煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)應(yīng)用及其驗(yàn)證方法

劉 野，金曉陽，徐 堯，孫春蘭

(1.萬華化學(xué)(煙臺(tái))氯堿熱電有限公司 山東 煙臺(tái) 264000；2.西安科瑞自動(dòng)化有限責(zé)任公司 陜西 西安 710077)

0 引言

從煤粉燃燒的角度分析，煤粉細(xì)度越小，煤粉顆粒的著火和燃盡越容易，固體不完全燃燒熱損失就越小；此外，細(xì)小的煤粉細(xì)度可以適當(dāng)減少爐內(nèi)送風(fēng)，減少煙氣量，從而使得排煙熱損失降低。但對(duì)制粉設(shè)備而言，卻會(huì)影響自身出力、消耗較多的電能，而且金屬的磨損量也要增大。

因此在鍋爐設(shè)備運(yùn)行中，對(duì)于一定的煤種，當(dāng)煤粉細(xì)度達(dá)到最佳值(稱之為經(jīng)濟(jì)細(xì)度或最佳細(xì)度)時(shí)，鍋爐的不完全燃燒損失和制粉電耗及金屬消耗之和最小。因此，如何準(zhǔn)確地檢測煤粉細(xì)度就顯得尤為重要。

1 煤粉細(xì)度測量方法現(xiàn)狀分析

目前燃煤機(jī)組煤粉細(xì)度主要通過“煤粉取樣”和“人工化驗(yàn)”兩個(gè)主要步驟取得，如圖1所示。

圖1 煤粉細(xì)度的獲取流程

目前符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的煤粉細(xì)度常規(guī)測量方法有“手動(dòng)平頭煤粉取樣器+人工化驗(yàn)”和“全自動(dòng)平頭煤粉取樣器+人工化驗(yàn)”，這兩種煤粉細(xì)度測量方法存在的主要問題有：在取樣環(huán)節(jié)，手動(dòng)煤粉取樣器為手動(dòng)采樣，不能取得具有代表性的煤粉樣品；自動(dòng)煤粉取樣器由于市場缺少專業(yè)化的、具有核心制造和檢測能力的規(guī)模化供應(yīng)商，技術(shù)上不能真正做到自動(dòng)等速、等圓環(huán)取樣。在化驗(yàn)環(huán)節(jié)，微量煤粉樣品需要進(jìn)行人工篩分和稱重，由于人為因素的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)離散性加大。在調(diào)整運(yùn)行參數(shù)環(huán)節(jié)，由于煤粉取樣、篩分、稱重過程復(fù)雜，通常8小時(shí)之后才能得到結(jié)果，不能實(shí)時(shí)指導(dǎo)制粉系統(tǒng)調(diào)整運(yùn)行。

上述常規(guī)的煤粉細(xì)度測量方法主要問題集中在煤粉取樣的代表性上和實(shí)時(shí)性上，作為電力試驗(yàn)的一種測試方式或鍋爐運(yùn)行的參考數(shù)據(jù)時(shí)，上述問題被長期忽略；但是作為鍋爐運(yùn)行中重要的特性參數(shù)，參與到燃燒優(yōu)化、深度調(diào)峰和制粉系統(tǒng)在線調(diào)整時(shí)問題就更加突出，現(xiàn)場急需能夠滿足代表性、實(shí)時(shí)性要求的煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)。

2 煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)

為解決煤粉細(xì)度的在線測量問題，實(shí)地考察了從事煤粉細(xì)度在線測量研究及生產(chǎn)制造較早的西安科瑞自動(dòng)化有限責(zé)任公司，包括兩種技術(shù)類型的在線測量設(shè)備：第一種是由自動(dòng)煤粉取樣器、煤粉細(xì)度分析裝置和篩分系統(tǒng)構(gòu)成，第二種是無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)。經(jīng)過與現(xiàn)場適應(yīng)性的分析對(duì)比，第二種代表全新測量技術(shù)且具備國家技術(shù)發(fā)明專利的無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)。

2.1 無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)

無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)，每個(gè)測定由一對(duì)垂直平行安裝在磨煤機(jī)出口送粉管道上的傳感器探頭和對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理單元兩部分組成，如圖2所示。傳感器將被測煤粉的能量感應(yīng)信號(hào)輸出給信號(hào)處理單元，該單元結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過系列算法直接得到煤粉細(xì)度變化數(shù)據(jù)。

圖2 煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)

無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)功能特點(diǎn)包括：無需取樣直接測量管道內(nèi)煤粉細(xì)度，數(shù)據(jù)具有代表性，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；在線連續(xù)監(jiān)測煤粉細(xì)度變化值，實(shí)時(shí)反映磨煤機(jī)的運(yùn)行狀況；為在線調(diào)整煤粉細(xì)度提供有效的實(shí)時(shí)反饋信息；完全免維護(hù)設(shè)計(jì)，使用壽命長；安裝簡便，環(huán)境適應(yīng)性好。

3 煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)的效果驗(yàn)證

3.1 驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)

在工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，不僅要對(duì)系統(tǒng)的基本功能進(jìn)行考核，還必須對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際測量效果進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證。根據(jù)自動(dòng)化控制技術(shù)和現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)有效可行的驗(yàn)證方法，是新技術(shù)新產(chǎn)品在工業(yè)現(xiàn)場能夠成功應(yīng)用不可缺少的關(guān)鍵因素。

由于煤粉取樣化驗(yàn)對(duì)比方式存在較多的不確定性，通過廣泛地研究與方案討論，選擇了在相對(duì)穩(wěn)態(tài)下磨煤機(jī)出入口差壓與煤粉細(xì)度變化的相關(guān)性作為測試標(biāo)準(zhǔn)，通過磨煤機(jī)工況變化實(shí)驗(yàn)、分離器擋板開度變化實(shí)驗(yàn)和人工取樣趨勢驗(yàn)證這三個(gè)維度進(jìn)行全面驗(yàn)證，具體方法如下：

(1)選擇不同鍋爐的兩臺(tái)主力磨：例如2#爐A磨、4#爐A磨作為試驗(yàn)對(duì)象。

(2)通過增加和降低一定給煤量，觀察分析煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)各個(gè)粉管煤粉細(xì)度的變化趨勢和磨煤機(jī)出入口差壓變化對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(3)在不影響磨煤機(jī)工作的前提下小范圍、短時(shí)改變磨煤機(jī)分離器擋板開度，直接改變磨煤機(jī)出粉細(xì)度，再次驗(yàn)證在線細(xì)度監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確性及變化趨勢。具體方法是用2#磨煤機(jī)做增加分離器擋板開度試驗(yàn)，用4#磨煤機(jī)做減小分離器擋板開度試驗(yàn)。

(4)通過安裝規(guī)范的全自動(dòng)煤粉取樣設(shè)備，經(jīng)過多頻次人工取樣化驗(yàn)對(duì)比，標(biāo)定校準(zhǔn)在線測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行趨勢驗(yàn)證對(duì)比。現(xiàn)場驗(yàn)證運(yùn)行情況如圖3～6所示。

圖3 2#磨煤機(jī)關(guān)系曲線圖

3.2 結(jié)果分析

通過圖3表明：當(dāng)給煤量1 t/h左右的增加時(shí)，反映煤層厚度變化的出入口差壓值也有0.6 Kpa的增加，說明煤層變厚，磨煤機(jī)阻尼變大，四個(gè)粉管的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)都不同程度減小了，磨煤機(jī)整體平均細(xì)度減小了2%。

通過圖4表明：當(dāng)給煤量0.9 t/h左右的減少時(shí)，反映煤層厚度變化的出入口差壓值也有0.4 Kpa的減小，說明煤層變薄，磨煤機(jī)阻尼變小，其中三個(gè)粉管的在線細(xì)度數(shù)據(jù)都增大了，另一個(gè)粉管的細(xì)度減小了。說明磨煤機(jī)出口煤量分配不均，各個(gè)粉管細(xì)度變化是不一致的，驗(yàn)證煤粉細(xì)度需要獲取四根粉管參考流量的加權(quán)平均細(xì)度；本次試驗(yàn)?zāi)ッ簷C(jī)整體平均細(xì)度增大了2.5%。煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化靈敏度以及趨勢正確，數(shù)據(jù)變化在合理范圍。

圖4 4#磨煤機(jī)關(guān)系曲線圖

通過圖5表明：分離器擋板開度增大，磨出入口差壓減小0.05 kPA，4個(gè)粉管煤粉細(xì)度不同程度增大，細(xì)度平均增大了3%。10分鐘后擋板恢復(fù)，在線細(xì)度值恢復(fù)。

圖5 增加擋板開度關(guān)系曲線圖

通過圖6表明：分離器擋板開度減小，磨出入口差壓增大0.01 kPA，4個(gè)粉管煤粉細(xì)度不同程度減小，細(xì)度平均減小了1%。5分鐘后擋板恢復(fù)，在線細(xì)度值恢復(fù)。

圖6 減小擋板開度關(guān)系曲線圖

通過磨煤機(jī)工況變化實(shí)驗(yàn)、分離器擋板開度變化實(shí)驗(yàn)、人工取樣趨勢驗(yàn)證，說明在線監(jiān)測系統(tǒng)測量結(jié)果完全正確。證明了該煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)監(jiān)測功能的靈敏度、準(zhǔn)確性、重復(fù)性、穩(wěn)定性完全正確。

該系統(tǒng)不但能監(jiān)測磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)的重要參數(shù)，還為發(fā)電廠實(shí)時(shí)調(diào)整制粉系統(tǒng)提供依據(jù)，優(yōu)化燃燒，提高鍋爐運(yùn)行效率，保障深度調(diào)峰機(jī)組低負(fù)荷穩(wěn)燃。

4 結(jié)束語

煤粉細(xì)度作為重要的鍋爐運(yùn)行參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中被長期忽視。其中有認(rèn)知方面的差異，更為重要的是長期缺乏能夠滿足現(xiàn)場實(shí)際需求的測量設(shè)備，更缺乏簡便有效的效果驗(yàn)證手段。本文主要介紹一種有效實(shí)用的無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細(xì)度在線測量系統(tǒng)，同時(shí)提出了一些便于現(xiàn)場實(shí)操的驗(yàn)證手段。通過現(xiàn)場驗(yàn)證，系統(tǒng)具有良好的測量準(zhǔn)確性與環(huán)境適應(yīng)能力，具有廣泛地應(yīng)用推廣價(jià)值。