劉 野，金曉陽，徐 堯，孫春蘭

(1.萬華化學(xué)(煙臺)氯堿熱電有限公司 山東 煙臺 264000；2.西安科瑞自動化有限責(zé)任公司 陜西 西安 710077)

0 引言

從煤粉燃燒的角度分析，煤粉細度越小，煤粉顆粒的著火和燃盡越容易，固體不完全燃燒熱損失就越?。淮送?，細小的煤粉細度可以適當(dāng)減少爐內(nèi)送風(fēng)，減少煙氣量，從而使得排煙熱損失降低。但對制粉設(shè)備而言，卻會影響自身出力、消耗較多的電能，而且金屬的磨損量也要增大。

因此在鍋爐設(shè)備運行中，對于一定的煤種，當(dāng)煤粉細度達到最佳值(稱之為經(jīng)濟細度或最佳細度)時，鍋爐的不完全燃燒損失和制粉電耗及金屬消耗之和最小。因此，如何準(zhǔn)確地檢測煤粉細度就顯得尤為重要。

1 煤粉細度測量方法現(xiàn)狀分析

目前燃煤機組煤粉細度主要通過“煤粉取樣”和“人工化驗”兩個主要步驟取得，如圖1所示。

圖1 煤粉細度的獲取流程

目前符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的煤粉細度常規(guī)測量方法有“手動平頭煤粉取樣器+人工化驗”和“全自動平頭煤粉取樣器+人工化驗”，這兩種煤粉細度測量方法存在的主要問題有：在取樣環(huán)節(jié)，手動煤粉取樣器為手動采樣，不能取得具有代表性的煤粉樣品；自動煤粉取樣器由于市場缺少專業(yè)化的、具有核心制造和檢測能力的規(guī)?；?yīng)商，技術(shù)上不能真正做到自動等速、等圓環(huán)取樣。在化驗環(huán)節(jié)，微量煤粉樣品需要進行人工篩分和稱重，由于人為因素的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)離散性加大。在調(diào)整運行參數(shù)環(huán)節(jié)，由于煤粉取樣、篩分、稱重過程復(fù)雜，通常8小時之后才能得到結(jié)果，不能實時指導(dǎo)制粉系統(tǒng)調(diào)整運行。

上述常規(guī)的煤粉細度測量方法主要問題集中在煤粉取樣的代表性上和實時性上，作為電力試驗的一種測試方式或鍋爐運行的參考數(shù)據(jù)時，上述問題被長期忽略；但是作為鍋爐運行中重要的特性參數(shù)，參與到燃燒優(yōu)化、深度調(diào)峰和制粉系統(tǒng)在線調(diào)整時問題就更加突出，現(xiàn)場急需能夠滿足代表性、實時性要求的煤粉細度在線測量系統(tǒng)。

2 煤粉細度在線測量系統(tǒng)

為解決煤粉細度的在線測量問題，實地考察了從事煤粉細度在線測量研究及生產(chǎn)制造較早的西安科瑞自動化有限責(zé)任公司，包括兩種技術(shù)類型的在線測量設(shè)備：第一種是由自動煤粉取樣器、煤粉細度分析裝置和篩分系統(tǒng)構(gòu)成，第二種是無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細度在線測量系統(tǒng)。經(jīng)過與現(xiàn)場適應(yīng)性的分析對比，第二種代表全新測量技術(shù)且具備國家技術(shù)發(fā)明專利的無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細度在線測量系統(tǒng)。

2.1 無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細度在線測量系統(tǒng)

無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細度在線測量系統(tǒng)，每個測定由一對垂直平行安裝在磨煤機出口送粉管道上的傳感器探頭和對應(yīng)的信號處理單元兩部分組成，如圖2所示。傳感器將被測煤粉的能量感應(yīng)信號輸出給信號處理單元，該單元結(jié)合數(shù)字信號處理技術(shù)，通過系列算法直接得到煤粉細度變化數(shù)據(jù)。

圖2 煤粉細度在線測量系統(tǒng)

無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細度在線測量系統(tǒng)功能特點包括：無需取樣直接測量管道內(nèi)煤粉細度，數(shù)據(jù)具有代表性，實時性強；在線連續(xù)監(jiān)測煤粉細度變化值，實時反映磨煤機的運行狀況；為在線調(diào)整煤粉細度提供有效的實時反饋信息；完全免維護設(shè)計，使用壽命長；安裝簡便，環(huán)境適應(yīng)性好。

3 煤粉細度在線測量系統(tǒng)的效果驗證

3.1 驗證方案設(shè)計

在工業(yè)現(xiàn)場實際應(yīng)用中，不僅要對系統(tǒng)的基本功能進行考核，還必須對該系統(tǒng)的實際測量效果進行嚴(yán)格的驗證。根據(jù)自動化控制技術(shù)和現(xiàn)場運行經(jīng)驗，設(shè)計有效可行的驗證方法，是新技術(shù)新產(chǎn)品在工業(yè)現(xiàn)場能夠成功應(yīng)用不可缺少的關(guān)鍵因素。

由于煤粉取樣化驗對比方式存在較多的不確定性，通過廣泛地研究與方案討論，選擇了在相對穩(wěn)態(tài)下磨煤機出入口差壓與煤粉細度變化的相關(guān)性作為測試標(biāo)準(zhǔn)，通過磨煤機工況變化實驗、分離器擋板開度變化實驗和人工取樣趨勢驗證這三個維度進行全面驗證，具體方法如下：

(1)選擇不同鍋爐的兩臺主力磨：例如2#爐A磨、4#爐A磨作為試驗對象。

(2)通過增加和降低一定給煤量，觀察分析煤粉細度在線測量系統(tǒng)各個粉管煤粉細度的變化趨勢和磨煤機出入口差壓變化對應(yīng)關(guān)系。

(3)在不影響磨煤機工作的前提下小范圍、短時改變磨煤機分離器擋板開度，直接改變磨煤機出粉細度，再次驗證在線細度監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正確性及變化趨勢。具體方法是用2#磨煤機做增加分離器擋板開度試驗，用4#磨煤機做減小分離器擋板開度試驗。

(4)通過安裝規(guī)范的全自動煤粉取樣設(shè)備，經(jīng)過多頻次人工取樣化驗對比，標(biāo)定校準(zhǔn)在線測量數(shù)據(jù)，進行趨勢驗證對比?，F(xiàn)場驗證運行情況如圖3～6所示。

圖3 2#磨煤機關(guān)系曲線圖

3.2 結(jié)果分析

通過圖3表明：當(dāng)給煤量1 t/h左右的增加時，反映煤層厚度變化的出入口差壓值也有0.6 Kpa的增加，說明煤層變厚，磨煤機阻尼變大，四個粉管的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)都不同程度減小了，磨煤機整體平均細度減小了2%。

通過圖4表明：當(dāng)給煤量0.9 t/h左右的減少時，反映煤層厚度變化的出入口差壓值也有0.4 Kpa的減小，說明煤層變薄，磨煤機阻尼變小，其中三個粉管的在線細度數(shù)據(jù)都增大了，另一個粉管的細度減小了。說明磨煤機出口煤量分配不均，各個粉管細度變化是不一致的，驗證煤粉細度需要獲取四根粉管參考流量的加權(quán)平均細度；本次試驗?zāi)ッ簷C整體平均細度增大了2.5%。煤粉細度在線測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化靈敏度以及趨勢正確，數(shù)據(jù)變化在合理范圍。

圖4 4#磨煤機關(guān)系曲線圖

通過圖5表明：分離器擋板開度增大，磨出入口差壓減小0.05 kPA，4個粉管煤粉細度不同程度增大，細度平均增大了3%。10分鐘后擋板恢復(fù)，在線細度值恢復(fù)。

圖5 增加擋板開度關(guān)系曲線圖

通過圖6表明：分離器擋板開度減小，磨出入口差壓增大0.01 kPA，4個粉管煤粉細度不同程度減小，細度平均減小了1%。5分鐘后擋板恢復(fù)，在線細度值恢復(fù)。

圖6 減小擋板開度關(guān)系曲線圖

通過磨煤機工況變化實驗、分離器擋板開度變化實驗、人工取樣趨勢驗證，說明在線監(jiān)測系統(tǒng)測量結(jié)果完全正確。證明了該煤粉細度在線測量系統(tǒng)監(jiān)測功能的靈敏度、準(zhǔn)確性、重復(fù)性、穩(wěn)定性完全正確。

該系統(tǒng)不但能監(jiān)測磨煤機運行時的重要參數(shù)，還為發(fā)電廠實時調(diào)整制粉系統(tǒng)提供依據(jù)，優(yōu)化燃燒，提高鍋爐運行效率，保障深度調(diào)峰機組低負荷穩(wěn)燃。

4 結(jié)束語

煤粉細度作為重要的鍋爐運行參數(shù)，實際應(yīng)用中被長期忽視。其中有認知方面的差異，更為重要的是長期缺乏能夠滿足現(xiàn)場實際需求的測量設(shè)備，更缺乏簡便有效的效果驗證手段。本文主要介紹一種有效實用的無源質(zhì)量感應(yīng)式煤粉細度在線測量系統(tǒng)，同時提出了一些便于現(xiàn)場實操的驗證手段。通過現(xiàn)場驗證，系統(tǒng)具有良好的測量準(zhǔn)確性與環(huán)境適應(yīng)能力，具有廣泛地應(yīng)用推廣價值。