提高中速磨煤机入口风量测量准确性和稳定性的研究与应用

燕鸣

摘要：随着近年来自动化水平的提高，准确测量锅炉各部分风量，并使之可靠、稳定地投入自动，对火电厂的安全生产运行、节能降耗具有重要意义。目前对于火电厂较为重要的磨煤机入口混合风量，普遍较难测量准确。本文以某350MW电厂在磨煤机入口风量优化实践中的应用为例，旨在为我国火电厂磨煤机入口风量测量和自动控制领域的发展提供参考。
关键词：火电厂；磨煤机风量；整流装置；吹扫装置

前言

随着火电厂自动化程度的提高，准确测量锅炉各部分风量，并使之可靠、稳定地投入自动，对火电厂的安全生产运行、节能降耗具有重要意义。目前对于火电厂，尤其是磨煤机入口混合风量，普遍较难测量准确。风煤比的变化对炉膛燃烧的安全、经济性及磨煤机本身安全有较大影响。磨煤机入口风量过大，会加剧对燃烧器附近水冷壁的冲刷，严重时导致锅炉爆管；风量过小，最常见现象是堵煤；而测量不准，会造成自动投入困难。在冷热风调节过程中，若磨煤机入口风量不随调节挡板按比例变化，将使运行人员难以掌握，甚至因入口风量低导致磨煤机跳闸。且磨煤机入口风量测量不准易造成锅炉燃料主控无法投入自动，影响机组协调系统的正常投运。因此对磨煤机入口风量进行正确测量，获得准确的风量数据，已摆到十分重要的位置。本文以某350MW电厂为例，通过反复试验和改造，最终较好地解决了磨煤机风量测量不准、难以投入自动控制的问题。
一、应用场景介绍

某2×350MW新建超临界机组，锅炉为东锅生产的型号为DG1100/25.4-II3超临界本生直流锅炉，前后墙对冲燃烧，一次再热，平衡通风，固态排渣，全钢架结构，露天岛式布置。配置了5台型号为ZGM95G-Ⅱ冷一次风正压直吹式中速磨煤机。磨煤机入口混合风流量取样装置为重庆威巴生产的横截面式多点风量测量装置，布置在仅2.8米的一次风道垂直管道上，在取样装置的下部管道装有1个防爆门。

在机组投产初期，发现运行中显示的一次风量不跟随热风调节挡板的开度，有时风量的变化甚至是反向的，给运行操作和一次风自动的调试与投入带来了极大困难。

二、原因分析

针对上述问题，结合其它电厂的经验，初步分析原因有两条：

（1）两个流量测点布置在极短的2.8米垂直风道上，冷风道从混合风道上方垂直插入，使混合风风道内流场同时受冷风在切入点处的直角弯头、热风调节挡板、冷风调节挡板开度的影响。而且，在取样装置的下部管道装有1个防爆门，导致在本身前后直管段较短测量不准确的基础上，又增加了风流场紊乱的可能性。

（2）风量取样的仪表管、二次门及变送器处装有多个卡套式接头，大大增加了漏风的可能性，致使仪表管经常积灰、堵塞。热控人员经常需对仪表管进行手动吹扫工作，维护量极大且效果不佳。

三、解决方案
（一）设备改造

1、如图1所示，每台磨煤机入口增加1台磨风量整流装置，将流经整流装置的混合风整流成一束束与横截面近乎垂直的风，使风流动均匀、平稳。同时每台磨再加上6个带丝堵的标定管，定期用不同冷热风调门开度下的网格标定法去应证风量测量的准确性。

图1 磨风量整流装置

2、风量标定使用标准皮托管、微压计为标定器材，方法如下：

（1）磨煤机入口一次风管道规格为1000x1200mm，将其等截面划分为30个单元区域；

（2）用标准皮托管与微压计，逐个单元区域测量，得到单元平均流速V1，V₂……V₃₀；

（3）用30组单元流速的平均值作为该工况下的标定装置的流量值Q₀；

（4）对比标定装置流量Q₀与测量装置输出的流量Q₁；

（5）将入口调门由20%到70%每间隔10%，对6个不同调门开度下对应的风量进行重复测试。

3、将风量取样的仪表管、二次门处的卡套式接头改为焊接式接头，减小泄漏的可能性。

4、最后，在变送器前加装一种手自动测量取样管吹扫装置，安装顺序从前到后依次为压缩空气气源管、单电控电磁阀，安全挡板，吹扫三通电磁阀。三通电磁阀的另两个接口分别同变送器处仪表管以及取样管连接，其导通后接通气源和仪表管，切断仪表管与变送器；反之亦然。当管路发生积灰、堵塞时由DCS自动对仪表管路进行吹扫（也可手动吹扫）。其中：单电控电磁阀和三通电磁阀为安全起见，同时得电才动作接通。而安全挡板的作用是防止漏气进入变送器影响测量准确性，吹扫时，单电控电磁阀动作，压缩空气冲击力较大，能将安全挡板顶住，使管路密封；而发生漏气时，冲击力不够大，不能将安全挡板顶住，气自然不能继续往后输送，进而通过三通电磁阀进入变送器。

（二）逻辑优化

在DCS中增加两部分逻辑组态：一是风量每秒波动大于10%时，自动将磨煤机热风调门切换为被调量为入口一次风压的另一路PID；二是通过标定得到不同调门开度下的风量，分别将不同调门开度和对应风量输入到折线函数的X与Y中，该函数输出与实际风量比较，绝对值的偏差大于15%，或者风量每秒波动大于15%时，保持125秒的“自动将磨煤机热风调门切换为被调量为入口一次风压的另一路PID，同时将2取均后的风量输出保持（确保风量低跳磨的保护不会动作）”，确保不影响系统稳定运行后，DCS延时3秒联锁启动安装于就地流量变送器前的单电控电磁阀和三通电磁阀（为常闭电磁阀，DCS开指令发120秒，开指令消失后自动闭合），三通电磁阀导通后接通气源和仪表管，切断仪表管与变送器，不致吹扫时将变送器膜片冲击损坏，系统自动吹扫2分钟。

结语

现以该电厂1A磨煤机为例，经以上改进后，现A磨煤机入口风量跟随热风调门开度情况较为理想，如图2所示。且当取样管路发生堵塞后，既不会跳磨，也不会影响热风门调节和总风量计算，进而不会影响机组协调控制系统投入，保证机组安全、经济性运行。此外，发生堵塞时系统自动对取样管路进行吹扫，使风量测量长期保持准确状态，同时极大减少热控人员维护量。

图2 A磨煤机热风调门开度与风量趋势图

参考文献

[1]韩小岗，魏坤，李海尚等．直吹式制粉系统的一次风煤粉浓度和风速测量方法的研究[J]．能源研究与利用，2008(3)：34～39．

[2]张书谨，陈桦，王达峰等.直吹式制粉系统冷热风道和一次风测量方法的改进[J]．浙江电力，2005，24(2)：19～23．