磨煤机出口一次风速装置在600MW火电机组的应用及研究

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　　[摘 要]目前作为设计和指导锅炉燃烧调整的重要参数——锅炉一次风喷口风速，一直没有能实现实时、准确的测量，燃烧调整缺乏科学的手段，直接影响着锅炉的安全、经济、洁净运行。本文首先分析了目前我厂锅炉燃烧监测系统中存在问题，以及锅炉实现一次风速准确测量的重要性，并通过本厂磨煤机一次风速相关的设计、改造工作，详细叙述一套完整的风速监测系统的实施过程。并且对锅炉进行相关的冷、热态试验，确定和评价风速监测系统的实际使用效果。
　　[关键词]600WM；锅炉；磨煤机；一次风速；监测
　　中图分类号：J51-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0186-01
　　1 一次风速监测的实际意义
　　在实际运行过程中，如果发生较大的风量分配不匀时，由于锅炉燃烧工况不当造成的的设备问题仍然会频繁发生。因此，在燃烧设备一定的情况下，准确地测量影响锅炉燃烧工况的主要参数，进而有目的、有计划、精确地控制、调整燃烧，寻找和建立最佳的燃烧工况是非常必要的。由于煤粉悬浮燃烧是建立在固体微粒在宏观气态流场下进行燃烧化学反应模式基础上的。所以，在燃烧调整中，关键的调整项目是，首先保证锅炉磨煤机一次风速、风量的匹配均匀合理，在炉膛中建立起良好的空气动力工况。这对于携带煤粉的一次风风速、风量有着较为严格的要求。准确、可靠的测量出一次风速是建立起炉膛内部合理的空气动力场，降低炉膛的最高燃烧温度，有效控制NO2的生成量，是保证锅炉燃烧的安全、经济性，实现锅炉燃烧优化的基础。
　　大量运行实践表明：锅炉燃烧的安全性和经济性与一、二次风的调整有密切关系。对于一次风来说，风速过低易造成堵管、碰口着火距离过近甚至在一次风管道内燃烧，风速过低易造成断流、熄火放炮、送风管道磨损严重，风速不均易造成燃烧中心的偏移、局部结焦、锅炉爆漏等、因此对于携带煤粉的一次风监测有着较为严格的要求，虽然电厂试验人员在新建锅炉投运前或每次锅炉大修后会认真的对锅炉进行试验已调平配风，但锅炉经过一段时间运行后，当初的调试设定工况就会改变，因此要满足锅炉维持良好的运行状态，应该提供实时监测随时调整的手段。
　　改造前我厂锅炉运行风粉管内的风速缺乏监测，运行操作几乎都是运行人员根據总风压、风机电流和调节挡板开度、给煤机给煤率、一次风静压等参数来组织和调整燃烧。然而众所周知，由于各风管上静压的大小随着风管的长短、弯头的多少、风门挡板的开度大小等因素的变化，会变得各不相同，各风管的静压变化相当大。静压的大小不能直接反应管内风速的大小，因此利用传统的静压测量仪表很难合理的指导锅炉运行。
　　2 一次风速测量装置加装的益处
　　①加装一次风速设备，使得锅炉配风合理，燃烧比较稳定，可有效地降低排烟温度、降低飞灰含碳量、降低煤粉的机械及化学不完全燃烧的损失，提高锅炉效率。
　　②能合理的调整风粉比例。将一次风管道系统中的阻力调平后，各一次风管内的流速大小能间接的反应出管内煤粉浓度的大小。若某一管内煤粉浓度增加，由于输送煤粉的阻力增加，则管内风速就会降低，反之，就会升高。同时通过热平衡原理，对一次风管内的煤粉浓度进一步计算，供运行人员监视使用。
　　③能有效的防止堵管或断粉现象的发生。当某一次风管内的煤粉浓度过大，流速降低出现堵管迹象，或管内煤粉浓度过稀，流速过大出现断粉迹象，运行人员能依据风速的变化做出正确的判断。
　　④能有效控制锅炉的燃烧火焰中心，防止锅炉局部结焦，同时也能有效的防止火焰偏斜，降低炉膛出口两侧的烟温偏差，防止水冷壁及过热器爆管。
　　因此，如何加装一套先进的燃烧监测的手段，解决锅炉燃烧系统一次风喷口风速实时、准确测量的问题，被提到日程上来。
　　3 在线监测的难点及解决方案
　　由于气固两相流的复杂性，锅炉一次风速在线监测系统的应用的面临问题：
　　①磨煤机出口风粉管路受限于空间位置，往往不能满足流量仪表对直管段长度的要求。
　　②测量设备在气固两相流环境中长期可靠运行，必须要防堵，不用采用定期反吹等手段就可以实现长期免维护要求。
　　③为了保证测量的准确度，测量设备必须要耐磨。只有测量设备长期运行过程中，取压装置不产生任何变形、磨损，才能保证测量的准确度，才能为锅炉的燃烧提供有用的运行参考参数。
　　④必须保证测量设备的低压损，减少对管道原有风阻的影响。在一次风管道中，由于已经根据风阻调平每管的速度，所以安装测量设备后，要保证原有的运行状况。而在大风道中，由于流速较低，较低的压损可以降低风机运行速度，具有明显节能的效果。
　　我厂对于以上问题的解决方案：
　　我厂使用的一次风速测量装置是将经过精确标定的靠背式风速探头安装在风管内（如图1），探头前端产生的总压和后端产生的静压引至差压变送器，输出动压信号，再经过阐述补偿和数学运算处理可得风速，特点为：
　　①总压取压管的取压口优化设计，兼顾高取压效能、防止堵塞和保护静压取压管的作用。
　　②采用多曲迷宫式管路，二次滤室向上倾斜设置，能够在防止粉尘进入引压管的同事避免二次滤室的粉尘累计。
　　③在总压取压管外设有高温合金陶瓷层，由氧化铝耐磨陶瓷采用1850℃高温烧结而成，使其具有突出的防磨性能。
　　④特别设计的防堵元件借助测量介质的动能进行取压管道的全壁实时清灰，无需反吹扫装置。
　　4 一次风速装置的改造注意事项及过程
　　安装的注意事项：
　　①选择合适的安装位置和采用合理的措施是保证插入式防堵耐磨型风速测量装置（以下简称测速装置）能够准确测量的必要条件。
　　②为了保证测速装置的防堵功能发挥作用，应选择在水平管道上竖直安装。
　　③测速装置应垂直于气流方向，其感压孔面向气流流进的方向。
　　④选择前方直管段长度不小于 20 倍管道的当量直径，后方不小于 5 倍的位置安装测速装置。当直管段长度不够时，可按前 4 后 1 的比例适当调整。
　　⑤用仪表管将测速装置正、负压侧分别与差压变送器的正、负压侧连接，测速装置到差压变送器之间的信号管路应密封无泄漏，否则灰尘就会堵塞信号管路而无法准确测量。
　　⑥差压变送器的安装位置应高于测速装置，测速装置到差压变送器之间的仪表管走向应竖直向上，这样可有效避免仪表管内积灰。若现场无法满足差压变送器安装位置高于测速装置，则应将仪表管布置成∩型，禁止将仪表管布置成∪型，因为仪表管∪型布置会使管内慢慢积灰而最终堵塞信号管路。
　　⑦在测速装置的前方（来流方向）不小于 200 mm 处或后方不小于 500 mm 处制作直径不小于 50mm 的校验测量孔。校验测量孔应便于插入毕托管，现场校验人员也应能方便到达。
　　5 总结
　　由于测速装置到差压变送器之间引压管路（包括接头）的任何泄漏（哪怕是很小的泄漏）都会使灰尘堵塞信号管路而无法准确测量，我厂一次风速取样管路全段所有接口处均采用焊接方式进行连接（包括一次门与取样管路及测量装置与取样管路），防止日后运行出现堵管现象。
　　经过乌沙山电厂2号机组磨煤机一次风速改造，以及后期近3个月的观察，充分证明了我厂使用的PBS防堵耐磨型风速测量装置具有结构简单，测试精度高，可靠性强，安装方便，免维护的特点，可以实现锅炉燃烧系统一次风速的实时准确测量，风速测量的误差小于3%，并且对于一次风速精确调整所带来燃烧优化的效果非常显著，由此产生了巨大的安全、经济和社会环保效益。
　　参考文献
　　[1] 吴镇扬.数字信号处理的原理与实现[M].南京：东南大学出版社，1997.
　　[2] 徐科军.信号处理技术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001.
　　作者简介：
　　王倩（1989），女，助理工程师，工学学士，主要从事火力发电厂热工控制系统维护及检修工作，dxdxdingookk@163.com。
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