呂宏彪，聶濤，黃孝彬，梁龍飛

（1.國電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心，鄭州 450016；2.國電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南平頂山 467312；3.華北電力大學(xué)多相流及燃燒過程檢測與控制研究所，北京 102206；4.北京華清茵藍(lán)科技有限公司，北京 100085）

基于新型風(fēng)粉在線監(jiān)測的鍋爐精細(xì)調(diào)平及優(yōu)化技術(shù)

呂宏彪1，聶濤2，黃孝彬3，梁龍飛4

（1.國電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心，鄭州 450016；2.國電投河南電力有限公司平頂山發(fā)電分公司，河南平頂山 467312；3.華北電力大學(xué)多相流及燃燒過程檢測與控制研究所，北京 102206；4.北京華清茵藍(lán)科技有限公司，北京 100085）

長期以來，一次風(fēng)粉的精細(xì)測量和控制在電廠應(yīng)用有限，導(dǎo)致風(fēng)粉的調(diào)整十分粗放，很大程度上制約了鍋爐燃燒優(yōu)化及調(diào)整的效果。以魯陽電廠＃1鍋爐為例，介紹了采用新型風(fēng)粉精確測量系統(tǒng)、風(fēng)粉均衡調(diào)整的技術(shù)，實現(xiàn)了鍋爐制粉系統(tǒng)的精細(xì)調(diào)控和均衡燃燒，再熱器等受熱面壁溫偏差明顯減少，CO生成量大幅下降，燃燒后煙氣CO，NO x，O2在爐膛截面分布均勻，對脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行、節(jié)能減排都起到了重要作用。

風(fēng)粉監(jiān)測；風(fēng)粉調(diào)平；燃燒優(yōu)化；風(fēng)煤比

0 引言

一次風(fēng)粉的流速、濃度的精細(xì)控制及均勻分配是優(yōu)化燃燒和實現(xiàn)低NOx排放的首要條件，對鍋爐的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保運(yùn)行有著非常重要的意義，但是熱態(tài)條件下因缺乏精確的測量和調(diào)整手段，燃燒失衡問題一直存在。

隨著鍋爐容量和爐膛尺寸的不斷加大，不均衡燃燒的情況越來越嚴(yán)重。燃燒不均衡、風(fēng)煤比差成為制約燃燒性能提升的關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)風(fēng)粉測量采用皮托管進(jìn)行測量［1］，主要測量的是送粉管道中一次風(fēng)的風(fēng)速，該種設(shè)備具有如下缺點：（1）測量設(shè)備易磨損；（2）常因煤粉堵塞測量設(shè)備造成測量不準(zhǔn)確；（3）增加吹掃裝置后維護(hù)量大。

1 背景

電廠采用的傳統(tǒng)風(fēng)粉調(diào)整設(shè)備為可調(diào)縮孔［2］，該設(shè)備有以下缺點：殼體積粉，易卡澀；長時間積粉自燃；磨損失效；調(diào)節(jié)線性不好。

為了解決風(fēng)粉分配不均，實現(xiàn)各燃燒器功率的均衡調(diào)整和控制，最終改善鍋爐燃燒性能，魯陽電廠＃1鍋爐于2015年5月實施了基于在線監(jiān)控的燃燒器功率調(diào)平及優(yōu)化項目。

2 鍋爐燃燒存在的問題

國電投平頂山魯陽電廠＃1機(jī)組1 030MW鍋爐DG3000/26.15-Ⅱ1型鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)∏型鍋爐。

該鍋爐存在以下問題：

（1）磨煤機(jī)出口一次風(fēng)粉管道長度差異巨大，導(dǎo)致風(fēng)粉沿爐膛寬度方向分布不均；

（2）母管至支管的一分二風(fēng)粉分配器的使用，導(dǎo)致支管之間的風(fēng)粉不均勻。

上述情況又造成沿爐膛寬度方向燃燒器輸出功率分布嚴(yán)重不均、爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大、局部燃燒惡化、兩側(cè)煙溫汽溫偏差大、燃燒器配風(fēng)困難等問題，嚴(yán)重影響鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)環(huán)保和運(yùn)行安全問題［3］。

3 解決方案及改造情況

鍋爐風(fēng)粉精細(xì)在線監(jiān)測調(diào)平及優(yōu)化系統(tǒng)采用領(lǐng)先的非接觸、陣列式靜電傳感器，共計48套，分別安裝在6臺磨煤機(jī)的一次風(fēng)管支管上，能夠?qū)崿F(xiàn)一次風(fēng)煤粉流動參數(shù)的在線測量；在各磨煤機(jī)及風(fēng)粉管道上加裝煤粉流速、濃度調(diào)整等設(shè)備，用于實現(xiàn)各燃燒器出口的煤粉濃度、流速在線可調(diào)可控；調(diào)平鍋爐各燃燒器的輸出功率和風(fēng)煤比，實現(xiàn)燃料數(shù)量和風(fēng)量的均勻控制及風(fēng)煤比優(yōu)化控制，從而改善鍋爐燃燒的性能。風(fēng)粉在線監(jiān)測及調(diào)平控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）全截面非接觸式煤粉流速濃度測量系統(tǒng)。

魯陽電廠＃1鍋爐風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)采用全截面、非接觸式煤粉流速濃度測量技術(shù)，對流經(jīng)管道的煤粉進(jìn)行全截面的感應(yīng)和測量，精確可靠地測量每個管道中煤粉的流速、濃度等參數(shù)。

圖1 風(fēng)粉在線監(jiān)測及調(diào)平控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該技術(shù)有以下優(yōu)點。

1）非接觸式測量：測量探頭無任何部分侵入流體，對流體無任何擾動，最大可能地減少煤粉沖擊的磨損，可靠性極高。

2）全截面準(zhǔn)確測量：煤粉流被傳感器完全包覆，可準(zhǔn)確可靠地測量整個管道截面的風(fēng)粉流動狀態(tài)。

3）陣列式靜電傳感設(shè)計：針對風(fēng)粉流動的復(fù)雜性，陣列式設(shè)計可獲得更加穩(wěn)定可靠的測量結(jié)果［4-5］。

4）本質(zhì)安全：根據(jù)煤粉的自身的帶電特性進(jìn)行測量，無任何能量注入管道，安全環(huán)保。

5）近零維護(hù)量：日常維護(hù)量幾近為零。

監(jiān)測系統(tǒng)的安裝位置為＃1鍋爐48個燃燒器前段較長垂直管道或水平管道處。圖2所示為風(fēng)粉在線測量系統(tǒng)現(xiàn)場安裝圖。

圖2 陣列式靜電傳感器的安裝圖

（2）磨煤機(jī)出口煤粉濃度均勻調(diào)整控制。針對磨煤機(jī)出口粉量分配不均，導(dǎo)致各一次風(fēng)輸粉管道內(nèi)煤粉濃度不均的問題，對制粉系統(tǒng)進(jìn)行改造。安裝并應(yīng)用了基于CFD仿真設(shè)計的煤粉濃度均衡調(diào)整裝置，通過改變分離器上方風(fēng)粉動力場的分布對出口粉量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入各一次風(fēng)粉管道內(nèi)的煤粉濃度。

（3）磨煤機(jī)出口煤粉流速均衡調(diào)整控制。為解決從磨煤機(jī)出口多個輸出管路中的空氣和煤粉燃料在熱態(tài)下的阻力均衡問題，魯陽電廠＃1機(jī)組安裝了風(fēng)粉平衡調(diào)整設(shè)備。通過改變磨煤機(jī)出口的差壓來平衡各管道的流動阻力，達(dá)到燃燒器出口煤粉流速的均衡。

（4）燃燒器功率調(diào)平控制系統(tǒng)?；诿悍哿魉贊舛鹊臏y量數(shù)據(jù)，對煤粉流速、流量偏差大的管道進(jìn)行調(diào)整，使所有管道的風(fēng)粉濃度、流速均在設(shè)定的偏差范圍內(nèi)。

（5）配風(fēng)優(yōu)化控制。以風(fēng)粉調(diào)平為基礎(chǔ)，優(yōu)化燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)方式，實現(xiàn)風(fēng)量和煤量的最佳風(fēng)煤比控制。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用效果

4.1 煤粉濃度調(diào)平控制情況

機(jī)組配置6臺中速磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)配置4根一次風(fēng)主管，進(jìn)燃燒器前每根主管經(jīng)一分二分配器分為2根支管，每臺磨煤機(jī)共計8根一次風(fēng)支管。以A磨煤機(jī)為例，調(diào)整前，A磨煤機(jī)出口主管的煤粉分配情況如圖3所示。

調(diào)平后，煤粉濃度調(diào)整后的取粉試驗結(jié)果與調(diào)整前的取粉試驗結(jié)果如圖4所示。

圖3 A磨煤機(jī)一次風(fēng)主管煤粉分配

圖4 A磨煤機(jī)調(diào)平前后試驗粉量分配

圖3、圖4對比可以看出：A磨煤機(jī)主管的煤粉流量分配偏差得到明顯的改善，各主管間的煤粉分配由原來的最大偏差7%降低到基本平衡的狀態(tài)。根據(jù)煤粉流量分配在線測量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整后，煤粉分配的實測情況和監(jiān)測系統(tǒng)表盤指示基本吻合，這也進(jìn)一步驗證了煤粉分配測量結(jié)果的有效性。從調(diào)試的過程反映出，當(dāng)煤粉分配平衡后，各支管的煤粉流速基本平衡，也印證了濃度調(diào)整平衡的本質(zhì)作用。

4.2 燃燒器出口煤粉流速調(diào)平效果

試驗對A-F磨煤機(jī)進(jìn)行反復(fù)調(diào)平后，單個管道的流速相對偏差可控制在很小范圍以內(nèi)，各磨煤機(jī)各管道煤粉流速與平均流速的平均偏差可控制在1%～5%。煤粉流速調(diào)平試驗表明，煤粉流速調(diào)整裝置對煤粉流速具有明顯的調(diào)整作用和良好的特性。

4.3 對鍋爐燃燒均勻性的改善效果

（1）再熱器、過熱器等受熱面壁溫偏差維持在很小的范圍內(nèi)（20℃左右）；

（2）鍋爐主熱蒸汽、再熱蒸汽溫度能夠達(dá)到額定值，且減溫水具有一定調(diào)節(jié)裕量。

（3）低過煙道A，B側(cè)煙溫偏差維持在較低水平，低壓再熱器入口煙氣溫度偏差從61℃降至24℃。

（4）優(yōu)化調(diào)整前煙氣含氧量的數(shù)據(jù)差異明顯，部分煙氣含氧量測點因CO過高而顯示異常。風(fēng)粉調(diào)平及均衡配風(fēng)優(yōu)化后，煙氣含氧量測點絕大部分時間處于正常和差異不大的情況，表明鍋爐截面上煙氣含氧量分布變均勻，爐內(nèi)燃燒工況顯著改善，各燃燒器燃燒均勻，無明顯的缺氧情況存在，CO含量排放顯著降低且分布均勻。優(yōu)化前994MW負(fù)荷工況CO分布如圖5所示，優(yōu)化后994MW負(fù)荷工況CO分布如圖6所示，其中A1～A8，B1～B8分別表示省煤器出口A，B側(cè)各8個測點的CO值。

圖5 優(yōu)化前994MW負(fù)荷工況CO分布

圖6 優(yōu)化后994MW負(fù)荷工況CO分布

4.4 燃燒效率的明顯提升

風(fēng)粉調(diào)平及優(yōu)化調(diào)整前的基準(zhǔn)工況數(shù)據(jù)表明，由于鍋爐的風(fēng)粉不均，燃燒處于惡化狀態(tài)，飛灰可燃物達(dá)到2.74%，排煙平均CO濃度高達(dá)2mL/L，950 MW下實測鍋爐效率僅為91.70%。

在制粉系統(tǒng)風(fēng)粉調(diào)平及優(yōu)化配風(fēng)后，大幅改善了鍋爐燃燒，緩解了局部燃燒惡化的情況，有效抑制了CO的濃度。煙氣中局部CO排放濃度由調(diào)整前的超量程值（單點＞10mL/L）降低至0.500mL/L以內(nèi)，鍋爐的灰渣可燃物含量也有一定的降低，其中僅CO產(chǎn)生的化學(xué)未燃盡熱損失項，優(yōu)化后就降低了0.62%，灰渣可燃物降低約減少未燃碳熱損失0.2%。

5 結(jié)束語

經(jīng)過優(yōu)化，本項目很好地解決了燃燒器出口粉量和風(fēng)量的均衡控制，實現(xiàn)了各燃燒器出口的煤粉濃度、煤粉流速在線可調(diào)可控；優(yōu)化了燃燒器配風(fēng)，極大地改善了各燃燒器之間的風(fēng)粉偏差和風(fēng)煤比，使?fàn)t內(nèi)燃燒狀況和鍋爐燃燒性能得到了顯著提升。項目的成功實踐將為類似項目鍋爐燃燒改造提供一條行之有效的新途徑。

［1］張鑫涌.鍋爐一、二次風(fēng)速及一次風(fēng)粉在線監(jiān)測系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用［J］.電站輔機(jī)，1999（3）：26-32.

［2］尹靜.電站鍋爐一次風(fēng)煤粉濃度測量方法的研究與應(yīng)用［J］.儀器儀表學(xué)報，2003，24（S2）：27-28.

［3］李光輝.電廠鍋爐一次風(fēng)煤粉濃度測量系統(tǒng)研究［D］.南京：南京理工大學(xué)，2007.

［4］許傳龍，湯光華，楊道業(yè)，等.氣固兩相流顆粒速度的靜電感應(yīng)空間濾波測量方法［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（26）：84-89.

［5］付飛飛，許傳龍，王式民等.基于陣列式靜電傳感器的密相力輸送煤粉顆粒運(yùn)動特性分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報，2013，43（3）：536-541.

（本文責(zé)編：劉炳鋒）

TV 222

B

1674-1951（2016）11-0035-03

呂宏彪（1983—），男，河南平頂山人，高級工程師，從事燃煤發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行及節(jié)能降耗方面的研究和應(yīng)用方面的工作（E-mail：18538163820＠163.com）。

聶濤（1975—），男，湖南益陽人，高級工程師，從事發(fā)電廠熱工過程控制方面的工作（E-mail：754106124＠qq.com）。

黃孝彬（1977—），男，云南曲靖人，副教授，工學(xué)博士，從事電站鍋爐燃燒運(yùn)行優(yōu)化研究方面的工作（E-mail：binhuangcn＠126.com）。

梁龍飛（1989—），男，河北藁城人，工程師，工學(xué)碩士，從事氣固兩相流測量的研究和應(yīng)用方面的工作（E-mail：18510047440＠163.com）。

2016-10-14；

2016-10-18