1 引言
火電廠的大型燃煤機(jī)組一般都采用直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)磨煤機(jī)出口均有4～8根一次風(fēng)粉煤管道直接與鍋爐燃燒器連接，粉煤通過(guò)輸粉管線輸送到鍋爐燃燒器進(jìn)行燃燒。由于各粉煤管道的長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量不同，使得每根管道的壓力損失不同，由此形成各煤粉管道之間粉煤分配不均勻，結(jié)果使燃燒器不能在最佳風(fēng)煤比條件下正常運(yùn)行，使燃燒效率降低，NOX排放量增加并且使鍋爐故障率增大。
2 粉煤檢測(cè)存在問(wèn)題分析
當(dāng)各粉煤管道之間粉煤分配不均勻時(shí)，會(huì)出現(xiàn)煤粉濃度過(guò)高、過(guò)低，流速過(guò)高、過(guò)低等狀況。
粉煤濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)發(fā)生以下狀況：
粉煤堵管，不能向爐內(nèi)輸送粉煤，同時(shí)引起管道內(nèi)粉煤自燃以致燒壞輸粉管；粉煤燃燒不徹底，效率低、CO增大、加劇爐膛內(nèi)受熱面及過(guò)熱器受熱面的高溫腐蝕；爐膛及過(guò)熱器局部結(jié)渣，嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行。
粉煤濃度過(guò)低時(shí)，發(fā)生以下狀況：
爐膛溫度降低，易熄火，鍋爐氣壓降低，無(wú)法達(dá)到負(fù)荷要求；產(chǎn)生大量的NOX，污染環(huán)境，過(guò)熱器高溫，甚至引起過(guò)熱器爆管等事故；為了加大氣壓，提高一次風(fēng)(輸粉管)流速，爐膛切圓偏移爐膛中心，造成爐墻局部結(jié)渣，尾部受熱面煙溫偏差過(guò)大，甚至引起爆管。
當(dāng)粉煤和空氣混合物的流速過(guò)快時(shí)，會(huì)影響粉煤最佳濃度，發(fā)生以下狀況：
加劇輸粉管的磨損；燃燒器出口混合物流速過(guò)快，燃燒滯后，造成火焰中心偏斜并容易引起爐墻局部結(jié)焦以及爐膛尾部過(guò)熱器局部超溫爆管；燃燒不徹底，灰中含碳量以及排煙溫度增高，降低鍋爐效率。
當(dāng)混合物流速過(guò)慢時(shí)，除影響最佳粉煤濃度外，發(fā)生以下狀況：
輸粉管沉積的粉煤增多，引起堵管；引起粉煤自燃，甚至發(fā)生粉煤管道爆炸；燃燒器出口混合物流速過(guò)慢，粉煤大量與主氣流分離，長(zhǎng)久下去除造成煤耗增高，還會(huì)引起爐膛熄火以及二次燃燒堵死鍋爐下部出灰口。
3 煤粉測(cè)量解決方案
解決以上問(wèn)題的方法是通過(guò)在線測(cè)量粉煤管內(nèi)粉煤流速和質(zhì)量流量，并以此為參考調(diào)整每個(gè)燃燒器的二次風(fēng)量，滿足燃燒的最佳狀況。
在直吹式制粉系統(tǒng)中，粉煤量的控制是靠進(jìn)入鍋爐磨煤機(jī)的一次風(fēng)量來(lái)監(jiān)測(cè)的。因此，一次風(fēng)流量信號(hào)顯得特別重要。對(duì)于文丘里管流量計(jì)測(cè)流量，當(dāng)前后流場(chǎng)穩(wěn)定及均勻時(shí)，其流量系數(shù)K為常數(shù)，只需測(cè)得流體密度與壓差值，即可得出通風(fēng)量。由于工況環(huán)境及設(shè)備條件的制約，使差壓信號(hào)失真，系數(shù)K不為常數(shù)，最大偏差達(dá)34%以上，故通過(guò)擋板調(diào)整風(fēng)量來(lái)控制進(jìn)入鍋爐的燃煤量是不可靠的。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增減時(shí)，司爐工只能靠現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)及檢測(cè)的參考風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)煤的調(diào)整。如果在輸粉管（即一次風(fēng)管）安裝粉煤流量和濃度在線測(cè)量?jī)x表，則能最佳地控制粉煤量，降低煤耗，同時(shí)減輕司爐工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)來(lái)講，在一次風(fēng)管上安裝煤粉流量和速度在線測(cè)量裝置，除解決上述兩進(jìn)兩出磨煤機(jī)風(fēng)量測(cè)量誤差大、不可靠問(wèn)題外，還可及時(shí)發(fā)現(xiàn)直吹式分離器鎖氣器泄漏、不起作用等故障。
4 微波固體流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)
4.1 測(cè)量原理
微波固體流量計(jì)采用領(lǐng)先的微波超短脈沖技術(shù)，為各種固體輸料金屬管槽內(nèi)的物料流量檢測(cè)而開發(fā)。微波固體流量計(jì)MF3000利用微波能量場(chǎng)和固體顆粒對(duì)微波的折射和多普勒原理，傳感器向輸料金屬管道/料槽內(nèi)的固體物料發(fā)射低能量微波信號(hào)，信號(hào)被物料反射后又被傳感器接收。通過(guò)移動(dòng)物料的微波反射能量來(lái)測(cè)量物料的密度，相當(dāng)于一個(gè)微波計(jì)數(shù)器，從而測(cè)定出固體物料的流量。其適應(yīng)固體顆粒(粉末)的直徑從1nm～1cm，測(cè)量準(zhǔn)度1-3%(標(biāo)定后)。
4.2 系統(tǒng)組成
一套完整的微波固體測(cè)量系統(tǒng)包含：傳感器探頭及安裝底座；通訊單元(可選)；變送器(連接傳感器探頭與通訊單元)。傳感器探頭與通訊單元之間采用RS2485Modbus連接，當(dāng)距離超過(guò)1.8m時(shí)，需采用變送器。系統(tǒng)組成如圖所示。
4.3 微波固體流量計(jì)安裝
依據(jù)輸煤管道上下游區(qū)域狀況，選擇適合的安裝點(diǎn)。當(dāng)管徑大于<200mm時(shí)，每根輸煤管上應(yīng)安裝2～3個(gè)傳感器探頭，傳感器探頭之間的間隙為150mm，并成90°角或120°角。對(duì)于物料自由落體的應(yīng)用（如螺桿給料機(jī)或旋轉(zhuǎn)閥后），物料落體點(diǎn)后300mm處是最好的安裝位置。安裝時(shí)，先將傳感器探頭底座焊接到一個(gè)固定的點(diǎn)，然后從傳感器探頭底座鉆一個(gè)<20mm的孔到管道內(nèi)，插入傳感器探頭并通過(guò)安裝螺母使傳感器探頭測(cè)量面與管道內(nèi)表面平齊或鎖回1～2mm。
4.4 微波固體流量計(jì)標(biāo)定
微波固體流量計(jì)標(biāo)定方式必須通過(guò)實(shí)際被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行在線標(biāo)定。對(duì)于火電廠的粉煤質(zhì)量流量的標(biāo)定，可通過(guò)丹麥M&W的專用煤粉采樣系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。
4.5 微波固體流量計(jì)應(yīng)用后的控制改進(jìn)
將鍋爐粉煤流量測(cè)量和一、二(三)次風(fēng)測(cè)量系統(tǒng)作為DCS的單獨(dú)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)一、二（三）次風(fēng)各風(fēng)管的風(fēng)速、噴口速度和風(fēng)量，以及各一次風(fēng)管的粉煤濃度、粉煤量等參數(shù)，以指導(dǎo)運(yùn)行人員優(yōu)化調(diào)整鍋爐燃燒。
煤粉流量測(cè)量信號(hào)送入DCS，然后根據(jù)煤種進(jìn)行相應(yīng)的粉煤量平衡，通常簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的做法：只測(cè)量系統(tǒng)粉煤量不均勻的情況，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算每個(gè)燃燒器所需的空氣量，因?yàn)榭諝饬康恼{(diào)整比較容易實(shí)現(xiàn)，只要用風(fēng)門擋板就可以控制燃燒器的二次風(fēng)量。雖然各燃燒器間煤粉量的不平衡沒有改善，但能確保每個(gè)燃燒器運(yùn)行在設(shè)計(jì)風(fēng)煤粉比范圍內(nèi)。
司爐工根據(jù)測(cè)量結(jié)果把一次風(fēng)管(即輸粉管)內(nèi)風(fēng)煤比例調(diào)整到最佳狀態(tài)并相互匹配平衡，從而改變?cè)纫罁?jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整風(fēng)門擋板和給粉量的習(xí)慣操作方法。
針對(duì)直吹送粉鍋爐，可以通過(guò)磨煤機(jī)各粉煤管粉煤流量的累計(jì)值來(lái)調(diào)整給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)出力的準(zhǔn)確調(diào)整。
針對(duì)鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)中熱量信號(hào)檢測(cè)遲延大，造成燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不靈敏制約其負(fù)荷響應(yīng)速度及其調(diào)節(jié)品質(zhì)的問(wèn)題，在熱量調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)中增加一給粉量的閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，克服給粉量?jī)?nèi)擾，以提升燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏度。
鍋爐各一次風(fēng)管輸送給粉量的閉環(huán)控制，可真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化鍋爐燃燒工況。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)提高燃煤機(jī)組粉煤流量(濃度)以及風(fēng)量(速)的精確檢測(cè)，滿足各輸煤管煤粉濃度和風(fēng)量(速)的平衡，使鍋爐燃燒火焰保持在爐膛中心，確保燃燒均衡出力、優(yōu)化燃燒及延長(zhǎng)鍋爐使用壽命、保持鍋爐長(zhǎng)時(shí)間安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，可降低電廠煤耗3%，并可降低火電廠NOx的排放量。
