交流电荷耦合技术风粉在线测量装置在1000MW机组应用

交流电荷耦合技术风粉在线测量装置在1000MW机组应用

王国庆夏宗跃李帅刘嘉

（国家电投河南电力有限公司平顶山发电分公司河南省平顶山市467312）

摘要：文中主要介绍了交流电荷耦合技术风粉在线测量装置的原理和作用，通过对鲁阳电厂已安装该装置现状和问题的分析来探讨燃煤电厂安装风粉在线测量装置可行性。

关键词：磨煤机；粉管；在线测量；煤粉；

引言

当前，各燃煤发电厂面临着节能降耗和降低NOx排放的双重压力。但是，由于无法对锅炉风、粉参数进行有效监测，因此运行人员只能通过整体参数进行非常粗略的燃烧控制，由此造成锅炉运行工况远远偏离目标值，在实际运行中存在一系列问题，如火焰偏斜冲刷炉墙、在靠近炉墙区域局中心还原气氛强而产生水冷壁局中心高温腐蚀或结焦、热负荷不均匀、烟气侧和蒸汽侧温度偏差、无法优化低NOx运行、飞灰含碳量高等问题，影响机组运行的可靠性和经济性。

1、改造提出的背景

锅炉燃烧的稳定性、经济性与一次风进入炉膛的风速和煤粉浓度的大小及均匀性关系密切，煤粉浓度的高低以及各个煤粉燃烧器的风粉均匀性直接影响到炉内燃烧工况的稳定和锅炉的燃烧效率，通过在线监测使得一次风粉的分配得到优化，可大大改善锅炉运行的安全性和经济性，避免燃烧器烧损、水冷壁或其它区域结焦、热负荷不均匀造成爆管等一系列问题，一次风风粉均匀分配是优化燃烧和实现低NOx燃烧的首要条件，着非常重要的意义。

2、原系统或设备的基本情况

鲁阳电厂#2炉B、E、F层燃烧器共计24根粉管在2013年均已加装风粉在线装置，原风粉在线系统是由温差法测量技术开发的产品，浓度测量采用热平衡的方法，即利用热风、煤粉及混合物之间的能量关系求得，未定因素太多，只能实现相对测量，因而精度低。一次风流速由测速管测得，存在着热偶时滞长，热偶、测速探头磨损重，测速管极易堵塞，煤粉浓度、流量、风速等参数的测量始终达不到稳定和较高精度的要求，不能获得稳定的煤粉浓度和流速参数，不能够正确反映粉管内煤粉运行情况，给运行人员提供指导。

3、改造方案论证：

3.1方案描述及交流电荷耦合技术：

本次风粉在线测量装置改造采用交流电荷耦合技术，测量一次风粉流经探头时的感应电荷围绕电荷平均值的交流扰动量，作为煤粉浓度和流速测量的基础信号。在交流耦合技术中，感应电荷的正负平均值被滤除，然后系统探测剩余扰动信号的电场、波峰值、均方根值、以及其他各种混合变化。以上数值中，均方根值能准确反映信号的标准偏移。煤粉浓度越高和流速越大，信号的标准偏移就越大，所以交流耦合技术以监测电荷信号的标准偏移来确定交流信号的扰动量，并以即时扰动量的大小来确定煤粉瞬时总量。电荷信号的标准偏移与煤粉的瞬时总量有准确的线性关系，再用同一时刻、同一测点的一次风瞬时流速除以电荷信号的标准偏移量，来获得稳定的煤粉浓度。

3.2交流电荷耦合用于介质流速测量中的原理

利用交流耦合技术对介质流速的测量原理是：由一对与被测管道垂直并且相互平行的传感器完成的（如下图所示）：

图1交流电耦合技术测量一次风风速原理图

传感器分为上游传感器和下游传感器，根据交流电荷感应原理，即介质粒子在流经一对传感器时，在上下游传感器探头上感应等量随机电荷信号，两组随机信号在信号处理单元中经过交相关数学模型计算后就能获得二个信号的高精度时差（煤粉经过二个传感器所用时间）△t；上下游传感器之间的距离是恒定的L，利用公式：V（m/s）＝L（m）&pide;△t（s）可以准确的计算出煤粉绝对流速。在输入风道的截面积后就可测得体积流量；当装置接入煤粉管道温度和压力变送器后就可以计算出标准状况下的体积流量。

采用交流电荷感应技术测量流速，由于只关心介质通过上下游传感器时产生的电荷信号的时差，因而测量精度不受介质成份的变化及周边环境（如：温度、压力、湿度、电磁干扰等）变化的影响，而且不需要现场标定；具有零漂移，纯线性特征，不需要吹扫，可在很少的直管段上、大管道上实现高精度稳定的流量测量。

3.3交流电荷耦合用于煤粉浓度测量的原理

对于管道内固体介质浓度的测量，不需要增加额外的硬件设备，而是利用流速测量配置中的上下游传感器的交流电荷扰动量信号，与介质瞬时总量相关性的原理，除去同一时刻、同一测点的一次风瞬时流速，如下式所示：介质浓度=介质总量&pide;（流速x管道截面积）

4、实施技改和要求

本次通过技改鲁阳电厂#2号炉3台磨煤机上安装了24只交流电荷耦合技术风粉在线监测装置，该套风粉在线系统可以准确测量一次风粉管内风速的绝对值和煤粉浓度、煤粉细度的相对值，并对各测量精度达到了以下要求：

4.1浓度测量要求：达到显示测量周期内的平均浓度、测量误差小于1%，浓度测量范围：0.05—2kg/m3。

4.2速度测量要求：达到显示测量周期内的平均速度、测量误差小于1%，速度测量范围：2-60m/s，重复度0.1％。

4.3细度测量要求：达到显示测量周期内的平均细度、测量误差小于1%，细度测量范围：1%-40%。

5、效果验证

为校验该套风粉在线系统风速测量的准确性及煤粉浓度、煤粉细度的标定，进行2号炉风粉在线系统的标定工作。标定结果如下：标定试验结果显示，（1）该套风粉在线系统可以测量粉管中风速的绝对值，煤粉细度和煤粉浓度的相对值，经过现场实测标定后，煤粉细度和煤粉浓度的表盘显示值可以反映实测值。（2）该套风粉在线系统风速测量值和实测值的偏差基本上在±3%以内，对实际运行有参考价值，尤其是对堵管问题可以起到预防作用。标定试验期间，E1粉管已经堵管，E2，E3，E4，E7，E8粉管运行流速不稳定，E5，E6粉管运行状况比较稳定，当风量增大时，E2，E3，E4，E7，E8粉管的流速增大，风量比较稳定，流速基本与E5，E6风量接近。（3）该套风粉在线系统的煤粉浓度表盘值经过实测值标定后，一致性较好，基本可以反映煤粉分配偏差情况，对实际运行有一定的参考价值。

6、结论

目前，煤粉流速测量、煤粉浓度测量、煤粉细度测量已经在现场成功应用，通过在线监测使得一次风粉的分配得到优化，可大大改善锅炉运行的安全性和经济性，避免燃烧器烧损、水冷壁或其它区域结焦、热负荷不均匀造成爆管等一系列问题，一次风风粉均匀分配是优化燃烧和实现低NOx燃烧的首要条件，有着非常重要的意义。

参考文献：

[1]周守军，张冠敏，电站锅炉一次风粉在线监测及诊断系统[J].锅炉技术，2007（4）：47-50.

[2]李永庆，程荣新，李世波.风粉在线监测系统在锅炉上的应用[J].东北电力技术，2004（5）：35-36