浅谈煤粉细度在线监测技术在锅炉系统中的应用研究

浅谈煤粉细度在线监测技术在锅炉系统中的应用研究

刘龙方忠夏

陕西北元化工集团股份有限公司热电分公司

摘要：为了使锅炉燃用合格的煤粉，获得较高的燃烧效率，及时反映磨煤机的运行状况，对煤粉细度进行有效的监测，改变人员定期取样、化验。通过在线监测装置可以监测送粉管道内煤粉流速、浓度、细度，同时能看到同台磨煤机四根煤粉管道风速是否相同，如果不相同可根据风速可调节可调缩孔，使每台磨煤机的各根一次风管的一次风速基本一致，从而保证进入炉膛的一次风口风速基本相同，使进入炉内的气流不偏斜，为优化锅炉燃烧调整提供可靠的数据[1]。若在线风粉测量装置发生任何故障时，可及时发出报警信号和具体报警信息，为整体锅炉运行时煤粉的均衡分配和风煤比的调整可提供重要依据。

关键词：煤粉浓度；煤粉速度；煤粉细度；一次风调平

引言：某电厂有4台高温、高压、自然循环∏型布置、单汽包室内布置、紧身封闭、四角切圆燃烧、固态排渣的电站锅炉，锅炉燃用烟煤，采用中速磨煤机直吹式制粉系统，四角切向布置百叶窗式水平浓淡燃烧器。每台锅炉设置四台HP663型磨煤机，每台磨煤机有4根磨煤机输送煤粉管道，与目前超临界和超超临界机组的燃烧效率差值比较大，煤耗较高。要在现有工艺设计的基础上，最大限度的提高锅炉运行效率，实现节能减排就必须从锅炉燃烧运行的一些关键环节入手，通过精确监控手段使锅炉在较为理想的工况下运行。

一、在线监测技术的工作原理

采用目前国内最新的交流电荷感应式测量原理，该原理的理论基础出自现代原子物理学中的一种自然现象：即任何两种不同物质，在动态环境下相互经过会感应产生电荷信号；这种感应信号，与物质本身是否带电无关，仅仅与物质自身的质量、成份及流速有关，其它各种工况因素对感应信号均无影响，非常适合风粉系统气固两相流复杂工况下的煤粉参数精确测量。与传统静电荷法感应的静电荷信号相比，无源质量感应信号，不仅有大小的变化，还可以反映物质成份的特性，属于物质的特征信号，系统正是依据信号的特征值来分析计算各项参数的[2]。

二、技术要求

1）浓度测量要求：每支风管能够独立连续测量，应显示测量周期内的平均浓度、测量精度优于1%，浓度测量范围：0.05～2kg/m3。

2）速度测量要求：每支风管能够独立测量，应显示测量周期内的平均速度、测量精度小于1%，速度测量范围：2～60m/s，重复度0.1％。

3）细度测量要求R90：≤22%，每支风管能够独立测量，应显示测量周期内的平均细度、测量精度优于1%，细度测量范围：1～40%。

4）每台磨配配有用于细度标定用的全自动煤粉取样装置。

5）整体系统应具有完善的自诊断功能，具有高度的可靠性，系统发生任何故障都能自动报警并显示故障类型。

6）测量系统选用的传感器探头必须采用耐磨性能非常高的钨钴合金材料，在使用周期内探头的磨损应不影响装置测量的精度和准确度。并且探头要便于安装、维护和更换，探头更换后，系统可以自动校准，不需人工校准。

7）设备必须具备绝对流速测量功能无需流速标定。

8）测量装置的输出信号应稳定、可靠，测量装置应具有抗干扰能力。

9）DCS系统可实时显示各分支管煤粉流量的百分比浓度瞬时值、细度实时值、支管内煤粉的流速。

10）风粉测量装置发生任何故障时，可及时发出报警信号和具体报警信息。

11）每个测点逻辑上独立，物理上每台磨煤机4根粉管的4个测点构成一组，进行单组调试。包括电气调试、柜内组网调试、测点界面组态、零满点设置、量程设置。

12）煤粉细度测量标定采用准确度高的全自动煤粉取样装置进行取样，人工化验细度，采用60%、100%负荷进行两点式量程标定。

13）就地控制机柜应包括现场信号处理单元、信号接口端子、现场总线接口以及其他相应附件，每个测点应具有就地显示功能和参数输入功能。

14）控制装置以通讯方式提供每根煤粉管道的细度、浓度、风速等所有监测参数及各类报警信号至DCS系统。

三、在线监测技术应用与分析

根据在线检测数据调整磨煤机的可调缩孔，将每根煤粉管的流速调整到相对平衡的状态。具体运行数据如下：

1.风速、浓度、煤粉细度在线监测装置安装后，对每台磨煤机同层四根煤粉管道一次风进行了调平，调整前、后数据如下：

#1磨煤机一次风速调平表

通过试验我们得出：#2磨煤粉细度为19.69%，5-6月份#2磨煤粉细度为31.29%，降低了11.6%；#3磨煤粉细度为20.34%，5-6月份#3磨煤粉细度为32.29%，降低了11.95%；#4磨煤粉细度为27.49%，5-6月份#4磨煤粉细度为30.03%，降低了2.54%。通过热态一次风速调平前、后数据对比得出：#1磨煤机调整前一次风速最大差值为26.42%，调整后为4.42%，减小了22%的偏差；#2磨煤机调整前一次风速最大差值为16.25%，调整后为5.64%，减小了10.61%的偏差；#3磨煤机调整前一次风速最大差值为13.31%，调整后为4.87%，减小了8.44%的偏差；#4磨煤机调整前一次风速最大差值为19.25%，调整后为2.61%，减小了16.64%的偏差。此外打破了火力发电厂一次风调平试验需委托电力调试单位进行，节约了调试费用，一次风调平后的偏差值达到国内先进水平。

四、经济效益

当飞灰含碳量降低1％时，电厂的供电煤耗降低约0.8-2.09g/kwh。飞灰含碳量下降了2.54%、炉渣可燃物下降了2.35%。按供电煤耗降低平均约1.445g/kwh计算，供电煤耗降低3.67g/kwh，单台锅炉全年发电8.25亿度电，可节原煤3027吨，按每吨原煤375元计算，折合人民币约113万元。同时节约了电力科研单位进行一次风调平产生的费用10万元左右。

五、结论

某公司锅炉型号为：DGJ480∕9.81—‖5，磨煤机型号为：HP663，其中№3炉于2019年6月份加装煤粉细度在线监测，通过对炉燃烧器的各个粉管内煤量及流速的测量，为锅炉单个燃烧器为基础的均衡、充分、高效燃烧提供有力手段，从而大大减少目前出于环保压力而广为采用的锅炉低NOx燃烧系统所带来的未燃烬碳和污染物排放量；并通过风粉混合管内煤粉流速值，可推导出各个风粉混合管内的绝对煤粉量，从而可以检查一次风量是否适当，是否存在堵粉等现象。通过监视煤粉颗粒度的变化，可依此评判磨煤机工作性能的优劣及为锅炉燃烧提供的煤粉是否合格，并为调整磨煤机分离器挡板开度或动态分离器转速提供可靠依据。通过检测各个粉管内煤粉传输中的诸如粉量突增、突减等非稳定煤流现象，可及时获知燃烧性能劣化和压力的波动。建议在№1、2、4锅炉加装该装置。

参考文献：

[1]穆志刚煤粉浓度在线监测下煤粉锅炉的节能研究2019.04.053

[2]D3-SCM风粉系统说明书v2