一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)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(jī)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(cè)系統(tǒng)的重要性。實(shí)踐證明，一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在直吹式鍋爐燃燒運(yùn)行控制過程中對(duì)于提高自動(dòng)控制調(diào)節(jié)水平和提高鍋爐燃燒效率具有很強(qiáng)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(cè)

1 概述
????直吹式制粉系統(tǒng)和傳統(tǒng)的中間倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)相比，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，沒有細(xì)粉分離器、粉倉、可調(diào)給粉機(jī)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(shì)。在新近一輪的火力發(fā)電廠大規(guī)模電源點(diǎn)建設(shè)中使用貧煤的鍋爐上，大量配用磨煤機(jī)直吹式系統(tǒng)。
????為提高自動(dòng)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(duì)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(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)的重要性與必要性，同時(shí)介紹了一種適用于較高濃度的氣固兩相流測(cè)量的一次風(fēng)風(fēng)速風(fēng)量的解決方案以及在實(shí)踐中取得的成功應(yīng)用情況。

2 直吹式鍋爐對(duì)一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)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(zhǎng)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(yùn)行會(huì)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(shí)，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(shí)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(dòng)的阻力特性不同，不能保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)管內(nèi)流過風(fēng)粉混合物時(shí)的阻力平衡，這樣就造成鍋爐在實(shí)際運(yùn)行時(shí)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(yùn)行一段時(shí)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(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。該爐燃燒系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出冷一次風(fēng)機(jī)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(duì)沖燃燒。該爐每一個(gè)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(jī)組調(diào)試中，進(jìn)行過粉管阻力調(diào)整，但長(zhǎng)期運(yùn)行后，各磨煤機(jī)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(cè)，則可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程中的異常并采取措施進(jìn)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(shí)，所要求的經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度相應(yīng)變化。應(yīng)隨時(shí)調(diào)整煤粉細(xì)度以適應(yīng)鍋爐運(yùn)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(shí)調(diào)整好煤粉細(xì)度，運(yùn)行中則不很重視相應(yīng)的調(diào)節(jié)工作，因而實(shí)際運(yùn)行中不能保證經(jīng)濟(jì)的煤粉細(xì)度，影響了電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
????對(duì)于自動(dòng)控制水平較高的直吹式鍋爐，鍋爐負(fù)荷變化的信號(hào)首先調(diào)整給煤機(jī)的給煤量，并相應(yīng)調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)的流量。在40%～100%磨煤機(jī)運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)，磨煤機(jī)通風(fēng)量與磨煤機(jī)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(jī)以額定出力和相應(yīng)額定通風(fēng)量運(yùn)行時(shí)，可獲得一個(gè)對(duì)燃燒合適的風(fēng)煤比。但隨著磨煤機(jī)出力下降，風(fēng)煤比增大，煤粉濃度降低。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛溫度水平本已降低，又加上風(fēng)煤比過大，對(duì)煤粉著火和穩(wěn)定燃燒會(huì)更加不利。特別是國產(chǎn)機(jī)組自動(dòng)控制水平較低，許多電廠在磨煤機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)基本不調(diào)整其通風(fēng)量，使低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)風(fēng)煤比顯著偏離合適值。
????對(duì)一次風(fēng)管風(fēng)速風(fēng)量和煤粉濃度的在線監(jiān)測(cè)，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(yùn)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(shí)，在給煤量變化的同時(shí)，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板開度或一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使進(jìn)入磨煤機(jī)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(shí)，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(jī)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(duì)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)的影響。
????綜上所述，對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)來說，采用一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)具有十分重要的意義。

３ 直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)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(cè)的應(yīng)用面臨著許多問題：
（1）測(cè)量設(shè)備在氣固兩相流環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)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(cè)量設(shè)備不能耐磨。測(cè)量設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中易產(chǎn)生變形、磨損，不能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，不能為鍋爐的燃燒提供有用的運(yùn)行參數(shù)。
（3）不能保證測(cè)量設(shè)備的低壓損，增加了管道原有風(fēng)阻。磨煤機(jī)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(cè)量設(shè)備后，附加壓損可能影響原有的運(yùn)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?jī)x表對(duì)直管段長(zhǎng)度的要求。
（5）流速流量?jī)x表的精確度不能得到公認(rèn)，限制了新型流速流量?jī)x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?jī)x表的精確度和可靠性，流速流量?jī)x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(cè)系統(tǒng)根據(jù)伯努利方程原理，由測(cè)速裝置、變送器及人機(jī)界面組成。針對(duì)高速氣固兩相流的檢測(cè)環(huán)境，測(cè)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(zhǎng)期困擾直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)的難題。
????LUSE型一二次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
（1）取壓口采用特殊設(shè)計(jì)，兼顧高取壓效能、防止堵塞和保護(hù)靜壓測(cè)量管。
（2）特別設(shè)計(jì)的防堵元件借助測(cè)量介質(zhì)的動(dòng)能進(jìn)行取壓管道的全壁實(shí)時(shí)清灰。
（3）采用多曲迷宮式管路防止粉塵進(jìn)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(cè)介質(zhì)的動(dòng)能。
（6）集成耐磨熱電阻提供溫度補(bǔ)償。

4 直吹式鍋爐一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)的使用效果分析
4.1節(jié)煤費(fèi)用
????在使用一次風(fēng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，各管內(nèi)風(fēng)速實(shí)時(shí)顯示在DCS畫面上。制粉系統(tǒng)啟停進(jìn)程中，磨煤機(jī)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(yùn)行，大大提高鍋爐燃燒效率。
4.2節(jié)約設(shè)備費(fèi)用
????若系統(tǒng)缺乏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，火焰偏斜將會(huì)引起火嘴燒壞，而監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)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(huì)給電廠造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失。
4.3減少維護(hù)維修費(fèi)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(hù)費(fèi)用、停爐停產(chǎn)造成的各種損失費(fèi)用并延長(zhǎng)了鍋爐壽命。
????同時(shí)還有其它社會(huì)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(tái)300MW等級(jí)鍋爐為東方鍋爐廠引進(jìn)FW技術(shù)設(shè)計(jì)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(tái)FWEC公司D-10D型雙進(jìn)雙出球磨機(jī)構(gòu)成正壓直吹制粉系統(tǒng)。鍋爐滿負(fù)荷參數(shù)如下：

????機(jī)組投產(chǎn)后高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)加風(fēng)困難、不穩(wěn)定，燃燒經(jīng)濟(jì)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(cè)系統(tǒng)，對(duì)各噴燃器的風(fēng)粉配合、一二次風(fēng)配比進(jìn)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(jì)性，使得安順發(fā)電廠一期兩臺(tái)機(jī)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(cè)系統(tǒng)，為直吹式鍋爐的燃燒優(yōu)化提供了切實(shí)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(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)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(yùn)行優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，具有很高的社會(huì)效益和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。