便攜式一次風粉測量系統及其在燃煤電廠的應用

西斐（上海）工業控制有限公司 趙 鵬

燃出力不均。設計時為平衡各粉管阻力，會在粉管直段設置可調縮孔，其開度由理論計算確定，但實際運行中很難達到預期效果。常用方法是對各粉管一次風粉進行定期測量，對可調縮孔進行調節，直至結果滿足標準要求。傳統一次風粉測量比較繁瑣：煤粉取樣探針僅能在垂直的兩個方向取樣，無法對粉管內截面進行360°無死角取樣，難以做到自動等速取樣，風速探針和煤粉取樣探針進退標識不易識別，密封用壓縮空氣開關靠手動，測量數據需手工錄入，測量需多人配合完成，測量過程易受人為干擾，耗時長、效率低，測量結果無法即時可視化呈現，設備搬運不便。

圖1 系統組成

便攜式一次風粉測量系統克服了傳統測量系統不足，測量效率高、體驗好、結果更準確。系統組成如圖1，主要部件為：2風速探針，3探針連接線，5旋轉型煤粉取樣探針，6煤粉取樣軟管，7、8密封風軟管及接頭，9遙控器，1A 工業電腦，1C 控制箱，1D 壓縮空氣接口，1G 標識桿及彩色定位塊，1O 漏斗，1P 工具箱，1R 過濾器及罩殼，1V、1W 探針固定架。

1 測量流程

接上電源和氣源，連接好相關附件，做好準備和檢查工作。對主菜單各項目進行設置，主要包括機組編號、磨煤機編號、煤粉管道編號、粉管內徑、測量口個數、單個測量口的測點數量、測量周期、測量口距上游彎曲段距離及旋轉型探針噴嘴設置值。

1.1 風速測量

通常將煤粉管道截面分成若干面積相等的同心環，每個圓環再分成兩個面積相等的部分，風速測點就在兩部分的分界面上[2]，風速測量通過兩個互相垂直的測量口進行。風速探針經第一測量口插入煤粉管道，探針指針對準第一個標識塊（綠色的，對應粉管內第一個測點），旋合無塵連接件（密封作用），系統自動關閉密封空氣并啟動風速測量程序，開始對第一測點進行5s 的測量，測量期間程序界面會以綠色顯示當前測量點“1”，同時顯示倒計時，當倒計時至“0”時，將探針向外抽出至黃色表示的第二點后，程序再次進行5s 的倒計時測量。按同樣的規律，依次對第3～12個測點進行測量。最后一個測點結束后系統自動開啟密封空氣，抽出探針。將風速探針安裝到第二測量口上進行同樣的測量。以上所有程序操作都通過遙控器進行操作，所有測量數據的記錄和計算都由系統自動處理，最終會以Excel 數據表圖的形式呈現。

圖3 煤粉取樣測量原理

1.2 煤粉濃度測量

煤粉取樣滿足ISO9931標準，其優勢在于僅通過一個測量口就能對粉管截面64個測點進行取樣測量（如圖4左所示）。煤粉取樣探針上有四個取樣噴嘴，噴嘴位置取決于粉管內徑[3]，將粉管內徑輸入系統，系統會將噴嘴待設置值自動顯示在程序界面上，操作者可據此對探針各噴嘴進行定位，定位原則如圖3所示。

圖4 煤粉取樣測量過程

如圖4所示，將密封風固定件與測量口球閥連接后，程序開啟密封用壓縮空氣，打開手動球閥，將設置好取樣噴嘴位置的旋轉型煤粉探針插入煤粉管道，旋合無塵連接件（啟密封作用），程序關閉密封用壓縮空氣并啟動煤粉取樣測量程序，開始對第一組測點（探針上4個取樣噴嘴為4個測點）進行15s的測量，在測量期間程序界面會顯示當前測量組“1”，同時顯示倒計時過程，當倒計時至“0”時需及時旋轉探針噴嘴至第二組測點位置（4個噴嘴桿同步旋轉22.5°），程序再次進行15s 的倒計時取樣，程序界面顯示當前測量組“2”。

需要說明的是：程序進行第一組測點15s 倒計時后會自動進行第二組測點15s 的倒計時，并不會給出多余時間給操作者，因此操作者應時刻關注程序界面，以便及時旋轉探針噴嘴。按同樣的規律，直到旋轉16次噴嘴桿（16x22.5°=360°）完成所有64個測點的測量（見圖3左）。當最后一組測點取樣結束后，程序開啟密封用壓縮空氣，抽出探針，關閉球閥并程序關閉密封用壓縮空氣。以上所有程序操作都通過遙控器進行控制。然后收集煤粉取樣探針軟管及煤粉過濾袋中的煤粉樣本并稱凈重，最后將煤粉重量輸入程序中，其余所有測量數據的記錄和計算都由系統自動進行，最終會以Excel 數據表圖的形式呈現。

2 系統在燃煤電廠的應用

某電廠1號機組配置300MW 亞臨界四角爐。鍋爐配5臺中速磨，每臺磨出口對應4根煤粉管道。各組粉管測量口[4]見圖5，可見A～C 磨測量口距上游可調縮孔較近，其中A 磨測量口距可調縮孔約0.3米，B 和C 磨測量口距可調縮孔約0.45米。此外A磨測量口距下游彎曲段非常近。首先使用風速探針對粉管進行測量，這種探針能對含塵濃度較大的一次風速進行測量，由系統采集并記錄數據，系統對速度數據進行準確讀取，并在采樣周期內對速度數據進行平均，消除了湍流和不穩定可能造成的不利影響；煤粉抽取用前述符合ISO9931標準的旋轉型探針實現。煤粉的抽取率是通過速度數據來確定的，而速度是由通過每根管道的總氣流來確定的。測量過程中磨煤機分別保持穩定負荷。

圖5 A～E 磨煤機出口管道測量口布置

對每臺磨的四根粉管先進行風速測量，再進行煤粉流率測算。根據標準要求，應滿足同一臺磨各粉管的風速偏差在±5%以內，煤粉流率偏差在±10%以內。如偏差較大應對相應粉管的可調縮孔進行調節，直至滿足標準為止。若多次測量調整仍無法同時滿足標準要求，優先考慮煤粉流率的平衡（偏差在±10%以內）。其中C 磨和E 磨原始測量結果表明其風粉都充分平衡，不需進行調節；而對A 磨，其原始平衡比較差，經多次調整可調縮孔并測量后其結果仍不理想，很可能是測量口和可調縮孔距下游彎曲段太近（圖7A）。最終A 磨的可調縮孔又恢復至初始位置。對于B 和D 磨，經不斷調整煤粉流率得到充分平衡，但風速平衡受到輕微不利影響，根據經驗，只要風速上下變動不大仍會使燃燒得到改善。各磨對應粉管的風速偏差和煤粉流率偏差見圖6～7。

圖6 各磨粉管風速偏差

圖7 各磨粉管煤粉偏差

3 結語

這種便攜式一次風粉測量系統是根據ASME PTC4.2及ISO9931標準對煤粉管道中一次風及煤粉流率進行測量的一整套集成系統。該系統帶來了一種現代化的測量技術，能解決傳統系統在一次風及煤粉測量過程中遇到的可靠性差、效率低和精確度不高的問題。在一臺300MW 鍋爐上應用了該測量系統。測量過程中，對A～E 磨煤機出口粉管上的可調縮孔進行反復調節（如有調節必要）后，除A、B 磨外其余各臺磨對應粉管的風速偏差基本控制在±5%以內，煤粉流率偏差基本控制在±10%以內。若從風速和粉量不能同步達標時以粉量優先考慮，除原始布置不佳的A 組煤粉管道外，經調整后其余煤粉管道的均勻性均比較好。