李海浩，李明，王鋼鋒

(華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠(以下簡稱華能銅川電廠)Ⅰ期工程2×600 MW機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司采用美國ABB-CE燃燒工程公司引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的HG-2070/17.5-YM9型鍋爐，采用等離子點(diǎn)火啟動方式，為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、控制循環(huán)、四角切向燃燒方式、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)干式排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的∏形汽包爐。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷(B-MCR)工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 070 t/h，過熱器、再熱器蒸汽出口溫度為541 ℃，給水溫度為283.4 ℃。

華能銅川電廠#1鍋爐聲波氣體溫度測量系統(tǒng)于2011年10月技術(shù)改造完成后開始投入使用，2011年11月18日，西安熱工研究院有限公司對該測量系統(tǒng)進(jìn)行了性能驗(yàn)收試驗(yàn)，得出了該系統(tǒng)具有較高測量精度的結(jié)論，模擬顯示溫度和實(shí)測結(jié)果接近，相對誤差在±1.31%。

1 聲波氣體溫度測量技術(shù)原理

聲波氣體溫度測量系統(tǒng)的基本原理是基于聲波在氣體介質(zhì)中的傳播速度，建立氣體組分和絕對溫度的函數(shù)，氣體中的聲速按照一個(gè)溫度的函數(shù)變化，使其受到聲路氣體成分的影響。這些關(guān)系采用下面的等式來描述。

(1)

式中：c為氣體里的聲速，m/s；d為聲波傳播的距離，m；t為聲波傳播的時(shí)間，s；r為氣體比熱，在常壓下氣體的比熱是一個(gè)常數(shù)；R為氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)；T為熱力學(xué)溫度，K；M為氣體摩爾質(zhì)量，kg/mol。

把一個(gè)聲源(發(fā)射器)安裝在爐子或鍋爐的一邊，把麥克風(fēng)(接收器)安裝在對邊，一個(gè)聲音信號就能夠被發(fā)射器發(fā)送，接收器探測。因?yàn)樵诎l(fā)射器和接收器之間的距離是已知并固定的，通過測量聲音信號的傳播時(shí)間就可以計(jì)算出發(fā)射器和接收器之間路徑的氣體平均溫度。

應(yīng)用下面的等式，溫度也可以用攝氏溫度來表達(dá)。

tC=(d/Bt)2×106-273.16 ，

(2)

2 聲波氣體溫度測量系統(tǒng)就地安裝位置

在#1鍋爐爐膛被測面標(biāo)高49.1 m處， 安裝8個(gè)聲波傳感器(4個(gè)發(fā)射接收器，2個(gè)發(fā)射器和2個(gè)接收器)，這樣，在整個(gè)測量平面內(nèi)共形成22條聲波傳播路徑。

在煙道過熱器后標(biāo)高62.3 m處，安裝2個(gè)聲波傳感器并設(shè)置1條路徑(1個(gè)發(fā)射器1個(gè)接收器)，形成1條路徑用于監(jiān)測溫度(灰分程度)。在鍋爐燃燒區(qū)標(biāo)高58.2 m處，同樣安裝2個(gè)聲波傳感器并設(shè)置1條路徑(1個(gè)發(fā)射器1個(gè)接收器)，以監(jiān)測溫度作為基準(zhǔn)溫度，通過模型計(jì)算，即可確定積灰程度。 現(xiàn)場聲波傳感器布置情況如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場聲波傳感器布置圖

系統(tǒng)運(yùn)行后，按設(shè)定的程序，在一個(gè)檢測周期內(nèi)順序啟、閉各個(gè)聲波發(fā)射接收器，信號經(jīng)放大器進(jìn)入分組控制單元(PCU)處理后得到每條路徑聲波傳播時(shí)間。

PCU將每個(gè)路徑溫度信息通過RS-422端口傳輸?shù)絋MSIS-4000專用工業(yè)計(jì)算機(jī)，由TMS-2000專用工業(yè)計(jì)算機(jī)為運(yùn)行人員提供溫度場等溫線圖、路徑圖、爐管泄漏圖、區(qū)塊圖以及時(shí)間趨勢圖等直觀化的信息。

3 聲波氣體溫度測量系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 在鍋爐點(diǎn)火啟動過程中的應(yīng)用

(1)在鍋爐點(diǎn)火啟動過程中，可以參照聲波氣體溫度測量系統(tǒng)測出的爐膛出口溫度，通過燃燒調(diào)整，控制鍋爐溫升速度在合理范圍內(nèi)，同時(shí)在機(jī)組并網(wǎng)前控制爐膛出口溫度不超過538 ℃，防止再熱器干燒損壞。

(2)在鍋爐點(diǎn)火啟動過程中，根據(jù)聲波氣體溫度測量系統(tǒng)的實(shí)際情況，觀察爐膛出口溫度，在爐膛出口煙溫達(dá)到500 ℃以上及省煤器后煙溫達(dá)到270 ℃以上方可投入第2臺磨煤機(jī)運(yùn)行，以防止第2臺磨煤機(jī)投入運(yùn)行后燃燒不完全而發(fā)生鍋爐爆燃或尾部煙道再燃燒事故。

(3)在鍋爐點(diǎn)火啟動過程中，爐膛出口溫度應(yīng)逐步上升，若聲波氣體溫度測量系統(tǒng)測試出爐膛出口溫度忽高忽低、溫度場變化劇烈的情況，此時(shí)要結(jié)合爐膛負(fù)壓、汽包水位等重要參數(shù)來判斷鍋爐燃燒是否正常，并通過調(diào)整燃煤量大小、二次小風(fēng)門開度、磨煤機(jī)風(fēng)煤比、氧量大小等參數(shù)來改善爐膛出口溫度不穩(wěn)定的狀況，爐膛出口煙溫顯示狀況如圖2所示，圖2中橫坐標(biāo)表示時(shí)刻，縱坐標(biāo)表示攝氏溫度。

圖2 爐膛出口煙溫顯示狀況

(4)在鍋爐點(diǎn)火啟動過程中，通過聲波氣體溫度測量系統(tǒng)觀察爐膛火焰中心的位置，若發(fā)現(xiàn)火焰中心偏斜，此時(shí)可能會出現(xiàn)某個(gè)角燃燒不好或滅火，要通過磨煤機(jī)出口火檢強(qiáng)度、等離子圖像或就地觀火孔來檢查燃燒情況，以此判斷燃燒器某個(gè)角燃燒不好或滅火。若檢查發(fā)現(xiàn)某個(gè)角燃燒不好要分析查找原因，檢查等離子電流、載體風(fēng)壓、二次小風(fēng)門等參數(shù)控制是否合適并做出相應(yīng)的調(diào)整，以改善燃燒狀況。若檢查發(fā)現(xiàn)某個(gè)角滅火，短時(shí)處理后仍不正常時(shí)，鍋爐要立即滅火，待查明原因，爐膛重新吹掃后再進(jìn)行點(diǎn)火啟動，以防止發(fā)生鍋爐爆燃和尾部煙道再燃燒事故，爐膛火焰中心顯示狀況如圖3所示。

圖3 爐膛火焰中心顯示狀況

3.2 在機(jī)組正常運(yùn)行中的應(yīng)用

(1)可以根據(jù)背景噪聲曲線判別爐內(nèi)是否有泄漏發(fā)生。若發(fā)現(xiàn)噪聲曲線波動較大，立即就地檢查，以此判斷爐內(nèi)是否出現(xiàn)“四管”泄漏情況，背景噪聲曲線狀況如圖4所示，圖4中橫坐標(biāo)表示時(shí)刻，縱坐標(biāo)表示噪度。

圖4 背景噪聲曲線

(2)在正常情況下，爐膛出口溫度為1 100～1 450 ℃。若聲波氣體溫度測量系統(tǒng)顯示爐膛出口溫度低于1 100 ℃，要結(jié)合爐膛負(fù)壓、磨煤機(jī)火檢強(qiáng)度等參數(shù)情況來判斷鍋爐是否出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的情況；若等溫線顯示爐膛出口溫度高于1 450 ℃，要結(jié)合過/再熱蒸汽減溫水量大小、排煙溫度、爐膛吹灰時(shí)渣量大小等參數(shù)來判斷爐膛內(nèi)部是否出現(xiàn)結(jié)焦或著火推遲火焰中心偏高等情況。

(3)通過燃燒調(diào)整，降低爐膛火焰中心高度，控制爐膛出口溫度低于1 400 ℃，可有效減少熱力型NOx的生成量。

(4)在正常情況下，聲波氣體溫度測量系統(tǒng)顯示的爐膛火焰中心位置在中間。若顯示火焰中心位置偏斜時(shí)，要檢查燃燒器4個(gè)角的擺角是否一致；檢查各角的二次小風(fēng)開度是否一致，是否出現(xiàn)卡澀異常；檢查磨煤機(jī)出口煤閥是否出現(xiàn)誤關(guān)情況；檢查磨煤機(jī)出口煤粉管是否出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過上述參數(shù)分析查找火焰中心位置偏斜的原因，應(yīng)針對性地進(jìn)行處理。

(5)通過分析過熱器分隔屏和后屏之間的溫度測點(diǎn)23，24的變化趨勢，可隨時(shí)掌握爐內(nèi)的結(jié)焦程度，合理安排鍋爐吹灰，溫度測點(diǎn)23，24的顯示情況如圖5所示。

圖5 溫度測點(diǎn)23，24的顯示情況

(6)隨著檢修后鍋爐運(yùn)行時(shí)間的延長，聲波氣體溫度測量系統(tǒng)顯示的爐膛出口火焰中心位置逐漸偏斜，由于磨煤機(jī)出口4根煤粉管可調(diào)縮孔磨損，火焰中心逐漸偏斜的原因可能是一次風(fēng)速不平衡，此時(shí)需要進(jìn)行一次風(fēng)速調(diào)平工作。

(7)當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)負(fù)荷低、煤質(zhì)差或低負(fù)荷斷煤而造成隔層燃燒時(shí)，要通過聲波氣體溫度測量系統(tǒng)觀察爐膛出口溫度的變化情況，如果顯示爐膛出口溫度大幅降低，在爐膛負(fù)壓波動較大及磨煤機(jī)火檢信號強(qiáng)度降低較大時(shí)，要及時(shí)采取鍋爐穩(wěn)燃措施，防止燃燒不穩(wěn)滅火。

4 運(yùn)行中遇到的問題及解決方法

(1)該系統(tǒng)在投入使用初期，頻繁出現(xiàn)測量溫度顯示異常(溫度顯示為1 500～2 000 ℃或爐膛火焰中心異常偏斜)，檢查發(fā)現(xiàn)就地測量裝置探頭處結(jié)焦堵塞嚴(yán)重。2012年7月，對每個(gè)探頭就地加裝空氣炮定期吹掃后該問題基本消除，加裝空氣炮的情況如圖6所示。

圖6 就地加裝的空氣炮

(2)聲波氣體溫度測量系統(tǒng)測出的數(shù)據(jù)未引入機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)，無法將爐膛出口溫度、鍋爐氧量、二次風(fēng)門開度、各磨煤機(jī)煤量大小等曲線組合在一起進(jìn)行分析總結(jié)，以便得出各個(gè)參數(shù)變化后對整個(gè)燃燒工況的影響，以追求更高的鍋爐燃燒效率。此項(xiàng)工作目前還沒有開展，還需要后續(xù)引入。

5 結(jié)束語

綜上所述，利用前瞻性的高新科學(xué)技術(shù)手段，采用了鍋爐聲波氣體溫度測量系統(tǒng)，為鍋爐運(yùn)行工作提供了可靠直觀的調(diào)節(jié)依據(jù)。此項(xiàng)工作在國內(nèi)電廠首次嘗試并取得了初步的成效，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Q/HNTD-102.03—2012 華能國際電力開發(fā)公司銅川照金電廠集控運(yùn)行規(guī)程[S].