2 一次風(fēng)風(fēng)速測量裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

一次風(fēng)風(fēng)速監(jiān)測裝置主要由自清灰防堵塞一次測量元件、微差壓變送器、變送器控制柜及現(xiàn)場DCS 等組成。一次風(fēng)風(fēng)速監(jiān)測裝置直接裝在煤粉混合風(fēng)管道上進(jìn)行測量，一次元件的耐磨損及自清防堵功能較強(qiáng)且全截面平均風(fēng)速測量功能較為準(zhǔn)確。

測速裝置把風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速轉(zhuǎn)換成差壓，通過引壓管送至變送器，變送器以4～20 mA模擬量輸出，直接進(jìn)入DCS 進(jìn)行功能組態(tài)并用人機(jī)界面顯示。

一次風(fēng)風(fēng)速測速裝置的特點(diǎn)如下：

(1)測量范圍廣，風(fēng)速可達(dá)60 m/s；

(2)采用柔性自清灰棒，自動(dòng)清除取壓管的沉積煤粉，無須吹掃；

(3)取壓探頭采用非金屬復(fù)合材料制成，以防止測量探頭磨損而影響測量精度；

(4)一次風(fēng)風(fēng)速測速裝置的新型結(jié)構(gòu)可防止探頭內(nèi)結(jié)露堵塞測壓孔；

(5)一次風(fēng)風(fēng)速測速裝置的材料可以選用不銹鋼，并采用表面處理技術(shù)以滿足不同的使用環(huán)境和工藝要求。

3 煤粉空氣質(zhì)量比測量裝置

3.1 煤粉空氣質(zhì)量比測量原理

煤粉空氣質(zhì)量比在線監(jiān)測系統(tǒng)采用直接測量的方法，利用靜電荷原理，將特制的傳感器探頭安裝在一次風(fēng)管風(fēng)粉混合器后煤粉管道上，測出的信號(hào)經(jīng)分析轉(zhuǎn)換模塊處理放大，輸出4～20 mA 模擬信號(hào)至DCS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與數(shù)值顯示。陰極射線管(CRT)顯示器畫面直觀、真實(shí)地反映出一次風(fēng)管中的煤粉量，動(dòng)態(tài)顯示測量參數(shù)，迅速反映各粉管煤粉流動(dòng)情況，及時(shí)判斷制粉或給粉系統(tǒng)工作狀況，實(shí)現(xiàn)煤粉量實(shí)時(shí)在線直接測量。顆粒靜電理論認(rèn)為，管道內(nèi)氣力輸送的粉體相互碰撞，在粉體與粉體之間和粉體與管道之間會(huì)產(chǎn)生微弱電場，該電場與煤粉的量成一定的函數(shù)關(guān)系，所產(chǎn)生的感應(yīng)電流與管內(nèi)煤粉空氣質(zhì)量比成正比例關(guān)系。大量帶電煤粉在傳感器探頭周圍運(yùn)動(dòng)，傳感器就會(huì)采集到一定的靜電荷。煤粉空氣質(zhì)量比測量裝置具有高耐磨損、耐高溫的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單，免維護(hù)。煤粉空氣質(zhì)量比測量原理如圖3所示。

圖3 煤粉空氣質(zhì)量比測量原理圖

煤粉空氣質(zhì)量比監(jiān)測示意圖與一次風(fēng)風(fēng)速信號(hào)傳遞類似。

煤粉空氣質(zhì)量比計(jì)算方法：

(3)

式中：M為一次風(fēng)管內(nèi)的煤粉空氣質(zhì)量比，m(煤粉)/m(空氣)；t為一次風(fēng)管內(nèi)溫度，℃；I為傳感器測量的電流值，mA；v為一次風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速，m/s；d為一次風(fēng)管內(nèi)內(nèi)徑，m。

3.2 煤粉空氣質(zhì)量比測量裝置特點(diǎn)

煤粉空氣質(zhì)量比測量裝置可對火力發(fā)電廠一次風(fēng)管內(nèi)的煤粉進(jìn)行實(shí)時(shí)在線連續(xù)測量。該裝置主要由煤粉測量傳感器、前置轉(zhuǎn)換模塊及現(xiàn)場的DCS組成。

艾佩克斯科技(北京)有限公司生產(chǎn)的MVC系列煤粉空氣質(zhì)量比測量裝置實(shí)時(shí)測量鍋爐一次風(fēng)管路中煤粉運(yùn)行情況，使運(yùn)行人員能及時(shí)了解各粉管內(nèi)煤粉的均勻程度、送粉量等過粉情況以及相關(guān)的給煤設(shè)備、磨煤設(shè)備的運(yùn)行情況。

煤粉空氣質(zhì)量比測量裝置有如下特點(diǎn)：

(1)測量方法先進(jìn)，濃度監(jiān)測采用靜電荷式測量原理，精度高；

(2)反應(yīng)靈敏，滯后時(shí)間短，延時(shí)時(shí)間在10 s以內(nèi)；

(3)系統(tǒng)安裝簡單，現(xiàn)場調(diào)試方便，運(yùn)行免維護(hù)，安裝簡便，維護(hù)量低，經(jīng)久耐用；

(4)傳感器采用特種硬質(zhì)合金制作，無可動(dòng)部件，防振動(dòng)，耐高溫，耐磨損，可在磨損性很強(qiáng)的煤粉管道中長期使用。

一次測量元件直接對煤粉進(jìn)行測量，直接反映管內(nèi)煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，性能穩(wěn)定，線性好。

4 1 000 MW鍋爐風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試

4.1 1 000 MW鍋爐風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)檢查

1 000 MW鍋爐風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))安裝后，首先對整個(gè)系統(tǒng)做詳細(xì)檢查，確保各傳壓管、吹掃管正確安裝且連接正確無誤，用肥皂水檢查各傳壓管無泄漏，以保證各變送器能夠正常工作。

系統(tǒng)就地與DCS控制柜接線工作完畢后，應(yīng)注意內(nèi)、外供電問題；完成DCS內(nèi)測點(diǎn)的組態(tài)，應(yīng)在相應(yīng)畫面中進(jìn)行顯示。在DCS內(nèi)檢查各測點(diǎn)應(yīng)均有指示。

4.2 冷態(tài)標(biāo)定

測速元件標(biāo)定試驗(yàn)的目的是確定防堵探針的標(biāo)定系數(shù)，用于計(jì)算管道內(nèi)的風(fēng)速，該系數(shù)將直接影響測量的精度。各探針需要在3個(gè)工況下進(jìn)行標(biāo)定，取3個(gè)工況的平均值作為該探針的標(biāo)定系數(shù)。3個(gè)工況的風(fēng)速應(yīng)在正常運(yùn)行時(shí)的風(fēng)速范圍內(nèi)。在標(biāo)定試驗(yàn)過程中，不得改變各風(fēng)機(jī)出力及各風(fēng)門的開度，以維持工況穩(wěn)定，直到試驗(yàn)結(jié)束。

標(biāo)定步驟如下：(1)開啟所需風(fēng)機(jī)，待運(yùn)行工況穩(wěn)定后，開始試驗(yàn)；(2)用皮托管測量管道內(nèi)氣流平均速度；(3)記錄防堵探針的輸出差壓值；(4)改變風(fēng)速進(jìn)行另外2個(gè)工況的標(biāo)定。

在完成所有系統(tǒng)安裝及標(biāo)定試驗(yàn)工作后，應(yīng)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，以確認(rèn)所有信號(hào)準(zhǔn)確無誤。

4.3 熱態(tài)調(diào)試

在熱態(tài)下標(biāo)定各一次風(fēng)管段的阻力濃度修正系數(shù)，對所有信號(hào)進(jìn)行熱態(tài)檢測和系統(tǒng)調(diào)試，在完成調(diào)試工作后方可投入運(yùn)行。

5 結(jié)論

鄒縣電廠自2012年對#7鍋爐風(fēng)粉在線系統(tǒng)改造后，該系統(tǒng)運(yùn)行一直穩(wěn)定可靠、維護(hù)工作量少。風(fēng)粉在線監(jiān)測技術(shù)的成功應(yīng)用，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，減少了污染物的排放量。該技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。

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