鍋爐燃燒風粉在線監測與燃燒運行優化的分析

摘 要：煤粉鍋爐能夠均衡各種類型的燃燒器出力、對燒燃器噴口處的煤粉濃度、出口速度等進行合理配置，對鍋爐安全穩定的運行起到十分重要的促進作用。煤粉鍋爐利用風粉在線監測系統對爐膛四角的風粉進行調平處理，保障負荷的平均分配，防止出現堵管、斷粉等現象，提高了鍋爐效率，達到了燃燒優化的目的。本文將對鍋爐風粉在線監測系統進行分析，并對燃燒運行優化措施加以闡述。

關鍵詞：鍋爐；風粉；在線監測；燃燒優化

燃煤鍋爐燃燒與一次風的風速、煤粉濃度等具有較大關聯，并且存在較強的穩定性、可靠性。工作人員按照給粉機轉動的速度以及一次風的靜壓登記等便能夠對相關參數進行調整。但是，大部分工作人員在操作中單純的按照個人經驗對風粉濃度進行調整，以此來控制燃燒，很容易產生爐內煤粉濃度不均勻等問題，因此需要利用風粉在線監測的方式，對燃燒運行進行優化處理。

1 設備問題

在A發電廠中所使用的設備類型為單汽包自然循環鍋爐IT型，倉儲式制粉系統具有熱風送粉、固態除渣作用，并且全懸吊式，主要參數為：初始主汽蒸發量為670t/h，再熱汽蒸發量為588t/h，壓力在15.4MPa左右，給水溫度大約為245℃。由于燃煤鍋爐中的風粉濃度與一次、二次風大小之間的聯系較大，能夠關系到鍋爐的燃燒效率，因此在對其進行在線監測之前，在鍋爐的四角中常常存在配風不均問題，導致風煤比例失調，致使鍋爐爆管、燃燒器變形等事故發生。究其原因，主要是由于缺乏安全可靠的監測系統，能夠對風量、煤粉濃度等參數進行實時監測。

2 鍋爐風粉在線監測系統分析

2.1 系統構成

在A發電廠中，鍋爐風粉在線監測系統包括故障診斷系統、優化燃燒系統等，主要的構成要素為數據采集器、傳感器、計算機、工業控制系統等。由溫度傳感器與風速傳感器的數值傳輸到I/O卡件，然后經過DPU處理以后，通過DCS顯示出來。

2.2 參數測量

在系統中各項參數的測量方面，主要包括一次風溫度、煤粉溫度、風粉混合溫度以及一次風速度，參數測量方式分別為：對于一次風溫度的測量采用空預器出口溫度；煤粉的溫度為粉倉內部煤粉溫度；風粉混合溫度為任意粉管混合器中經過混合處理后的溫度；一次風速，在使用混合器之前對一次風速進行測量。[1]

2.3 煤粉濃度測量

在對煤粉濃度進行測量時，按照能量平衡原理，對一次風溫度、風粉混合后的溫度、煤粉溫度等參數進行測量，以此來明確一次風管內部的煤粉濃度，具體的表達公式為：

式中，μ代表的是一次風管中的煤粉濃度，計算方式為煤粉的重量與風力的比值；c1與c2代表的是空氣混合之前的比熱，c3與c4代表的是空氣混合之后的比熱；t1代表的是一次風熱溫度；t2代表的是煤粉溫度；t3代表的是風粉混合以后的溫度；μ1代表的是一次風管中的內部損失。

3 風粉在線監測系統在鍋爐燃燒優化中的應用

在鍋爐的優化燃燒過程中，煤粉與空氣之間的合理配比屬于根本保障，而對鍋爐燃燒影響最大的因素為煤粉氣流出口的均勻性，應保障所有燃燒器都能夠按照相應的比例向爐內運送空氣和煤粉時，才能夠獲得最佳的燃燒工況。反之，如若煤粉與空氣之間的比例相差較為懸殊，則噴燃器在運行的過程中，即便鍋爐中剩余空氣數量符合固定標準，但是也將在一定程度上產生不良結果。因此，需要將在線監測系統應用其中，對一次風的溫度與速度進行反應，并且實施監測燃燒器中出口的速度、四角配風均勻性等參數，使故障問題的發生幾率得到顯著降低，實現對鍋爐燃燒的優化處理。

3.1 燃燒器出口速度優化

在鍋爐負荷降低的過程中，爐內的燃煤數量較少，使燃燒過程中產生的總體風量也隨之降低，進而使一次、二次風的速度大幅降低。當爐膛中溫度下降時，爐內的穩定性也會受到一定的影響，這時四角煤粉氣流一旦相互配合不當，則會產生火苗不穩問題。對此，可以采用風粉監測系統，適當的降低燃燒器出口的風速，使一次風的燃燒提前，并且增加爐內切圓的直徑大小，進而提升燃燒穩定性。

3.2 控制燃燒量

主蒸汽壓力調節器中能夠對壓力設定與測量之間的數值大小進行測定，進而將熱量信號輸出，使熱量信號向著給煤量數值轉變。對于一次風在線監測系統來說，煤粉濃度與設定值之間的差距可以看作為給粉調節輸入，能夠對每個給粉機轉動速度進行控制，進而按照實際負荷對一次風管中的煤粉濃度進行衡量，保障進入爐內的煤粉數量得到合理控制。此種控制方式對于進入爐膛中的煤粉量來說具有十分有效的控制作用，因此可以避免燃燒量不足或者過多對鍋爐穩定性產生的不良影響，還能夠保障汽壓的穩定。[2]

3.3 一次風在線監測

對一次風進行在線監測能夠保障燃燒器的出口流速與煤粉濃度，進而實現燃燒優化的目標。風粉在線監測主要是對不同類型風管在爐膛中的煤粉濃度進行監測。由于氣體與固體之間較為復雜，因此對一次風與煤粉濃度進行測量的難度較大。對此，本文在壓差法的基礎上，以爐膛負壓作為單回路系統，將被調量作為爐膛負壓，在爐膛中火苗跳動激烈的情況下，對送風量進行調解，從控制信號中引入前饋信號，經過補償器進行引風調節，使送風量發生改變的過程中，引風量也隨之發生變化，從而使兩種風量之間產生比例上的變化，進而對爐膛中負壓的穩定性進行有力的保障，使一次風得到有效的監測。

4 結論

綜上所述，在利用鍋爐風粉在線監測系統進行燃燒優化的過程中，首先要對一次風管中的煤粉進行實時測量，并且與實際情況相結合，保障二次風量、引風量數值的合理性，使鍋爐能夠在合理的空氣系數下燃燒。一旦鍋爐出現負荷變動情況時，應對爐膛內部的負壓進行及時維護，這樣做不但能夠提升燃燒經濟性，還能夠為鍋爐的安全穩定運行提供切實保障。

參考文獻：

[1]周乃君.基于風粉監測的煤粉鍋爐燃燒工況動態仿真與操作優化專家系統研究[D].中南大學，2016.

[2]王鋒，茹愛忠.用風粉在線監測實現鍋爐燃燒優化的閉環控制[J].甘肅電力技術，2015（3）：21-23.

作者簡介：王巨龍（1988-），男，滿族，遼寧丹東人，熱能與動力工程助理工程師。