電站鍋爐風粉計算機在線監測系統

李琪

摘 要：火力發電廠鍋爐一、二次風速和風量調整的依據大都采用傳統的靜壓表測量，以間接反映其工況。由于靜壓值與風速之間沒有一個確定的關系用來計算出風速及風量值，很難根據靜壓值將各燃燒器的風煤參數調整到合理值，因而采用鍋爐風粉計算機在線監測系統，可實現實時監測，使鍋爐達到均衡燃燒狀態，使鍋爐的燃燒更加穩定。由于該監測系統穩定準確，鍋爐自動投入率達100%，因此能夠準確判斷燃燒器的負荷分配、堵管、斷粉及自燃現象，可指導燃燒調整，使風粉均勻合理的配置，且有明顯的節能效果和很高的實用價值。

關鍵詞：計算機; 鍋爐效率; 燃燒; 風量; 煤粉濃度

中圖分類號：TN915-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)09-0139-02

Computer-based On-line Monitoring System of Air and Coal Powder for Power Plant Boiler

LI Qi

(Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

Abstract： The second wind speed and air volume of most boilers in thermal power plants are adjusted by means of the traditional static pressure measurement to indirectly reflect their condition. Becouse there is no certain relationship between static pressure and wind speed for calculation of the air flow value,and it is difficult to adjust the air flow and coal quantity parameters to areasonable value according to the static pressure value,a computer-based on-line monitoring system of air and coal powder for boiler is proposed to achieve the real-time monitoring,boiler combustion state equilibrium and stable combustion. The monitoring system can accurately judge the combustor′s load distribution,plugging,off-powder and spontaneous pheno-menon. It is helpful for the air and coal powder uniform rational allocation,improves significant energy efficiency and has a high practical value.

Keywords： computer; boiler efficiency; combustion status; air flow; coal-powder concentration

0 引 言

眾所周知，電站鍋爐燃燒過程中的一、二次風速和風量，每個燃燒器的煤粉流量及風粉之間的比例，直接影響著鍋爐的燃燒工況和鍋爐的燃燒效率。在運行中，電站鍋爐經常會產生以下現象：飛灰可燃物高，爐膛內部結焦，燃燒器燒壞及燃燒不穩等，以上現象除了與燃燒器，爐膛結構有關外，還與各燃燒器的一、二次風量，煤粉量有著很大的關系。雖然爐膛過?？諝庀禂当徽{整在允許的范圍內，但是對于某一個或多個燃燒器來講，風量和粉量的配比都不一定在一個合理的范圍內。如果某個燃燒器的煤粉流量和風量不均或比例偏離正常范圍，將導致不完全燃燒或燃料不夠，爐效就降低，并且會產生以上的問題；此外，由于一次風管的風速與煤粉濃度的控制不當，極易造成鍋爐一次風管道的堵塞或自燃，嚴重情況下引起鍋爐滅火。因此調整好每個燃燒器的風量和煤粉濃度及其之間的比例，將有利于完全燃燒，并能保證爐膛內部空氣動力場平衡和穩定，控制好著火點和火焰中心位置，避免局部結焦和管屏局部過熱等現象，有利于提高鍋爐運行效率和降低鍋爐運行維護費用。

1 加裝風粉系統的目的

為解決上述問題可安裝一套鍋爐風粉在線監測系統。該系統可通過計算機對鍋爐的一次風速、風量、風粉混合溫度、煤粉濃度、煤粉量進行實時監測，并在CRT上顯示，為鍋爐運行人員提供科學而準確的依據，使他們能及時掌握鍋爐燃燒狀況，提高鍋爐運行的安全性、穩定性和經濟性。華能榆社發電廠1#、2#爐自加裝風粉監測系統以來，實現了對每一風管風速的實時監測。在就地安裝均速流量傳感器、溫度測點，將差壓、溫度信號在采集柜中轉換，用雙絞線送至集控DCS系統，到CRT中顯示，并配以圖形、數字、報警等畫面，實現遠方監控。這是為運行人員提供一套調整風粉配比的有效手段，為鍋爐運行人員提供科學而準確的依據，使他們能及時掌握鍋爐燃燒狀況，提高了鍋爐運行的安全性、穩定性和經濟性。

2 系統測量原理

在中儲式鍋爐燃燒系統中，供給鍋爐的煤粉由給粉機控制。煤粉與空氣在一次風管里混合后，在一次風的攜帶下被送到爐膛內燃燒。流體力學和空氣動力學理論及實踐表明，流體的流速與其動壓或與其節流壓差的均方根成正比。因此，在一次風管上安裝均速流量傳感器，當流體流過時在其前后端產生差壓信號，取回這個差壓信號，經過參數補償和數學運算處理，就可得出一次風風速。此外，在一次風管、煤粉管、風粉混合物后的一次風管段，分別加裝溫度測點，用來測量一次風溫度、煤粉溫度及風粉混合物的溫度。然后，由流體的質量守恒和能量守恒方程計算出煤粉濃度。計算公式如下：

(1) 風速v

v=K?2Δpρ

(1)

式中：v為風速 ；Δp為均速流量傳感器差壓；ρ為熱風體積質量；K為流速標定系數。

(2) 風量q

q=Av

(2)

式中：q為風的體積流量；A為風管道截面積。

(3) 煤粉濃度μ

μ=Cairt1－

C″air

t2Ccoalt3－

C″coal

t2－f(t1,t2,t3)

(3)

式中：C為風及煤粉的熱容；t1為熱風溫度；t2為煤粉溫度；t3為風粉混合物溫度。

3 系統結構組成

榆社電廠410 t/h鍋爐共裝測點68個。其中一次風差壓12個（變送器、均速流量探頭），熱風溫度2個，煤粉溫度2個，風粉混合物溫度12個，一次風噴嘴附近風管溫度20個；二次風差壓20個（變送器、均速流量探頭）。電站鍋爐風粉在線監測系統主要由風量測量傳感器、溫度傳感器、壓力變送器、智能數據采集裝置、智能控制輸出裝置、工業控制計算機以及高性能的采集控制軟件等部分組成。現場采集回的信號傳至DCS柜中的ADAM-4520模塊，將其RS 485信號轉換成RS 232信號送至操作員站主機的CPM1口。在操作員站上開辟虛擬DPU，配置虛擬AI卡，完成對現場采集的數據的計算、顯示、分析和判斷，并對運行故障進行報警。系統的主要硬件構成如圖1所示。

該監測系統具有系統安全可靠，抗干擾能力強；系統反映靈敏，故障率低；畫面直觀易于操作的優點。

圖1 硬件系統結構圖

4 系統功能

利用風粉在線監測系統可很方便地進行一次風速、給粉機及配風的性能調整，可對鍋爐的燃燒狀況進行分析、判斷并提供調整的依據，對參數越限和運行故障進行報警。

在線監測：各燃燒器的一次風速和風量；二次風速和風量；熱風溫度、煤粉溫度、各一次風管的風粉混合物溫度、各燃燒器的煤粉濃度。

斷粉報警：一次風管內熱風溫度與風粉混合物溫度相近時，煤粉濃度接近于零，說明給粉機發生故障。

堵管報警：當一次風管內風速、風粉混合物溫度等參數異常偏小，是管道堵塞的先兆。

自燃報警：一次風管內風粉混合物溫度明顯高于熱風溫度時，一次風管內煤粉發生自燃。

一次風量及一次風速調整：司爐可通過CRT畫面監測一次風速，調整一次通風量，使四角配風量均勻。

一次風管給粉量調平：在一次風速調平的基礎上，司爐通過對風粉混合溫度的監測，調整給粉機轉速，使四角風粉濃度比基本一致，以避免爐膛發生結焦和局部過熱現象。

數據管理功能：在線可進行參數設置修改；可歷史數據查詢、打?。粓缶瘮祿涗洝⒉樵儭?/p>

通過風粉在線監測系統，可合理調整各給粉機的轉速，使各燃燒器的煤粉濃度亦達到均勻，以實現平衡送風、均等給粉、優化燃燒、提高鍋爐的燃燒效率的目的。通過風粉在線監測系統還可做給粉機特性試驗，一、二次風門擋板嚴密性試驗，燃燒器負荷分配調整及配風調整等一些性能試驗。

5 結 語

鍋爐風粉在線監測系統采用數據采集模塊組成分布式數據采集系統，提高了采集系統的可靠性和布置的靈活性，采用可視化語言編制的配套應用軟件，使運行人員的監視直觀、方便，操作更加簡單，風粉配比更加準確，為鍋爐運行燃燒調整提供了準確數據，已成為鍋爐運行人員調整燃燒及判斷故障的重要手段。經過運行，取得了良好的效果。為運行人員提供了及時、可靠、全面的實時數據，可使運行人員掌握機組運行狀況，并能及時發現問題，采取有效的措施進行調整，避免不少事故的發生，使改造達到了預期的效果。該系統對于提高鍋爐運行可靠性、經濟性、防止事故發生等方面都具有很重要的意義。

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