磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量裝置介紹及使用_何曙勇

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2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 387 磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量裝置介紹及使用 何曙勇 李志堅(jiān) 神華國華浙能發(fā)電有限公司 浙江 寧波 315612 摘 要 本文介紹了國華寧電磨煤機(jī)各種一次風(fēng)量測量裝置的測量原理及特點(diǎn) 及為解決風(fēng)道布置不合理引 起的流場混亂和風(fēng)量難以測準(zhǔn)的問題 而進(jìn)行的一次風(fēng)量測量裝置的改造 最后的運(yùn)行效果 關(guān)鍵詞 一次風(fēng)速 流量計(jì) 改造 1 概述 國華寧海電廠一期工程 4 600MW國產(chǎn)亞臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組的鍋爐設(shè)備采用上海鍋爐廠有 限公司引進(jìn)美國 CE 公司燃燒技術(shù)生產(chǎn)的 SG2028 17 47 M9xx 亞臨界壓力控制循環(huán)鍋爐 制粉系統(tǒng) 配置 6 臺(tái)六臺(tái) HP 983 型中速磨煤機(jī) 我廠各機(jī)組自投產(chǎn)以來 磨煤機(jī)一次風(fēng)流量測量裝置測量不 準(zhǔn)一直困擾著機(jī)組安全運(yùn)行 測量偏差影響一次風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)的正常投入 運(yùn)行人員無法根據(jù)測量 風(fēng)量及時(shí)調(diào)整鍋爐燃燒 特別在機(jī)組變負(fù)荷過程中 為防止磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量不足 一次風(fēng)壓力 偏低將造成磨煤機(jī)出粉不暢 導(dǎo)致運(yùn)行人員只能維持高風(fēng)量運(yùn)行 從而影響鍋爐燃燒與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 同時(shí)還帶來磨煤機(jī)與一次風(fēng)管磨損問題 因此我廠一直致力于改造一次風(fēng)量測量裝置 也想了許多 方案 效果均不理想 最終將測量裝置由混風(fēng)道熱導(dǎo)式氣體流量計(jì)改為多點(diǎn)差壓式和冷 熱風(fēng)道熱 導(dǎo)式測量 解決了風(fēng)量測量不準(zhǔn)問題 我廠磨煤機(jī)使用的一次風(fēng)量測量裝置共有 2 種類型 分別為美國進(jìn)口的 MT86HT 型熱擴(kuò)散式氣 體流量計(jì) 文中簡稱熱導(dǎo)式 和國產(chǎn)的多點(diǎn)差壓式流量計(jì) 文中簡稱差壓式 下面具體介紹一下它 們的測量原理及使用效果比較 2 兩種測量裝置簡要原理及特點(diǎn) 2 1 熱導(dǎo)式流量計(jì) 測量原理為通過測量是基于恒溫差式熱擴(kuò)散原理的流量儀表 即是利用流體流過發(fā)熱物體時(shí) 發(fā)熱物體的熱量散失多少與流體的流量呈一定的比例關(guān)系 具體來說 該流量計(jì)的傳感器有兩只標(biāo) 準(zhǔn)級的鉑熱電阻 一只用來做熱源 一只用來測量流體溫度 流體流過時(shí) 兩者之間的溫度差與流 量的大小成非線性關(guān)系 該儀表就可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為測量流量信號(hào)的線性輸出 通過測量 2 個(gè) 鉑熱電阻之間的溫差 T 可導(dǎo)出溫差和流量的關(guān)系 67 1 TQKV 2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 388 這種類型的風(fēng)量測量裝置有以下特點(diǎn) 1 用一種穩(wěn)定性很高的鉑熱電阻傳感器代替了體積 溫度 壓力 3 種傳感器 提高了測量精 度及穩(wěn)定性 在流量計(jì)制造過程中無需很高的機(jī)加工精度 而此精度在傳統(tǒng)的流量計(jì)制造過程中十 分關(guān)鍵 2 較寬的量程比 可高達(dá) 100 1 遠(yuǎn)高于差壓式 6 1 渦流式 10 1 這點(diǎn)對于氣體 的流量計(jì)量尤其有著不可比擬的優(yōu)勢 3 對氣體潔凈度要求不高 且便于安裝及清潔維護(hù) 4 壓力損失小 可忽略不計(jì) 特別適用于遠(yuǎn)距離管道輸送及某些要求極低管道壓力損失的特 殊場合 5 氣體溫度適用范圍廣 采用溫度自補(bǔ)償設(shè)計(jì) 介質(zhì)溫度可達(dá) 400 2 2 多點(diǎn)差壓式流量計(jì) 基于靠背管測量原理 測量裝置安裝在管道上 其探頭插入管內(nèi) 當(dāng)管內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí) 迎風(fēng) 面受氣流沖擊 在此處氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能 因而迎面管內(nèi)壓力較高 其壓力稱為 全壓 背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓 其管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力 其壓力稱為 靜壓 全壓和靜壓之 差稱為差壓 其大小與管內(nèi)風(fēng)速有關(guān) 風(fēng)速越大 差壓越大 風(fēng)速小 差壓也小 風(fēng)速與差壓的關(guān) 系符合伯努利方程 p kv 2 導(dǎo)出一次風(fēng)量為 273 101325 3005 0 t Pxp kSQ 式中 Q 風(fēng)量 kg s p 一差壓流量計(jì)差壓 Pa Px 混風(fēng)靜壓 Pa t 混風(fēng)溫度 S 混風(fēng)道截面積 m 2 k 差壓流量計(jì)標(biāo)定系數(shù) 這種類型的風(fēng)量測量裝置有以下特點(diǎn) 1 即使管道內(nèi)煤粉濃度超過 50 長期運(yùn)行也不會(huì)造成裝置或管路堵塞 2 擯棄傳統(tǒng)運(yùn)行 維護(hù) 檢修 運(yùn)行的方法 確保維護(hù)工作量為零 3 對流體介質(zhì)只有非常小的節(jié)流作用 可降低風(fēng)機(jī)電耗 節(jié)能效果明顯 4 無論流速大小 都可以保證有良好的線性及復(fù)現(xiàn)性 輸出信號(hào)穩(wěn)定 5 大尺寸管道可采用網(wǎng)格法布局 等截面多點(diǎn)測量精確測量氣體流速 6 對風(fēng)管風(fēng)道的直管段要求很低 即使只有 1 5d 的直管段 也可保證線性與精度 7 能產(chǎn)生較大的輸出動(dòng)壓 2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 389 3 兩種測量裝置的使用情況及對比 設(shè)計(jì)的混風(fēng)道內(nèi)裝有的一次風(fēng)測速元件為熱導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì) 在機(jī)組投運(yùn)之初 發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中顯示的一次風(fēng)量偏小 隨調(diào)節(jié)擋板開度的增大 一次風(fēng)量并非始 終呈遞增之勢 在調(diào)節(jié)擋板的部分開度區(qū)域 風(fēng)量的變化是反向的 給運(yùn)行操作和一次風(fēng)自動(dòng)的調(diào) 試與投入帶來了困難 表 1 是浙江電力試驗(yàn)研究院對 1 號(hào)爐 5 臺(tái)磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量裝置的標(biāo)定結(jié)果 標(biāo)定是在磨煤 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行的 位置選取在磨煤機(jī)出口一次風(fēng)管 表1 磨煤機(jī)編號(hào) 工況 實(shí)測風(fēng)量 t h CRT 風(fēng)量 t h 風(fēng)量偏差 t h 工況 1 133 0 103 0 30 0 工況 2 126 9 95 0 31 9 A 工況 3 120 0 90 0 30 0 工況 1 120 0 91 0 29 0 工況 2 117 5 84 2 33 3 B 工況 3 115 2 81 0 34 2 工況 1 133 4 106 6 26 8 工況 2 118 6 84 3 34 3 C 工況 3 124 8 93 2 31 5 工況 1 133 9 108 5 25 4 工況 2 124 1 105 3 18 8 D 工況 3 114 2 98 0 16 2 工況 1 134 4 117 0 17 4 工況 2 122 2 106 6 15 6 E 工況 3 117 4 100 5 16 9 由表 1 可以看出 各臺(tái)磨煤機(jī)入口風(fēng)量與實(shí)測風(fēng)量相差比較大 不能滿足現(xiàn)場要求 經(jīng)過認(rèn)真分析 認(rèn)為導(dǎo)致磨煤機(jī)一次風(fēng)流量測量不準(zhǔn)的根本原因在于磨煤機(jī)冷風(fēng)與熱風(fēng)混合后 直管段太短 導(dǎo)致冷熱風(fēng)混合不均勻 流束不穩(wěn) 使測量不準(zhǔn)確 為了解決這個(gè)問題 我們根據(jù) FCI 廠家的圖紙 在磨煤機(jī)一次風(fēng)管道上安裝了導(dǎo)流板 其目的主要是增強(qiáng)冷熱風(fēng)的混合 使測量元件 處溫度混合均勻 導(dǎo)流板先后在 1 號(hào)機(jī)組和 2 號(hào)機(jī)組安裝 但在改造后使用效果也不佳 未能根本 解決測量不準(zhǔn)問題 在 2007 年 4 月 3 號(hào)機(jī)大修時(shí) 對磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量裝置進(jìn)行改造 將 B D E F 磨的混風(fēng) 道熱導(dǎo)式流量計(jì)移至熱一次風(fēng)道上 在熱一次風(fēng)氣動(dòng)插板門之前 混風(fēng)流量通過下式得到 在 A C F 磨煤機(jī)加裝一套差壓式多點(diǎn)防堵風(fēng)量測量裝置 測點(diǎn)安裝在磨入口處混合風(fēng)管道上 2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 390 多點(diǎn)式風(fēng)量測量裝置取差壓變送器給 DCS 一個(gè)差壓信號(hào) 暫作為觀察判斷混合風(fēng)量用 不參與自動(dòng) 調(diào)節(jié) 投自動(dòng)仍然用原有的 FCI 裝置來的信號(hào) 在 2008 年 4 月的 3 號(hào)機(jī)能耗診斷試驗(yàn)中 對磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量進(jìn)行熱態(tài)測量 其測量結(jié)果如 下表 表 2 磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)量系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果 磨煤機(jī)編號(hào) A B C D E F F 流量計(jì)形式 差壓 熱導(dǎo) 差壓 熱導(dǎo) 熱導(dǎo) 熱導(dǎo) 差壓 流量系數(shù) 0 81 0 99 0 95 0 92 0 96 0 91 0 87 T 01 系數(shù)偏差 7 08 0 94 1 59 0 05 3 44 3 60 4 59 流量系數(shù) 0 82 0 99 0 94 0 92 0 99 0 91 0 83 T 02 系數(shù)偏差 4 85 0 29 0 20 0 27 0 06 2 85 0 29 流量系數(shù) 0 86 1 03 0 92 0 92 1 02 0 82 0 80 T 03 系數(shù)偏差 0 85 2 91 1 79 0 22 3 50 6 46 4 30 平均流量系數(shù) 0 83 1 00 0 93 0 92 0 99 0 88 0 83 流量系數(shù)為實(shí)測流量與 DCS 表盤流量的比值 可表征在線流量計(jì)的測量準(zhǔn)確性 可見 磨 B C D E 的流量系數(shù)介于 0 92 1 0 之間 即表盤流量比實(shí)測流量略大 而磨 A 和 F 的流量系數(shù)明 顯偏小 表盤流量偏離實(shí)測值較遠(yuǎn) 其原因可能是由磨 A 和 F 進(jìn)口風(fēng)道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所造成 可得出穩(wěn) 態(tài)精度如下表 表 3 不同形式的流量計(jì)實(shí)測流量系數(shù) 流量計(jì)形式 流量系數(shù) 平均流量系數(shù) 差壓式 0 83 0 93 0 83 N A 0 87 熱導(dǎo)式 1 00 0 92 0 99 0 88 0 95 可見 在磨煤機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行工況下 熱導(dǎo)式熱量計(jì)的平均流量系數(shù)為 0 95 其測量精度明顯 高于差壓式流量計(jì) 0 87 在這次的磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量過程中 還對差壓式流量計(jì)與熱導(dǎo)式流量計(jì)的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性進(jìn)行了 比較 如下圖所示 2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 391 圖 1 F 磨熱導(dǎo) 差壓式流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性 在帶有差壓式與熱導(dǎo)式流量計(jì)的 F 磨進(jìn)行變擋板試驗(yàn) 在 3 個(gè)小時(shí)的時(shí)間段內(nèi) 機(jī)組負(fù)荷和給 煤量保持不變 冷熱一次風(fēng)門共發(fā)生 3 次變化 時(shí)間段 1 冷風(fēng)擋板不變 熱風(fēng)門關(guān)小 此時(shí)差壓 式流量隨著熱風(fēng)門的開度減小而減小 并在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) 而熱導(dǎo)式流量隨著熱風(fēng)門關(guān) 小后也相應(yīng)減小 但存在著明顯的過調(diào)現(xiàn)象 大約在 15 20 分鐘之后才回復(fù)并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) 時(shí)間 段 2 冷熱風(fēng)門同時(shí)關(guān)小 此時(shí)差壓式流量和熱導(dǎo)式流量均減小 但差壓式流量穩(wěn)定速度更快 時(shí) 間段 3 的情況與時(shí)間段 2 類似 圖 2 為帶熱導(dǎo)式流量計(jì)的磨煤機(jī) B 在現(xiàn)場測試期間一個(gè)多小時(shí)內(nèi)的 DCS 記錄數(shù)據(jù) 在此過程中 機(jī)組負(fù)荷保持不變 由圖可見 試驗(yàn)期間給煤量恒定 在 22 05 左右 冷熱風(fēng)門同時(shí)開大 其中熱 風(fēng)門開至 50 后保持不變 而冷風(fēng)門迅速開至 50 后穩(wěn)定了 2 分鐘再次開大至 90 稍稍穩(wěn)定后關(guān) 小到 65 左右 其間 熱導(dǎo)式流量隨著冷熱風(fēng)門開度的變化 呈先增后降 并再次上升的態(tài)勢 其 變化趨勢明顯與實(shí)際不符 當(dāng)熱風(fēng)門開度穩(wěn)定后 冷風(fēng)門再次開大時(shí) 實(shí)際風(fēng)量增大 熱導(dǎo)式流量 計(jì)的測量值反而下降 而當(dāng)冷風(fēng)門關(guān)小 實(shí)際風(fēng)量減少時(shí) 熱導(dǎo)式流量計(jì)的測量值不降反升 其動(dòng) 態(tài)特性存在著明顯問題 圖 2 B 磨熱導(dǎo)式流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性 2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 392 圖 1 和圖 2 說明 在磨煤機(jī)變工況期間 差壓式流量計(jì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較好 而熱導(dǎo)式流量計(jì)的 動(dòng)態(tài)特性差 響應(yīng)速度慢 穩(wěn)定周期長 存在著明顯的超調(diào) 過調(diào)現(xiàn)象 而且 當(dāng)風(fēng) 門擋板快速頻繁變化時(shí) 熱導(dǎo)式流量的定性變化規(guī)律甚至與實(shí)際情況相反 熱導(dǎo)式流量計(jì)這種 特性將嚴(yán)重影響一次風(fēng)量的自動(dòng)控制品質(zhì) 甚至誤導(dǎo)運(yùn)行人員 影響制粉系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 通過磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量熱態(tài)測量試驗(yàn) 可得出如下結(jié)論 1 表盤一次風(fēng)量普遍比實(shí)測一次風(fēng)量略大 受風(fēng)道布置結(jié)構(gòu)影響 磨 A 和 F 的表盤風(fēng)量與 實(shí)測風(fēng)量相差較大 且不同工況下流量系數(shù)一致性差 2 各臺(tái)磨煤機(jī)混合風(fēng)道的速度場與溫度場非常不均勻 冷熱風(fēng)分層現(xiàn)象明顯 客觀上造成一 次風(fēng)量測量不準(zhǔn) 3 熱導(dǎo)式流量計(jì)穩(wěn)態(tài)下測量精度較高 但動(dòng)態(tài)特性差 穩(wěn)定速度慢 存在明顯的超調(diào) 過調(diào) 現(xiàn)象 嚴(yán)重影響一次風(fēng)量控制品質(zhì) 4 熱導(dǎo)式流量計(jì)受混合風(fēng)道速度場與溫度場分布不均的影響 穩(wěn)態(tài)下測量精度不夠 但其動(dòng) 態(tài)特性較好 隨冷熱風(fēng)門變化響應(yīng)速度快 在 2008 年 6 月 3 號(hào)機(jī)小修過程中 再次對磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量進(jìn)行改造 在 B D E F 磨煤機(jī)的 冷風(fēng)風(fēng)道上各增加一套熱導(dǎo)式測風(fēng)裝置 混合風(fēng)量為熱一次風(fēng)量和冷一次風(fēng)量之和 并在其后的磨 煤機(jī)一次風(fēng)量標(biāo)定中對其準(zhǔn)確性進(jìn)行了測量 試驗(yàn)結(jié)果表明 按照這種方式測量的風(fēng)量較準(zhǔn)確 風(fēng) 量的測量響應(yīng)速度較快 并解決了調(diào)節(jié)過程中熱導(dǎo)式流量計(jì)的測量值反向變化的問題 4 結(jié)論 從差壓式流量計(jì)與熱導(dǎo)式流量計(jì)的對比看 熱導(dǎo)式流量計(jì)對風(fēng)量的反應(yīng)靈敏 風(fēng)量的微小變化 都能感應(yīng)得到 反應(yīng)速度快 能夠很好符合自動(dòng)投入的要求 但它在混風(fēng)溫度的風(fēng)道中 易受混風(fēng) 溫度不均勻的影響而導(dǎo)致測量不準(zhǔn) 差壓式流量計(jì)的測量主要是受風(fēng)壓的影響 因此 對于風(fēng)量的微小變化 由于風(fēng)壓的變化很小 就不如熱導(dǎo)式流量計(jì)反應(yīng)靈敏 但由于不受溫度的影響 因此在混風(fēng)道中 不會(huì)因?yàn)榛祜L(fēng)溫度不均 勻而導(dǎo)致測量不準(zhǔn) 目前我廠各臺(tái)機(jī)組磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量裝置分別情況如下 1 號(hào)爐 均改為多點(diǎn)差壓式流量計(jì) 2 號(hào)爐 均改為多點(diǎn)差壓式流量計(jì) 3 號(hào)爐 存在兩種測量方式具體如下表 表4 磨 A 磨 B 磨 C 磨 D 磨 E 磨 F 熱導(dǎo)式 混合風(fēng)道 熱風(fēng)道 冷風(fēng)道 混合風(fēng)道 熱風(fēng)道 冷風(fēng) 道 熱風(fēng)道 冷 風(fēng)道 熱風(fēng)道 冷風(fēng)道 差壓式 混合風(fēng)道 無 混合風(fēng)道 無 無 混合風(fēng)道 2010 年全國發(fā)電廠熱工自動(dòng)化專業(yè)會(huì)議論文集 393 4 號(hào)爐 將熱導(dǎo)式流量計(jì)從混風(fēng)管道移至熱風(fēng)管道 通過流量換算公式轉(zhuǎn)換為混風(fēng)流量 1 2 3 號(hào)機(jī)的磨煤機(jī)一次風(fēng)量經(jīng)改造后 測量準(zhǔn)確性得到了有效的改觀 無論是改為差壓式 流量計(jì)還是熱導(dǎo)式流量計(jì)的移位均較好地反映了磨煤機(jī)的真實(shí)風(fēng)量 對冷熱風(fēng)門開度的變化均能正 確地反映到風(fēng)量上 反應(yīng)速度較快 自動(dòng)擾動(dòng)試驗(yàn)來看反應(yīng)也較好 已完全能正常投入風(fēng)門自動(dòng) 也改善了制粉系統(tǒng)的磨損 燃燒器噴口的磨損 降低了制粉系統(tǒng)的檢修次數(shù) 長遠(yuǎn)來看 對制粉系 統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)均有較大的益處 對電廠的節(jié)能減排均有重要意義 4 號(hào)機(jī)的磨煤機(jī)一次風(fēng)量還存在 測量不準(zhǔn)問題 還需要改進(jìn) 參考文獻(xiàn) 譚杰 磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量系統(tǒng)改造 華電技術(shù) 2008 年第二期 61 63 作者簡介 何曙勇 1975 男 浙江寧波人 工學(xué)學(xué)士 工程師 從事發(fā)電廠集控運(yùn)行方面的工作