电站锅炉风粉计算机在线监测系统

李琪

摘 要：火力发电厂锅炉一、二次风速和风量调整的依据大都采用传统的静压表测量，以间接反映其工况。由于静压值与风速之间没有一个确定的关系用来计算出风速及风量值，很难根据静压值将各燃烧器的风煤参数调整到合理值，因而采用锅炉风粉计算机在线监测系统，可实现实时监测，使锅炉达到均衡燃烧状态，使锅炉的燃烧更加稳定。由于该监测系统稳定准确，锅炉自动投入率达100%，因此能够准确判断燃烧器的负荷分配、堵管、断粉及自燃现象，可指导燃烧调整，使风粉均匀合理的配置，且有明显的节能效果和很高的实用价值。

关键词：计算机; 锅炉效率; 燃烧; 风量; 煤粉浓度

中图分类号：TN915-34

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)09-0139-02

Computer-based On-line Monitoring System of Air and Coal Powder for Power Plant Boiler

LI Qi

(Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

Abstract： The second wind speed and air volume of most boilers in thermal power plants are adjusted by means of the traditional static pressure measurement to indirectly reflect their condition. Becouse there is no certain relationship between static pressure and wind speed for calculation of the air flow value,and it is difficult to adjust the air flow and coal quantity parameters to areasonable value according to the static pressure value,a computer-based on-line monitoring system of air and coal powder for boiler is proposed to achieve the real-time monitoring,boiler combustion state equilibrium and stable combustion. The monitoring system can accurately judge the combustor′s load distribution,plugging,off-powder and spontaneous pheno-menon. It is helpful for the air and coal powder uniform rational allocation,improves significant energy efficiency and has a high practical value.

Keywords： computer; boiler efficiency; combustion status; air flow; coal-powder concentration

0 引 言

众所周知，电站锅炉燃烧过程中的一、二次风速和风量，每个燃烧器的煤粉流量及风粉之间的比例，直接影响着锅炉的燃烧工况和锅炉的燃烧效率。在运行中，电站锅炉经常会产生以下现象：飞灰可燃物高，炉膛内部结焦，燃烧器烧坏及燃烧不稳等，以上现象除了与燃烧器，炉膛结构有关外，还与各燃烧器的一、二次风量，煤粉量有着很大的关系。虽然炉膛过剩空气系数被调整在允许的范围内，但是对于某一个或多个燃烧器来讲，风量和粉量的配比都不一定在一个合理的范围内。如果某个燃烧器的煤粉流量和风量不均或比例偏离正常范围，将导致不完全燃烧或燃料不够，炉效就降低，并且会产生以上的问题；此外，由于一次风管的风速与煤粉浓度的控制不当，极易造成锅炉一次风管道的堵塞或自燃，严重情况下引起锅炉灭火。因此调整好每个燃烧器的风量和煤粉浓度及其之间的比例，将有利于完全燃烧，并能保证炉膛内部空气动力场平衡和稳定，控制好着火点和火焰中心位置，避免局部结焦和管屏局部过热等现象，有利于提高锅炉运行效率和降低锅炉运行维护费用。

1 加装风粉系统的目的

为解决上述问题可安装一套锅炉风粉在线监测系统。该系统可通过计算机对锅炉的一次风速、风量、风粉混合温度、煤粉浓度、煤粉量进行实时监测，并在CRT上显示，为锅炉运行人员提供科学而准确的依据，使他们能及时掌握锅炉燃烧状况，提高锅炉运行的安全性、稳定性和经济性。华能榆社发电厂1#、2#炉自加装风粉监测系统以来，实现了对每一风管风速的实时监测。在就地安装均速流量传感器、温度测点，将差压、温度信号在采集柜中转换，用双绞线送至集控DCS系统，到CRT中显示，并配以图形、数字、报警等画面，实现远方监控。这是为运行人员提供一套调整风粉配比的有效手段，为锅炉运行人员提供科学而准确的依据，使他们能及时掌握锅炉燃烧状况，提高了锅炉运行的安全性、稳定性和经济性。

2 系统测量原理

在中储式锅炉燃烧系统中，供给锅炉的煤粉由给粉机控制。煤粉与空气在一次风管里混合后，在一次风的携带下被送到炉膛内燃烧。流体力学和空气动力学理论及实践表明，流体的流速与其动压或与其节流压差的均方根成正比。因此，在一次风管上安装均速流量传感器，当流体流过时在其前后端产生差压信号，取回这个差压信号，经过参数补偿和数学运算处理，就可得出一次风风速。此外，在一次风管、煤粉管、风粉混合物后的一次风管段，分别加装温度测点，用来测量一次风温度、煤粉温度及风粉混合物的温度。然后，由流体的质量守恒和能量守恒方程计算出煤粉浓度。计算公式如下：

(1) 风速v

v=K•2Δpρ

(1)

式中：v为风速 ；Δp为均速流量传感器差压；ρ为热风体积质量；K为流速标定系数。

(2) 风量q

q=Av

(2)

式中：q为风的体积流量；A为风管道截面积。

(3) 煤粉浓度μ

μ=Cairt1－

C″air

t2Ccoalt3－

C″coal

t2－f(t1,t2,t3)

(3)

式中：C为风及煤粉的热容；t1为热风温度；t2为煤粉温度；t3为风粉混合物温度。

3 系统结构组成

榆社电厂410 t/h锅炉共装测点68个。其中一次风差压12个（变送器、均速流量探头），热风温度2个，煤粉温度2个，风粉混合物温度12个，一次风喷嘴附近风管温度20个；二次风差压20个（变送器、均速流量探头）。电站锅炉风粉在线监测系统主要由风量测量传感器、温度传感器、压力变送器、智能数据采集装置、智能控制输出装置、工业控制计算机以及高性能的采集控制软件等部分组成。现场采集回的信号传至DCS柜中的ADAM-4520模块，将其RS 485信号转换成RS 232信号送至操作员站主机的CPM1口。在操作员站上开辟虚拟DPU，配置虚拟AI卡，完成对现场采集的数据的计算、显示、分析和判断，并对运行故障进行报警。系统的主要硬件构成如图1所示。

该监测系统具有系统安全可靠，抗干扰能力强；系统反映灵敏，故障率低；画面直观易于操作的优点。

图1 硬件系统结构图

4 系统功能

利用风粉在线监测系统可很方便地进行一次风速、给粉机及配风的性能调整，可对锅炉的燃烧状况进行分析、判断并提供调整的依据，对参数越限和运行故障进行报警。

在线监测：各燃烧器的一次风速和风量；二次风速和风量；热风温度、煤粉温度、各一次风管的风粉混合物温度、各燃烧器的煤粉浓度。

断粉报警：一次风管内热风温度与风粉混合物温度相近时，煤粉浓度接近于零，说明给粉机发生故障。

堵管报警：当一次风管内风速、风粉混合物温度等参数异常偏小，是管道堵塞的先兆。

自燃报警：一次风管内风粉混合物温度明显高于热风温度时，一次风管内煤粉发生自燃。

一次风量及一次风速调整：司炉可通过CRT画面监测一次风速，调整一次通风量，使四角配风量均匀。

一次风管给粉量调平：在一次风速调平的基础上，司炉通过对风粉混合温度的监测，调整给粉机转速，使四角风粉浓度比基本一致，以避免炉膛发生结焦和局部过热现象。

数据管理功能：在线可进行参数设置修改；可历史数据查询、打印；报警数据记录、查询。

通过风粉在线监测系统，可合理调整各给粉机的转速，使各燃烧器的煤粉浓度亦达到均匀，以实现平衡送风、均等给粉、优化燃烧、提高锅炉的燃烧效率的目的。通过风粉在线监测系统还可做给粉机特性试验，一、二次风门挡板严密性试验，燃烧器负荷分配调整及配风调整等一些性能试验。

5 结 语

锅炉风粉在线监测系统采用数据采集模块组成分布式数据采集系统，提高了采集系统的可靠性和布置的灵活性，采用可视化语言编制的配套应用软件，使运行人员的监视直观、方便，操作更加简单，风粉配比更加准确，为锅炉运行燃烧调整提供了准确数据，已成为锅炉运行人员调整燃烧及判断故障的重要手段。经过运行，取得了良好的效果。为运行人员提供了及时、可靠、全面的实时数据，可使运行人员掌握机组运行状况，并能及时发现问题，采取有效的措施进行调整，避免不少事故的发生，使改造达到了预期的效果。该系统对于提高锅炉运行可靠性、经济性、防止事故发生等方面都具有很重要的意义。

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