煤粉细度在线测量系统应用及其验证方法

刘 野，金晓阳，徐 尧，孙春兰

(1.万华化学(烟台)氯碱热电有限公司 山东 烟台 264000；2.西安科瑞自动化有限责任公司 陕西 西安 710077)

0 引言

从煤粉燃烧的角度分析，煤粉细度越小，煤粉颗粒的着火和燃尽越容易，固体不完全燃烧热损失就越小；此外，细小的煤粉细度可以适当减少炉内送风，减少烟气量，从而使得排烟热损失降低。但对制粉设备而言，却会影响自身出力、消耗较多的电能，而且金属的磨损量也要增大。

因此在锅炉设备运行中，对于一定的煤种，当煤粉细度达到最佳值(称之为经济细度或最佳细度)时，锅炉的不完全燃烧损失和制粉电耗及金属消耗之和最小。因此，如何准确地检测煤粉细度就显得尤为重要。

1 煤粉细度测量方法现状分析

目前燃煤机组煤粉细度主要通过“煤粉取样”和“人工化验”两个主要步骤取得，如图1所示。

图1 煤粉细度的获取流程

目前符合国家规范标准的煤粉细度常规测量方法有“手动平头煤粉取样器+人工化验”和“全自动平头煤粉取样器+人工化验”，这两种煤粉细度测量方法存在的主要问题有：在取样环节，手动煤粉取样器为手动采样，不能取得具有代表性的煤粉样品；自动煤粉取样器由于市场缺少专业化的、具有核心制造和检测能力的规模化供应商，技术上不能真正做到自动等速、等圆环取样。在化验环节，微量煤粉样品需要进行人工筛分和称重，由于人为因素的影响导致数据离散性加大。在调整运行参数环节，由于煤粉取样、筛分、称重过程复杂，通常8小时之后才能得到结果，不能实时指导制粉系统调整运行。

上述常规的煤粉细度测量方法主要问题集中在煤粉取样的代表性上和实时性上，作为电力试验的一种测试方式或锅炉运行的参考数据时，上述问题被长期忽略；但是作为锅炉运行中重要的特性参数，参与到燃烧优化、深度调峰和制粉系统在线调整时问题就更加突出，现场急需能够满足代表性、实时性要求的煤粉细度在线测量系统。

2 煤粉细度在线测量系统

为解决煤粉细度的在线测量问题，实地考察了从事煤粉细度在线测量研究及生产制造较早的西安科瑞自动化有限责任公司，包括两种技术类型的在线测量设备：第一种是由自动煤粉取样器、煤粉细度分析装置和筛分系统构成，第二种是无源质量感应式煤粉细度在线测量系统。经过与现场适应性的分析对比，第二种代表全新测量技术且具备国家技术发明专利的无源质量感应式煤粉细度在线测量系统。

2.1 无源质量感应式煤粉细度在线测量系统

无源质量感应式煤粉细度在线测量系统，每个测定由一对垂直平行安装在磨煤机出口送粉管道上的传感器探头和对应的信号处理单元两部分组成，如图2所示。传感器将被测煤粉的能量感应信号输出给信号处理单元，该单元结合数字信号处理技术，通过系列算法直接得到煤粉细度变化数据。

图2 煤粉细度在线测量系统

无源质量感应式煤粉细度在线测量系统功能特点包括：无需取样直接测量管道内煤粉细度，数据具有代表性，实时性强；在线连续监测煤粉细度变化值，实时反映磨煤机的运行状况；为在线调整煤粉细度提供有效的实时反馈信息；完全免维护设计，使用寿命长；安装简便，环境适应性好。

3 煤粉细度在线测量系统的效果验证

3.1 验证方案设计

在工业现场实际应用中，不仅要对系统的基本功能进行考核，还必须对该系统的实际测量效果进行严格的验证。根据自动化控制技术和现场运行经验，设计有效可行的验证方法，是新技术新产品在工业现场能够成功应用不可缺少的关键因素。

由于煤粉取样化验对比方式存在较多的不确定性，通过广泛地研究与方案讨论，选择了在相对稳态下磨煤机出入口差压与煤粉细度变化的相关性作为测试标准，通过磨煤机工况变化实验、分离器挡板开度变化实验和人工取样趋势验证这三个维度进行全面验证，具体方法如下：

(1)选择不同锅炉的两台主力磨：例如2#炉A磨、4#炉A磨作为试验对象。

(2)通过增加和降低一定给煤量，观察分析煤粉细度在线测量系统各个粉管煤粉细度的变化趋势和磨煤机出入口差压变化对应关系。

(3)在不影响磨煤机工作的前提下小范围、短时改变磨煤机分离器挡板开度，直接改变磨煤机出粉细度，再次验证在线细度监测系统数据的正确性及变化趋势。具体方法是用2#磨煤机做增加分离器挡板开度试验，用4#磨煤机做减小分离器挡板开度试验。

(4)通过安装规范的全自动煤粉取样设备，经过多频次人工取样化验对比，标定校准在线测量数据，进行趋势验证对比。现场验证运行情况如图3～6所示。

图3 2#磨煤机关系曲线图

3.2 结果分析

通过图3表明：当给煤量1 t/h左右的增加时，反映煤层厚度变化的出入口差压值也有0.6 Kpa的增加，说明煤层变厚，磨煤机阻尼变大，四个粉管的在线监测数据都不同程度减小了，磨煤机整体平均细度减小了2%。

通过图4表明：当给煤量0.9 t/h左右的减少时，反映煤层厚度变化的出入口差压值也有0.4 Kpa的减小，说明煤层变薄，磨煤机阻尼变小，其中三个粉管的在线细度数据都增大了，另一个粉管的细度减小了。说明磨煤机出口煤量分配不均，各个粉管细度变化是不一致的，验证煤粉细度需要获取四根粉管参考流量的加权平均细度；本次试验磨煤机整体平均细度增大了2.5%。煤粉细度在线测量系统数据变化灵敏度以及趋势正确，数据变化在合理范围。

图4 4#磨煤机关系曲线图

通过图5表明：分离器挡板开度增大，磨出入口差压减小0.05 kPA，4个粉管煤粉细度不同程度增大，细度平均增大了3%。10分钟后挡板恢复，在线细度值恢复。

图5 增加挡板开度关系曲线图

通过图6表明：分离器挡板开度减小，磨出入口差压增大0.01 kPA，4个粉管煤粉细度不同程度减小，细度平均减小了1%。5分钟后挡板恢复，在线细度值恢复。

图6 减小挡板开度关系曲线图

通过磨煤机工况变化实验、分离器挡板开度变化实验、人工取样趋势验证，说明在线监测系统测量结果完全正确。证明了该煤粉细度在线测量系统监测功能的灵敏度、准确性、重复性、稳定性完全正确。

该系统不但能监测磨煤机运行时的重要参数，还为发电厂实时调整制粉系统提供依据，优化燃烧，提高锅炉运行效率，保障深度调峰机组低负荷稳燃。

4 结束语

煤粉细度作为重要的锅炉运行参数，实际应用中被长期忽视。其中有认知方面的差异，更为重要的是长期缺乏能够满足现场实际需求的测量设备，更缺乏简便有效的效果验证手段。本文主要介绍一种有效实用的无源质量感应式煤粉细度在线测量系统，同时提出了一些便于现场实操的验证手段。通过现场验证，系统具有良好的测量准确性与环境适应能力，具有广泛地应用推广价值。