基于新型风粉在线监测的锅炉精细调平及优化技术 在百万机组上的应用

摘   要：长期以来，一次风粉精细测量和控制在电厂应用未能很好地解决，导致风粉的调整十分粗放，很大程度上制约了锅炉燃烧优化及调整的效果。本文以鲁阳电厂1号锅炉为例，介绍了该炉采用茵蓝达®非接触式阵列式静电技术的新型风粉精确测量系统、风粉均衡调整、燃烧器配风优化改造的技术，实现了锅炉制粉系统的精细调控和均衡燃烧，再热器等受热面壁温偏差明显减少至很小的范围，CO生成量大幅下降，燃烧后烟气CO、NOx、O2在炉膛截面分布均匀，对脱销系统的运行、节能减排都起到了明显的作用。

关键词：风粉监测 风粉调平 燃烧优化 风煤比

1 引言

一次风粉的流速、浓度的精细控制及均匀分配是优化燃烧和实现低NOx燃烧的首要条件，对于锅炉的可靠性、经济性和环保运行有着非常重要的意义，而这一点却往往得不到足够的重视，原因是缺乏热态条件下精确的测量手段和调整手段，良好的解决燃烧失衡问题。

随着锅炉容量和炉膛尺寸的不断加大，不均衡燃烧的情况越来越明显，表现出来的问题也越来越严重。燃烧不均衡、风煤比差成为制约燃烧性能提升的关键问题。 

长期以来，制粉系统运行处于十分粗放，成为制约锅炉燃烧得到有效优化的重要问题。主要原因如下：

● 风粉测量技术的滞后；

●风粉调节手段的落后和缺失；

2 百万机组锅炉燃烧存在的问题

国电投平顶山鲁阳电厂1号机组1030MW锅炉DG3000/26.15-Ⅱ1型锅炉为高效超超临界参数变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏型锅炉。

磨煤机出口一次风粉管道长度差异巨大导致风粉沿炉膛宽度方向分布不均；另外，母管至支管的一分二风粉分配器的使用，也带来支管之间风粉不均匀；上述情况导致沿炉膛宽度方向燃烧器输出功率分布不均严重，造成炉内热负荷偏差大、局部燃烧恶化、两侧烟温汽温偏差大、燃烧器配风困难等严重影响锅炉燃烧的经济环保和运行安全问题[1]。

3 锅炉风粉精细在线监测调平及优化的解决方案及改造情况

锅炉风粉精细在线监测调平及优化系统采用了如下的技术路线和方案：

采用领先的非接触、阵列式静电传感器，实现一次风煤粉流动参数的在线测量，在各磨煤机及风粉管道上加装煤粉流速、浓度调整等煤粉流动调整设备，用于实现各燃烧器出口的煤粉浓度、煤粉流速在线可调可控，调平锅炉各燃烧器的输出功率和风煤比，实现燃料量和风量的均匀控制与风煤比优化控制，从而改善锅炉燃烧性能。

（1）茵蓝达煤粉流速浓度精确测量系统

鲁阳电厂1号锅炉风粉在线监测系统采用北京华清茵蓝科技有限公司提供的EnLandar茵蓝达全截面、非接触式煤粉流速浓度测量技术，对流经管道的煤粉进行全截面的感应和测量，精确可靠地测量每个管道中煤粉的流速、浓度等参数。该系统由阵列式静电传感器、信号处理电子装置、信号分析机柜三大部件以及各类信号电缆组成。该新型风粉在线测量技术主要特点是：

该测量技术主要的特点是：

·非接触式测量：测量探头无任何部分侵入流体，对流体无任何扰动，最大可能地减少煤粉冲击的磨损，可靠性极高。 

·全截面准确测量：煤粉流被传感器完全包覆，可准确可靠地测量整个管道截面的风粉流动状态。

·阵列式静电传感设计：针对风粉流动的复杂性，阵列式设计可获得更加稳定可靠的测量结果； 

·本质安全：根据煤粉的自身的带电特性进行测量，无任何能量注入管道，安全环保。

·近零维护量：日常维护量几近为零。

监测系统的安装位置为1号炉48个燃烧器前段较长垂直管道或水平管道处。下图为EnLandar风粉在线测量系统现场安装图。

（2）磨煤机出口煤粉浓度均匀调整控制

针对磨煤机出口粉量分配不均，导致各一次风输粉管道内煤粉浓度不均的问题，对制粉系统进行改造，安装并应用了北京华清茵蓝公司与英国燃烧CFD研究团队合作开发的自主产品：煤粉浓度均衡调整装置，可调节进入各一次风煤粉管道内的粉量大小的煤粉浓度调节装置，改变分离器上方风粉动力场分布，使粉量分配可调节。

（3）磨煤机出口煤粉流速均衡调整控制

为解决从磨煤机出口多个输出管路中的空气和煤粉燃料在热态下的阻力均衡问题，鲁阳电厂1号机组安装了北京华清茵蓝自主产权风粉平衡调整设备，通过改变磨煤机出口的差压来平衡各管道的流动阻力，达到燃烧器出口煤粉流速的均衡。

（4）燃烧器功率调平控制系统

基于煤粉流速浓度的测量数据，对煤粉流速、流量偏差大的管道进行调整，使所有管道的风粉浓度、流速均在设定的偏差范围内。 

（5）配风优化控制

以风粉调平为基础，优化燃烧器二次风配风方式，实现风量和煤量的最佳风煤比控制。

4 系统的应用效果

4.1一次风粉精细在线监测及调平的效果

煤粉浓度调平控制情况

以A磨为例，说明煤粉浓度调平的步骤和结果如下：

（1）调整前，首先对A磨煤机出口主管的煤粉分配情况进行等速取粉，确认煤粉分配偏差情况（如下图所示）；

重复取样试验体现了较强的一致性，数据表明，A磨4根主管道间煤粉流量存在偏差，特别是A12和A78间绝对偏差偏为7%（相对偏差28%），A12最低，A78最高。从总体上看，呈现A12，A34，A56，A78逐渐递增的趋势，这和A磨一次风粉管距离扩建端近而距离固定端远的结构体现出一致性。

根据煤粉浓度在线测量数据进行调整，调平后，再次进行等速取粉试验确认调平的结果。煤粉浓度调整后的取粉试验结果与调整前的取粉试验结果如下图所示：

煤粉浓度调平试验的结果可以看到： 

（1）A磨主管的煤粉流量分配偏差得到明显的改善，各主管间的煤粉分配由原来的最大偏差7%降低到基本平衡的状态，表明浓度调整装置的有效性[1]。

（2）根据煤粉流量分配在线测量数据进行调整后，煤粉分配的实测情况和监测系统表盘指示基本吻合，这也体现进一步验证了煤粉分配测量的有效性。

（3）从调试的过程可以反映出来，当煤粉分配平衡后，各支管的煤粉流速基本平衡了，也印证了浓度调整平衡的本质作用[1]。

燃烧器出口煤粉流速调平效果试验

通过流速调整装置特性的试验，检验了流速调整的有效性。基于此进行各磨燃烧器出口煤粉流速的热态调平。煤粉流速调平试验表明，煤粉流速调整装置对煤粉流速具有明显的调整作用和良好的特性[]。试验对A-F磨进行反复调平后，单个管道的流速相对偏差可控制很小范围以内，各磨各管道煤粉流速与平均流速的平均偏差可控制在1%~5%。

4.2 对锅炉燃烧均匀性的改善效果

■ 再热器、过热器等受热面壁温偏差维持在很小的范围内（20摄氏度左右）；

■ 锅炉主、再汽温能够达到额定值，且减温水具有一定调节裕量。

■ 优化后，低过烟道A、B侧烟温偏差维持在较低水平，低再入口烟气温度偏差从61℃降至24℃。

■ 优化调整前烟气含氧量8个测点的数据差异明显，部分氧量测点因CO过高而显示异常。风粉调平及均衡配风优化后，烟气含氧量8个测点绝大部分时间均处于非常正常和差异不大的情况，表明锅炉截面上烟气含氧量分布变均匀了，炉内燃烧工况显著改善。

4.3 燃烧效率的明显提升

风粉调平及优化调整前的基准工况数据表明，由于锅炉的风粉不均，燃烧处于恶化状态，飞灰可燃物2.74%，同时出现大片区域CO超量程，排烟平均CO浓度高达2009μL/L，950MW下实测锅炉效率仅为91.70%。

在制粉系统风粉调平及优化配风后，大幅改善了锅炉燃烧，缓解了局部燃烧恶化情况，有效的抑制了CO的浓度，烟气中局部CO排放浓度由调整前的超量程值（单点>10000μL/L)绝大部分均降低至500μL/L以内，锅炉的灰渣可燃物含量也有一定的降低，其中仅CO产生的化学未燃尽热损失项，优化后就降低了0.62个百分点，灰渣可燃物降低约减少未燃碳热损失约0.2个百分点。

5 结束语

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本项目所应用的技术很好地解决了燃烧器出口粉量和风量的均衡控制，解决了锅炉热负荷均衡燃烧和均匀配风问题，项目的成功实践将为长期以来锅炉燃烧难以真正优化提供一条可行的、有效的技术新途径。

西安热工研究院有限公司、中国节能协会热电产业联盟主办的“2016火电厂污染物净化与节能技术研讨会”于2016年9月21～23日在西安召开。

活动主要报告内容：

报告单位：西安热工研究院有限公司

1、火电厂一体化节能技术集成应用  华能集团首席专家 杨寿敏  

2、大型燃煤发电机组风机选型及烟风道优化节能技术 工程师 石清鑫

3、锅炉烟气深度冷却节能减排技术个性化设计及工程应用  工程师 张知翔

4、尿素制氨技术  副所长/高工 常磊

5、超低排放下SCR升级改造技术-基于SCR Wizard的智能管理平台  工程师 罗志

6、脱硝故障诊断及运行优化技术  工程师 舒凯

7、锅炉低氮燃烧器改造与燃烧控制的安全节能运行技术探讨 主任工程师/博士 汪华剑

8、锅炉燃烧优化与低氮燃烧技术  高工/博士王一坤

9、超低排放下烟尘控制系统运行优化  所长/研究员 张滨渭

10、燃煤掺烧技术及在线配煤管理系统  所长/高工 蒙毅

11、火电厂输煤贮灰系统环保治理技术  高工 李元昊

12、脱硫系统超低排放改造技术及改造后的节能优化运行研究 工程师 邹乔

电话：010-56275125；

传真：400-6981163-30174；

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