风速在线监测系统在锅炉上的应用

    摘　要：锅炉燃烧配风的好坏直接影响到锅炉运行的稳定性和经济性。文章对锅炉燃烧二次风的监控调节方式进行了分析比较，对新型的二次风速在线监测系统的应用情况进行了论述。　　　　关键词：锅炉燃烧；二次风；应用；监控
    Abstract:The quality of combustion air distribution directly affects thestability and efficiency of boiler operation. This paper analyzes and compares the supervision and control modes of combustion secondary air, and dissertates the application situation of an advanced online supervision system of secondary air speed and its technical reformation.　　Keywords:boiler combustion；secondary air；application;supervision
    长期以来，电站锅炉都是通过监视二次风系统静压对入炉二次风量实现调节。采用这种方法不但测量误差大，而且测量可靠性低，运行人员仅能依据二次风挡板开度及高温预热器出口风压进行调整。受二次风道布置结构的影响，每一个风道阻力不同，致使各风口的风速不一致，很难保证同层二次风量均衡及异层二次风量的合理配比，难以判断调节，从而达到最佳燃烧配风，将直接影响到锅炉燃烧的稳定性和经济性。另外，由于二次风速较高，当各风口风速偏差较大时，引起一次风偏斜，导致火焰中心偏斜冲墙，汽温偏差大，水冷壁高温腐蚀，严重威胁锅炉安全经济运行。　　随着电力工业的迅速发展，自动控制水平不断提高，运行人员依靠静压表计作为二次风的监视调整手段已远不能适应机组安全、经济运行的需要。尤其是为了满足机组调峰的需要，对锅炉燃烧状态的调整要求越来越高，这就需要对二次风量进行准确的在线测量。因此，为运行人员提供可靠的二次风实时监测手段十分重要。
    1　二次风速在线监测系统技术应用
    由于二次风动压测量的取样环境较差，传统的孔板、喷嘴等流量测量装置很难达到理想的测量效果。机翼型风速动压直接测量技术是吸收国外先进技术、结合国内电站锅炉的实际研制开发的新型风速测量技术。　　二次风速在线监测技术改造，首先在保定华源热电有限责任公司(以下简称保定热电厂)＃5炉上应用实施。＃5炉为自然循环煤粉炉，中储式制粉系统，热风送粉，四角切圆燃烧，共12只喷燃器，上2层为直流喷燃器，集中布置，下层为浓淡型钝体喷燃器。于1982-05投产。　　＃5炉二次风道布置于炉膛甲乙两侧，每侧风道又分成2个分风道垂直布置于炉膛四角，结构尺寸相同。依据二次风道结构布置形式，将每个分风道从17 m标高处割开，分隔成4个独立的风道，在每个独立的风道内安装机翼型一次测压元件。为保证测量的准确性，安装时要求一次元件前后直管段的长度符合标准要求。系统组成见图1。
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    2　基本原理与构成
    二次风速在线测量系统采用动压法直接测量风速。在二次风道与燃烧器之间安装的机翼型测速一次元件，经传压管将一次元件的差信号传送到量程为0～3 kPa的微差压变送器上，转变为4～20 mA的标准信号，再与一次测速元件附近安装的插入式温度测点信号一起连接到智能仪上，每角4个测点合用1台智能仪，采用4路模拟显示和2路数字显示。　　横贯风道截面的机翼头部为半圆柱体，翼尾呈尖劈形，机翼弦长L为机翼厚度D的3倍，即L＝3D。在头部正对气流处均匀开设若干孔径d=D／10的小孔，感应气流的滞止压力。试验研究表明，当机翼前有0.6倍管道当量直径的直段，机翼处流通截面收缩比m=0.35～0.45，且在流体雷诺数小于临界雷诺数时，其流速修正系数基本为常数。由于机翼截面接近于流线形，减小了对气的阻力；同时降低了气流脱离翼尾时产生的涡流作用，减轻了对气流的扰动，使得机翼表面的流线稳定，可在较大的流通截面比范围内获得较稳定的流速修正系数，其测量误差一般不大于最大流量的±2％。　　二次风速在线测量系统包括二次风动压测量元件（机翼）、变送器、铠装镍铬镍硅热电偶、补偿导线、温补元件、屏蔽电缆、二次风速监测仪等。测量原理是：通过机翼和热电偶测得的二次风管内的动压和温度，利用式（1）计算出管道内热风风速：　式中 v——二次风速，m/s；　　K——标定系数；　　ΔP——二次风测速装置动压，Pa；　　ρ——二次风密度，ρ＝1.293×273/(273+t)，t为二次风温，℃。　　信号送到仪表处经过数据处理后，在仪表上直接显示出二次风速。用4路光柱的高低来模拟显示风速的大小，在光柱的下方用2行数字量交替显示二次风速值，仪表上的数字和光柱同时显示；并可根据需要手动切换查看4根风管内风速与风温的变化，动态监视二次风速和温度。机翼型测速元件具有的技术性能有：　　a. 检测表计设有风速、风温显示，并且切换方便，便于运行人员监视。风速测量范围为0～60m/s，精度误差≤2m/s。温度测量范围为0～450 ℃，精度误差≤±2 ℃。　　b. 表计具有低风速、高风温报警功能，报警值可在线进行修改。　　c. 风阻系数小，压头损失≤300 Pa。　　d. 测量元件按现场实际位置设计，安装时风道不做较大改动。
    3　实施效果
    二次风速在线监测系统实施后，运行人员可根据监测系统采集的二次风数据对燃烧状况进行调整，保障了同层喷燃器二次风量均衡及异层二次风量的合理配比，提高了燃烧效率与稳定性，特别是在低负荷时，其先进的监控手段显示的效果更加突出。　　a. 为锅炉燃烧风量的配比提供了直观、准确、可靠的调节依据和手段，使过剩空气量控制得更加合理。二次风速在线监测系统投入运行后风速显示直观醒目，锅炉运行人员可以直接监视二次风道的风速，可以根据监测显示值调平同层二次风速，按锅炉负荷和蒸汽参数的需要，组织合理的燃烧方式。　　b. 风速在线监测系统为运行人员调平各层二次风速提供了可靠的技术保障，锅炉燃烧调整得到进一步优化，火焰中心适宜，温度场分布均匀，有效地避免了气流偏斜、炉膛结焦、水冷壁管局部高温腐蚀现象的发生。运行人员可以根据机组负荷的需要，合理控制一次风速和二次风速，调整锅炉各喷燃器的风粉配比和投运方式，达到最佳燃烧配风，提高了锅炉低负荷稳燃能力及适应燃煤变化的能力，减少低负荷或低热值燃煤运行时的助燃用油，提高了锅炉稳燃及调峰能力。另外还能减少炉膛出口两侧烟温偏差，消除屏式过热器的壁温偏差，防止屏式过热超温爆管，减少非计划停运。　　c. 运行经济性提高。合理调整二次风风速，改善了煤粉的着火性能。良好的燃烧配风，使燃烧更加完全，飞灰及大渣可燃物降低，同时排烟温度有所降低，燃烧效率提高。　　d. 经热力试验测试，二次风速在线监测系统安装后，飞灰可燃物由6.38%降至4.98%，大渣可燃物由16.83%降至13.98%，机械损失由3.87%降至2.31%，锅炉效率提高了1.56%。
    4　结束语
    锅炉加装二次风速在线监测系统后，二次风量配比的调整及监控水平得到提高，锅炉的安全、经济、稳定运行有了可靠的技术保障，对锅炉低负荷时的稳燃调节起到了非常重要的作用，产生的经济效益和社会效益十分显着。因二次风速在线监测系统具有良好的综合性能，目前已推广应用到保定热电厂＃6炉和＃4炉上。