一次風在線監測系統在直吹式鍋爐上的應用

本文介紹了目前得到廣泛應用的大容量直吹式鍋爐機組制粉系統的特性，分析了直吹式鍋爐應用一次風在線監測系統的重要性。實踐證明，一次風在線監測系統在直吹式鍋爐燃燒運行控制過程中對于提高自動控制調節水平和提高鍋爐燃燒效率具有很強的必要性。
[關鍵詞] 直吹式制粉系統?? 燃燒優化? 負荷調節　一次風在線監測

1 概述
????直吹式制粉系統和傳統的中間倉儲式制粉系統相比，系統簡單，沒有細粉分離器、粉倉、可調給粉機等設備；且在貧煤燃燒的著火、穩燃、燃盡方面具有明顯的優勢。在新近一輪的火力發電廠大規模電源點建設中使用貧煤的鍋爐上，大量配用磨煤機直吹式系統。
????為提高自動調節水平、負荷響應速度和燃燒效率，以及燃燒燃盡度和避免局部結渣，直吹式鍋爐對于制粉系統所供煤粉濃度、細度的均勻性、風粉分配、煤粉細度、風煤比、各風管參數均勻性可調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管一次風風量風速風量進行監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風速風量的解決方案以及在實踐中取得的成功應用情況。

2 直吹式鍋爐對一次風在線監測的需求
2.1燃燒調整的需要
????配置直吹式制粉系統的鍋爐，一次風粉流量均衡性直接影響到鍋爐的燃燒均勻穩定，由于輸粉管道的長度不同、彎頭數量不同等因素導致各粉管的綜合阻力系數不同，在相同的壓差下并列運行會引起風粉分配不均。
????鍋爐制粉系統各一次風管道的阻力調平一般都是采用冷態純空氣阻力調平法，即在冷態情況下，當純空氣流過同一層一次風管時，在幾根阻力較小的一次風管上加上開度合適的節流圈，使其與阻力最大的一次風管相平衡。實質上，這樣的阻力調整方法，只能保證鍋爐燃燒系統同一層各一次風管至燃燒器出口的阻力在冷態下的平衡，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流過風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管中風粉流速和濃度的不一致。即使采用了熱態帶粉阻力調平，各節流圈也可能產生不均衡磨損，導致一次風均勻性惡化。
????某600MW鍋爐運行一段時間后，一度出現了再熱汽溫一側偏低的異常現象，影響到機組的經濟、安全運行。該爐燃燒系統采用雙進雙出冷一次風機正壓直吹式系統，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流圈（縮孔），通過調節各縮孔的開口大小，可平衡各管阻力及一次風流量。該爐機組調試中，進行過粉管阻力調整，但長期運行后，各磨煤機煤粉管道的節流孔圈產生不均勻的磨損，使風粉均勻性重新變差，以致影響鍋爐內燃燒均勻性，使得主汽溫、再熱汽溫A、B兩側偏差大。如果采用一次風在線監測，則可以及時發現運行過程中的異常并采取措施進行調整。
2.2煤粉細度和風煤比調整的需要
????鍋爐燃用煤種變化時，所要求的經濟煤粉細度相應變化。應隨時調整煤粉細度以適應鍋爐運行負荷和燃料的變化。國內電廠通常僅在設備調試時調整好煤粉細度，運行中則不很重視相應的調節工作，因而實際運行中不能保證經濟的煤粉細度，影響了電廠運行經濟性。
????對于自動控制水平較高的直吹式鍋爐，鍋爐負荷變化的信號首先調整給煤機的給煤量，并相應調節一次風機的流量。在40%～100%磨煤機運行負荷范圍內，磨煤機通風量與磨煤機負荷率間呈線性關系，但由于制粉系統最小通風量的要求，決定了通風量必須維持在額定值的70%。一般當磨煤機以額定出力和相應額定通風量運行時，可獲得一個對燃燒合適的風煤比。但隨著磨煤機出力下降，風煤比增大，煤粉濃度降低。低負荷運行時，爐膛溫度水平本已降低，又加上風煤比過大，對煤粉著火和穩定燃燒會更加不利。特別是國產機組自動控制水平較低，許多電廠在磨煤機變負荷運行時基本不調整其通風量，使低負荷運行時風煤比顯著偏離合適值。
????對一次風管風速風量和煤粉濃度的在線監測，為可調式煤粉分配器提供調節的依據，或通過閉環控制系統在運行中連續調節煤粉分配器，可以使送入爐膛的風粉保持煤粉細度和風煤比最佳。
2.3快速負荷調節的需要
????鍋爐負荷指令變化時，在給煤量變化的同時，調節一次風量調節擋板開度或一次風機轉速，使進入磨煤機的一次風量變化，通風出力發生變化，由于氣流量的變化速度遠遠大于干燥量的變化速度，一次通風出力的變化較快。采用通風量超前變化的手段，在調節上改變給煤量的同時，改變通風量，雖然研磨出力來不及變化，但通風攜帶的煤粉量已發生變化，因此保持磨煤機風量調節的準確度和靈敏度可以減小制粉系統遲滯特性對鍋爐負荷調節的影響。
????綜上所述，對于直吹式制粉系統來說，采用一次風在線監測具有十分重要的意義。

３ 直吹式鍋爐一次風在線監測的難點及解決方案
????由于氣固兩相流的復雜性，直吹式鍋爐一次風在線監測的應用面臨著許多問題：
（1）測量設備在氣固兩相流環境中長期運行時不能滿足防堵要求，必須采用連續或定期反吹等手段。
（2）測量設備不能耐磨。測量設備在長期運行過程中易產生變形、磨損，不能保證測量的準確度，不能為鍋爐的燃燒提供有用的運行參數。
（3）不能保證測量設備的低壓損，增加了管道原有風阻。磨煤機出口各一次風管道已經根據風阻調平了各管速度，安裝測量設備后，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，限制了新型流速流量儀表的開發、研制和推廣應用。
（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型一二次風在線監測系統根據伯努利方程原理，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境，測速裝置采用專有技術徹底解決了堵塞、防磨、大壓損和低精度等長期困擾直吹式鍋爐一次風在線監測的難題。
????LUSE型一二次風在線監測系統具有如下特點：
（1）取壓口采用特殊設計，兼顧高取壓效能、防止堵塞和保護靜壓測量管。
（2）特別設計的防堵元件借助測量介質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 直吹式鍋爐一次風在線監測的使用效果分析
4.1節煤費用
????在使用一次風在線監測系統后，各管內風速實時顯示在DCS畫面上。制粉系統啟停進程中，磨煤機出口門、噴燃器門是否開足或關嚴，司爐均能一清二楚。這樣就能保證鍋爐在較為合理的風煤比下運行，大大提高鍋爐燃燒效率。
4.2節約設備費用
????若系統缺乏監測系統，火焰偏斜將會引起火嘴燒壞，而監測系統實施之后，則將徹底避免類似情況發生。
若因局部結焦引起水冷壁爆管，將會給電廠造成巨額的經濟損失。
4.3減少維護維修費用
????由于杜絕了爐膛偏心結焦，風管堵塞等，每年潛在的節省了大量的維修、維護費用、停爐停產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，減少了環境污染等。
????貴州安順發電廠地處高原，燃用貴州轎子山無煙煤和當地小窯煤。一期兩臺300MW等級鍋爐為東方鍋爐廠引進FW技術設計制造的DG1025/18.2-II10型亞臨界壓力中間一次再熱的自然循環W火焰鍋爐。制粉系統配四臺FWEC公司D-10D型雙進雙出球磨機構成正壓直吹制粉系統。鍋爐滿負荷參數如下：

????機組投產后高負荷運行時加風困難、不穩定，燃燒經濟性很差且容易出現汽溫不足，經制造廠家多次燃燒調整也未能解決。2001年在大修期間安裝了一次風在線監測系統，對各噴燃器的風粉配合、一二次風配比進行了科學的組織，保證了各噴燃器煤粉濃度，一二次風速的合理性，使著火迅速，燃燒完全，鍋爐滿負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濟性，使得安順發電廠一期兩臺機組每年可節約燃煤67392噸，折合人民幣741.3萬元。

5 結論
????采用LUSE型系列一二次風在線監測系統，為直吹式鍋爐的燃燒優化提供了切實可行的解決方案，通過與可調式煤粉分配器的協調工作使得一次風的分配得到優化，改善鍋爐運行的安全性和經濟性，避免燃燒器燒損、水冷壁或其它區域結焦、熱負荷不均造成爆管、還原性氣氛下的局部高溫腐蝕等一系列問題，為燃燒運行優化奠定了基礎，具有很高的社會效益和技術經濟效益。