基于新型風粉在線監測的鍋爐精細調平及優化技術

呂宏彪，聶濤，黃孝彬，梁龍飛

（1.國電投河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450016；2.國電投河南電力有限公司平頂山發電分公司，河南平頂山 467312；3.華北電力大學多相流及燃燒過程檢測與控制研究所，北京 102206；4.北京華清茵藍科技有限公司，北京 100085）

基于新型風粉在線監測的鍋爐精細調平及優化技術

呂宏彪1，聶濤2，黃孝彬3，梁龍飛4

（1.國電投河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450016；2.國電投河南電力有限公司平頂山發電分公司，河南平頂山 467312；3.華北電力大學多相流及燃燒過程檢測與控制研究所，北京 102206；4.北京華清茵藍科技有限公司，北京 100085）

長期以來，一次風粉的精細測量和控制在電廠應用有限，導致風粉的調整十分粗放，很大程度上制約了鍋爐燃燒優化及調整的效果。以魯陽電廠＃1鍋爐為例，介紹了采用新型風粉精確測量系統、風粉均衡調整的技術，實現了鍋爐制粉系統的精細調控和均衡燃燒，再熱器等受熱面壁溫偏差明顯減少，CO生成量大幅下降，燃燒后煙氣CO，NO x，O2在爐膛截面分布均勻，對脫硝系統的運行、節能減排都起到了重要作用。

風粉監測；風粉調平；燃燒優化；風煤比

0 引言

一次風粉的流速、濃度的精細控制及均勻分配是優化燃燒和實現低NOx排放的首要條件，對鍋爐的可靠性、經濟性和環保運行有著非常重要的意義，但是熱態條件下因缺乏精確的測量和調整手段，燃燒失衡問題一直存在。

隨著鍋爐容量和爐膛尺寸的不斷加大，不均衡燃燒的情況越來越嚴重。燃燒不均衡、風煤比差成為制約燃燒性能提升的關鍵問題。

傳統風粉測量采用皮托管進行測量［1］，主要測量的是送粉管道中一次風的風速，該種設備具有如下缺點：（1）測量設備易磨損；（2）常因煤粉堵塞測量設備造成測量不準確；（3）增加吹掃裝置后維護量大。

1 背景

電廠采用的傳統風粉調整設備為可調縮孔［2］，該設備有以下缺點：殼體積粉，易卡澀；長時間積粉自燃；磨損失效；調節線性不好。

為了解決風粉分配不均，實現各燃燒器功率的均衡調整和控制，最終改善鍋爐燃燒性能，魯陽電廠＃1鍋爐于2015年5月實施了基于在線監控的燃燒器功率調平及優化項目。

2 鍋爐燃燒存在的問題

國電投平頂山魯陽電廠＃1機組1 030MW鍋爐DG3000/26.15-Ⅱ1型鍋爐為高效超超臨界參數變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構∏型鍋爐。

該鍋爐存在以下問題：

（1）磨煤機出口一次風粉管道長度差異巨大，導致風粉沿爐膛寬度方向分布不均；

（2）母管至支管的一分二風粉分配器的使用，導致支管之間的風粉不均勻。

上述情況又造成沿爐膛寬度方向燃燒器輸出功率分布嚴重不均、爐內熱負荷偏差大、局部燃燒惡化、兩側煙溫汽溫偏差大、燃燒器配風困難等問題，嚴重影響鍋爐燃燒的經濟環保和運行安全問題［3］。

3 解決方案及改造情況

鍋爐風粉精細在線監測調平及優化系統采用領先的非接觸、陣列式靜電傳感器，共計48套，分別安裝在6臺磨煤機的一次風管支管上，能夠實現一次風煤粉流動參數的在線測量；在各磨煤機及風粉管道上加裝煤粉流速、濃度調整等設備，用于實現各燃燒器出口的煤粉濃度、流速在線可調可控；調平鍋爐各燃燒器的輸出功率和風煤比，實現燃料數量和風量的均勻控制及風煤比優化控制，從而改善鍋爐燃燒的性能。風粉在線監測及調平控制系統結構如圖1所示。

（1）全截面非接觸式煤粉流速濃度測量系統。

魯陽電廠＃1鍋爐風粉在線監測系統采用全截面、非接觸式煤粉流速濃度測量技術，對流經管道的煤粉進行全截面的感應和測量，精確可靠地測量每個管道中煤粉的流速、濃度等參數。

圖1 風粉在線監測及調平控制系統結構示意圖

該技術有以下優點。

1）非接觸式測量：測量探頭無任何部分侵入流體，對流體無任何擾動，最大可能地減少煤粉沖擊的磨損，可靠性極高。

2）全截面準確測量：煤粉流被傳感器完全包覆，可準確可靠地測量整個管道截面的風粉流動狀態。

3）陣列式靜電傳感設計：針對風粉流動的復雜性，陣列式設計可獲得更加穩定可靠的測量結果［4-5］。

4）本質安全：根據煤粉的自身的帶電特性進行測量，無任何能量注入管道，安全環保。

5）近零維護量：日常維護量幾近為零。

監測系統的安裝位置為＃1鍋爐48個燃燒器前段較長垂直管道或水平管道處。圖2所示為風粉在線測量系統現場安裝圖。

圖2 陣列式靜電傳感器的安裝圖

（2）磨煤機出口煤粉濃度均勻調整控制。針對磨煤機出口粉量分配不均，導致各一次風輸粉管道內煤粉濃度不均的問題，對制粉系統進行改造。安裝并應用了基于CFD仿真設計的煤粉濃度均衡調整裝置，通過改變分離器上方風粉動力場的分布對出口粉量的大小進行調節，進而調節進入各一次風粉管道內的煤粉濃度。

（3）磨煤機出口煤粉流速均衡調整控制。為解決從磨煤機出口多個輸出管路中的空氣和煤粉燃料在熱態下的阻力均衡問題，魯陽電廠＃1機組安裝了風粉平衡調整設備。通過改變磨煤機出口的差壓來平衡各管道的流動阻力，達到燃燒器出口煤粉流速的均衡。

（4）燃燒器功率調平控制系統。基于煤粉流速濃度的測量數據，對煤粉流速、流量偏差大的管道進行調整，使所有管道的風粉濃度、流速均在設定的偏差范圍內。

（5）配風優化控制。以風粉調平為基礎，優化燃燒器二次風配風方式，實現風量和煤量的最佳風煤比控制。

4 系統的應用效果

4.1 煤粉濃度調平控制情況

機組配置6臺中速磨煤機，每臺磨煤機配置4根一次風主管，進燃燒器前每根主管經一分二分配器分為2根支管，每臺磨煤機共計8根一次風支管。以A磨煤機為例，調整前，A磨煤機出口主管的煤粉分配情況如圖3所示。

調平后，煤粉濃度調整后的取粉試驗結果與調整前的取粉試驗結果如圖4所示。

圖3 A磨煤機一次風主管煤粉分配

圖4 A磨煤機調平前后試驗粉量分配

圖3、圖4對比可以看出：A磨煤機主管的煤粉流量分配偏差得到明顯的改善，各主管間的煤粉分配由原來的最大偏差7%降低到基本平衡的狀態。根據煤粉流量分配在線測量數據進行調整后，煤粉分配的實測情況和監測系統表盤指示基本吻合，這也進一步驗證了煤粉分配測量結果的有效性。從調試的過程反映出，當煤粉分配平衡后，各支管的煤粉流速基本平衡，也印證了濃度調整平衡的本質作用。

4.2 燃燒器出口煤粉流速調平效果

試驗對A-F磨煤機進行反復調平后，單個管道的流速相對偏差可控制在很小范圍以內，各磨煤機各管道煤粉流速與平均流速的平均偏差可控制在1%～5%。煤粉流速調平試驗表明，煤粉流速調整裝置對煤粉流速具有明顯的調整作用和良好的特性。

4.3 對鍋爐燃燒均勻性的改善效果

（1）再熱器、過熱器等受熱面壁溫偏差維持在很小的范圍內（20℃左右）；

（2）鍋爐主熱蒸汽、再熱蒸汽溫度能夠達到額定值，且減溫水具有一定調節裕量。

（3）低過煙道A，B側煙溫偏差維持在較低水平，低壓再熱器入口煙氣溫度偏差從61℃降至24℃。

（4）優化調整前煙氣含氧量的數據差異明顯，部分煙氣含氧量測點因CO過高而顯示異常。風粉調平及均衡配風優化后，煙氣含氧量測點絕大部分時間處于正常和差異不大的情況，表明鍋爐截面上煙氣含氧量分布變均勻，爐內燃燒工況顯著改善，各燃燒器燃燒均勻，無明顯的缺氧情況存在，CO含量排放顯著降低且分布均勻。優化前994MW負荷工況CO分布如圖5所示，優化后994MW負荷工況CO分布如圖6所示，其中A1～A8，B1～B8分別表示省煤器出口A，B側各8個測點的CO值。

圖5 優化前994MW負荷工況CO分布

圖6 優化后994MW負荷工況CO分布

4.4 燃燒效率的明顯提升

風粉調平及優化調整前的基準工況數據表明，由于鍋爐的風粉不均，燃燒處于惡化狀態，飛灰可燃物達到2.74%，排煙平均CO濃度高達2mL/L，950 MW下實測鍋爐效率僅為91.70%。

在制粉系統風粉調平及優化配風后，大幅改善了鍋爐燃燒，緩解了局部燃燒惡化的情況，有效抑制了CO的濃度。煙氣中局部CO排放濃度由調整前的超量程值（單點＞10mL/L）降低至0.500mL/L以內，鍋爐的灰渣可燃物含量也有一定的降低，其中僅CO產生的化學未燃盡熱損失項，優化后就降低了0.62%，灰渣可燃物降低約減少未燃碳熱損失0.2%。

5 結束語

經過優化，本項目很好地解決了燃燒器出口粉量和風量的均衡控制，實現了各燃燒器出口的煤粉濃度、煤粉流速在線可調可控；優化了燃燒器配風，極大地改善了各燃燒器之間的風粉偏差和風煤比，使爐內燃燒狀況和鍋爐燃燒性能得到了顯著提升。項目的成功實踐將為類似項目鍋爐燃燒改造提供一條行之有效的新途徑。

［1］張鑫涌.鍋爐一、二次風速及一次風粉在線監測系統在電廠中的應用［J］.電站輔機，1999（3）：26-32.

［2］尹靜.電站鍋爐一次風煤粉濃度測量方法的研究與應用［J］.儀器儀表學報，2003，24（S2）：27-28.

［3］李光輝.電廠鍋爐一次風煤粉濃度測量系統研究［D］.南京：南京理工大學，2007.

［4］許傳龍，湯光華，楊道業，等.氣固兩相流顆粒速度的靜電感應空間濾波測量方法［J］.中國電機工程學報，2007，27（26）：84-89.

［5］付飛飛，許傳龍，王式民等.基于陣列式靜電傳感器的密相力輸送煤粉顆粒運動特性分析［J］.東南大學學報，2013，43（3）：536-541.

（本文責編：劉炳鋒）

TV 222

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1674-1951（2016）11-0035-03

呂宏彪（1983—），男，河南平頂山人，高級工程師，從事燃煤發電廠鍋爐運行及節能降耗方面的研究和應用方面的工作（E-mail：18538163820＠163.com）。

聶濤（1975—），男，湖南益陽人，高級工程師，從事發電廠熱工過程控制方面的工作（E-mail：754106124＠qq.com）。

黃孝彬（1977—），男，云南曲靖人，副教授，工學博士，從事電站鍋爐燃燒運行優化研究方面的工作（E-mail：binhuangcn＠126.com）。

梁龍飛（1989—），男，河北藁城人，工程師，工學碩士，從事氣固兩相流測量的研究和應用方面的工作（E-mail：18510047440＠163.com）。

2016-10-14；

2016-10-18