便攜式一次風(fēng)粉測(cè)量系統(tǒng)及其在燃煤電廠的應(yīng)用

西斐（上海）工業(yè)控制有限公司 趙 鵬

燃出力不均。設(shè)計(jì)時(shí)為平衡各粉管阻力，會(huì)在粉管直段設(shè)置可調(diào)縮孔，其開(kāi)度由理論計(jì)算確定，但實(shí)際運(yùn)行中很難達(dá)到預(yù)期效果。常用方法是對(duì)各粉管一次風(fēng)粉進(jìn)行定期測(cè)量，對(duì)可調(diào)縮孔進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。傳統(tǒng)一次風(fēng)粉測(cè)量比較繁瑣：煤粉取樣探針僅能在垂直的兩個(gè)方向取樣，無(wú)法對(duì)粉管內(nèi)截面進(jìn)行360°無(wú)死角取樣，難以做到自動(dòng)等速取樣，風(fēng)速探針和煤粉取樣探針進(jìn)退標(biāo)識(shí)不易識(shí)別，密封用壓縮空氣開(kāi)關(guān)靠手動(dòng)，測(cè)量數(shù)據(jù)需手工錄入，測(cè)量需多人配合完成，測(cè)量過(guò)程易受人為干擾，耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，測(cè)量結(jié)果無(wú)法即時(shí)可視化呈現(xiàn)，設(shè)備搬運(yùn)不便。

圖1 系統(tǒng)組成

便攜式一次風(fēng)粉測(cè)量系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)不足，測(cè)量效率高、體驗(yàn)好、結(jié)果更準(zhǔn)確。系統(tǒng)組成如圖1，主要部件為：2風(fēng)速探針，3探針連接線，5旋轉(zhuǎn)型煤粉取樣探針，6煤粉取樣軟管，7、8密封風(fēng)軟管及接頭，9遙控器，1A 工業(yè)電腦，1C 控制箱，1D 壓縮空氣接口，1G 標(biāo)識(shí)桿及彩色定位塊，1O 漏斗，1P 工具箱，1R 過(guò)濾器及罩殼，1V、1W 探針固定架。

1 測(cè)量流程

接上電源和氣源，連接好相關(guān)附件，做好準(zhǔn)備和檢查工作。對(duì)主菜單各項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)置，主要包括機(jī)組編號(hào)、磨煤機(jī)編號(hào)、煤粉管道編號(hào)、粉管內(nèi)徑、測(cè)量口個(gè)數(shù)、單個(gè)測(cè)量口的測(cè)點(diǎn)數(shù)量、測(cè)量周期、測(cè)量口距上游彎曲段距離及旋轉(zhuǎn)型探針噴嘴設(shè)置值。

1.1 風(fēng)速測(cè)量

通常將煤粉管道截面分成若干面積相等的同心環(huán)，每個(gè)圓環(huán)再分成兩個(gè)面積相等的部分，風(fēng)速測(cè)點(diǎn)就在兩部分的分界面上[2]，風(fēng)速測(cè)量通過(guò)兩個(gè)互相垂直的測(cè)量口進(jìn)行。風(fēng)速探針經(jīng)第一測(cè)量口插入煤粉管道，探針指針對(duì)準(zhǔn)第一個(gè)標(biāo)識(shí)塊（綠色的，對(duì)應(yīng)粉管內(nèi)第一個(gè)測(cè)點(diǎn)），旋合無(wú)塵連接件（密封作用），系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉密封空氣并啟動(dòng)風(fēng)速測(cè)量程序，開(kāi)始對(duì)第一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行5s 的測(cè)量，測(cè)量期間程序界面會(huì)以綠色顯示當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)“1”，同時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)至“0”時(shí)，將探針向外抽出至黃色表示的第二點(diǎn)后，程序再次進(jìn)行5s 的倒計(jì)時(shí)測(cè)量。按同樣的規(guī)律，依次對(duì)第3～12個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。最后一個(gè)測(cè)點(diǎn)結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟密封空氣，抽出探針。將風(fēng)速探針安裝到第二測(cè)量口上進(jìn)行同樣的測(cè)量。以上所有程序操作都通過(guò)遙控器進(jìn)行操作，所有測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算都由系統(tǒng)自動(dòng)處理，最終會(huì)以Excel 數(shù)據(jù)表圖的形式呈現(xiàn)。

圖3 煤粉取樣測(cè)量原理

1.2 煤粉濃度測(cè)量

煤粉取樣滿足ISO9931標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)勢(shì)在于僅通過(guò)一個(gè)測(cè)量口就能對(duì)粉管截面64個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行取樣測(cè)量（如圖4左所示）。煤粉取樣探針上有四個(gè)取樣噴嘴，噴嘴位置取決于粉管內(nèi)徑[3]，將粉管內(nèi)徑輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)將噴嘴待設(shè)置值自動(dòng)顯示在程序界面上，操作者可據(jù)此對(duì)探針各噴嘴進(jìn)行定位，定位原則如圖3所示。

圖4 煤粉取樣測(cè)量過(guò)程

如圖4所示，將密封風(fēng)固定件與測(cè)量口球閥連接后，程序開(kāi)啟密封用壓縮空氣，打開(kāi)手動(dòng)球閥，將設(shè)置好取樣噴嘴位置的旋轉(zhuǎn)型煤粉探針插入煤粉管道，旋合無(wú)塵連接件（啟密封作用），程序關(guān)閉密封用壓縮空氣并啟動(dòng)煤粉取樣測(cè)量程序，開(kāi)始對(duì)第一組測(cè)點(diǎn)（探針上4個(gè)取樣噴嘴為4個(gè)測(cè)點(diǎn)）進(jìn)行15s的測(cè)量，在測(cè)量期間程序界面會(huì)顯示當(dāng)前測(cè)量組“1”，同時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)過(guò)程，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)至“0”時(shí)需及時(shí)旋轉(zhuǎn)探針噴嘴至第二組測(cè)點(diǎn)位置（4個(gè)噴嘴桿同步旋轉(zhuǎn)22.5°），程序再次進(jìn)行15s 的倒計(jì)時(shí)取樣，程序界面顯示當(dāng)前測(cè)量組“2”。

需要說(shuō)明的是：程序進(jìn)行第一組測(cè)點(diǎn)15s 倒計(jì)時(shí)后會(huì)自動(dòng)進(jìn)行第二組測(cè)點(diǎn)15s 的倒計(jì)時(shí)，并不會(huì)給出多余時(shí)間給操作者，因此操作者應(yīng)時(shí)刻關(guān)注程序界面，以便及時(shí)旋轉(zhuǎn)探針噴嘴。按同樣的規(guī)律，直到旋轉(zhuǎn)16次噴嘴桿（16x22.5°=360°）完成所有64個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量（見(jiàn)圖3左）。當(dāng)最后一組測(cè)點(diǎn)取樣結(jié)束后，程序開(kāi)啟密封用壓縮空氣，抽出探針，關(guān)閉球閥并程序關(guān)閉密封用壓縮空氣。以上所有程序操作都通過(guò)遙控器進(jìn)行控制。然后收集煤粉取樣探針軟管及煤粉過(guò)濾袋中的煤粉樣本并稱凈重，最后將煤粉重量輸入程序中，其余所有測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算都由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行，最終會(huì)以Excel 數(shù)據(jù)表圖的形式呈現(xiàn)。

2 系統(tǒng)在燃煤電廠的應(yīng)用

某電廠1號(hào)機(jī)組配置300MW 亞臨界四角爐。鍋爐配5臺(tái)中速磨，每臺(tái)磨出口對(duì)應(yīng)4根煤粉管道。各組粉管測(cè)量口[4]見(jiàn)圖5，可見(jiàn)A～C 磨測(cè)量口距上游可調(diào)縮孔較近，其中A 磨測(cè)量口距可調(diào)縮孔約0.3米，B 和C 磨測(cè)量口距可調(diào)縮孔約0.45米。此外A磨測(cè)量口距下游彎曲段非常近。首先使用風(fēng)速探針對(duì)粉管進(jìn)行測(cè)量，這種探針能對(duì)含塵濃度較大的一次風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，由系統(tǒng)采集并記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確讀取，并在采樣周期內(nèi)對(duì)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，消除了湍流和不穩(wěn)定可能造成的不利影響；煤粉抽取用前述符合ISO9931標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)型探針實(shí)現(xiàn)。煤粉的抽取率是通過(guò)速度數(shù)據(jù)來(lái)確定的，而速度是由通過(guò)每根管道的總氣流來(lái)確定的。測(cè)量過(guò)程中磨煤機(jī)分別保持穩(wěn)定負(fù)荷。

圖5 A～E 磨煤機(jī)出口管道測(cè)量口布置

對(duì)每臺(tái)磨的四根粉管先進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量，再進(jìn)行煤粉流率測(cè)算。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)滿足同一臺(tái)磨各粉管的風(fēng)速偏差在±5%以內(nèi)，煤粉流率偏差在±10%以內(nèi)。如偏差較大應(yīng)對(duì)相應(yīng)粉管的可調(diào)縮孔進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至滿足標(biāo)準(zhǔn)為止。若多次測(cè)量調(diào)整仍無(wú)法同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)先考慮煤粉流率的平衡（偏差在±10%以內(nèi)）。其中C 磨和E 磨原始測(cè)量結(jié)果表明其風(fēng)粉都充分平衡，不需進(jìn)行調(diào)節(jié)；而對(duì)A 磨，其原始平衡比較差，經(jīng)多次調(diào)整可調(diào)縮孔并測(cè)量后其結(jié)果仍不理想，很可能是測(cè)量口和可調(diào)縮孔距下游彎曲段太近（圖7A）。最終A 磨的可調(diào)縮孔又恢復(fù)至初始位置。對(duì)于B 和D 磨，經(jīng)不斷調(diào)整煤粉流率得到充分平衡，但風(fēng)速平衡受到輕微不利影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，只要風(fēng)速上下變動(dòng)不大仍會(huì)使燃燒得到改善。各磨對(duì)應(yīng)粉管的風(fēng)速偏差和煤粉流率偏差見(jiàn)圖6～7。

圖6 各磨粉管風(fēng)速偏差

圖7 各磨粉管煤粉偏差

3 結(jié)語(yǔ)

這種便攜式一次風(fēng)粉測(cè)量系統(tǒng)是根據(jù)ASME PTC4.2及ISO9931標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤粉管道中一次風(fēng)及煤粉流率進(jìn)行測(cè)量的一整套集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)帶來(lái)了一種現(xiàn)代化的測(cè)量技術(shù)，能解決傳統(tǒng)系統(tǒng)在一次風(fēng)及煤粉測(cè)量過(guò)程中遇到的可靠性差、效率低和精確度不高的問(wèn)題。在一臺(tái)300MW 鍋爐上應(yīng)用了該測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量過(guò)程中，對(duì)A～E 磨煤機(jī)出口粉管上的可調(diào)縮孔進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)（如有調(diào)節(jié)必要）后，除A、B 磨外其余各臺(tái)磨對(duì)應(yīng)粉管的風(fēng)速偏差基本控制在±5%以內(nèi)，煤粉流率偏差基本控制在±10%以內(nèi)。若從風(fēng)速和粉量不能同步達(dá)標(biāo)時(shí)以粉量?jī)?yōu)先考慮，除原始布置不佳的A 組煤粉管道外，經(jīng)調(diào)整后其余煤粉管道的均勻性均比較好。