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东晟环保

晟源科技
阳光科技 西安热工院
北京化工大学 中国科技大学
 
图片名称:
精准式一二次风在线监测
加入日期:
2014/7/22
图片介绍:

一、项目概述
    电站锅炉燃烧系统一、二次风风速在线监测系统是由我公司开发成功的。该系统继1996年在丰镇电厂#6炉上成功投入使用后,在1998年通过了内蒙古科委组织的技术鉴定,认为该项目达到国内领先水平。同年起被列为省级重点科技推广应用项目。截止到目前,已经分别在30余台大型电锅炉(中储式、直吹式制粉系统、各种结构的二次风风箱)上成功地投入运行。
    “电站锅炉一、二次风喷口风速在线监测系统的研发与应用”获得内蒙古自治区科技进步三等奖。并且,取得两项国家专利,“管道气体平均流速测量仪”(专利号:ZL200620002883),和“气~固两相流体管道平均流速测量仪”(专利号:ZL200620002882.6)。
    包头第二热电厂2×200MW锅炉炉膛受热面严重结焦,为了配合发电厂有效解决上述问题,为锅炉提供准确有效的一、二次风喷口风速在线监测手段,提高运行水平,最终实现对燃烧工况的合理组织优化,缓解来自燃烧恶化给炉膛结焦带来的负面影响,提高锅炉的安全经济性。
锅炉燃烧器设计参数(设计煤种、BMCR工况):
      风率(%) 风温(℃) 风速(m/s) 阻力(Pa)
一次风 22.39     65         30.2        2100
二次风 61.44     335        45.6        1050
周界风 12 335    35.3       1050
炉膛漏风 4.17    20  


二、风速在线监测系统的作用及特点
    燃烧调整不合理是导致锅炉运行经济、安全性差的一个主要原因。锅炉燃烧调整中,一、二次风风速是指导调整的关键参数。目前的局面是,由于种种原因,锅炉燃烧系统中,尤其是直吹系统的一、二次风风速无法直接、准确地测量到。仅仅依靠现有的测量静压及监视风门挡板开度指示的办法,无法了解到锅炉每层四角风速是否相等和匹配,因此,不可能进行合理有效的燃烧调整。
    一般来说,在炉膛内建立起良好的空气动力场的具体体现为煤粉气流着火、燃烧稳定,混合、扰动强烈,火焰燃烧强度均匀,炉膛充满度好等,而四角一、二次风风速、风量的匹配均匀合理能起到关键性作用,以往现场燃烧调整的主要依据是观测风道静压和挡板开度,但这两种方法,无论是从原理上,还是从实际的效果上说,都是有问题的、不可靠的,是无法满足燃烧调整要求的,容易造成如炉膛火焰偏斜,火焰中心变化,炉膛受热面大面积结焦,燃烧器烧损,水冷壁爆管,过热器超温等问题的发生,直接影响到机组的安全、经济、稳定运行。因此,有必要加装一套能够对一、二次风进行实时准确监测的在线监测系统。
    众所周知,任何一种测量装置都有一个基本测量条件的要求。满足了这一条件,其测量结果的误差限是有保证的,结果是可信的、有意义的,否则,测量是失败的。
    从测量的理论和技术上讲,要改变这种局面,实现锅炉的一、二次风风速的准确测量,需要从三个方面着手,即满足三个必要条件:
    第一、设计、开发出合适的二次风风速测量的一次元件,解决在很短直管段的测试条件下实现管道平均流速准确测量问题;设计、开发出合适的一次风风速测量的一次元件,解决在气、固两相流中体中防磨和实现风速的准确测量问题。
    第二、通过微差压变送器技术将平均动压力差压信号转换成为标准的电信号,送入转配的分布式数据采集系统或直接进入机组DCS系统。
    第三、对送入DCS系统的标准电信号进行必要的换算和修正,以喷口风速的方式直接显示出来指导运行。
    其中,设计、开发出合适的风速测量的一次元件是最具有挑战性的技术难题。通过多年摸索实践,我们开发出来的装置和技术能够真正地从根本上解决了锅炉燃烧系统一、二次风喷口风速实时、准确的测量这一难题,为实现锅炉的燃烧优化提供了必要的、可靠的手段,因此给用户带来了极为显著的经济、安全效益。其突出表现在:

  1. 提高锅炉燃烧的安全性、稳定性——煤粉锅炉采用气态悬浮燃烧方式,从设计和实际运行角度要求锅炉四角燃烧器气流的动能相等,各层的燃烧器负荷分配合理。准确测量各个喷口风速是避免火焰偏斜,热负荷分配不合理,炉内结焦、燃烧器喷口烧损,实现锅炉燃烧安全、稳定的前提。
  2. 提高锅炉热效率——合适的温度、燃料—空气混合速度,以及空气—燃料比率对燃料的完全能量转换至关重要,准确测量各个燃烧器喷口风速,可以精细可靠地组织、调整锅炉燃烧工况,实现锅炉的高效燃烧,提高锅炉热效率。
  3. 提高设备维修效益——水冷壁腐蚀、燃烧器烧损、炉膛结焦都会造成发电企业利润的流失或下降。对产生以上故障的相关锅炉燃烧过程的主要影响因素进行正确、合理的调整是必要的途径。
  4. 提高锅炉洁净燃烧,降低锅炉NOx排放量——通过合理、精确的燃烧调整,并且控制最高的炉膛燃烧温度,可以实现NOx的显著降低。
  5. 提高锅炉低负荷稳燃能力——合理的燃烧调整可以大大提高锅炉的低负荷稳定燃烧能力,大大节约助燃用燃油量。

    另外,该装置具有如下特点:

  1. 测量准确——管道气体平均流速测量装置,所需直管段短(2-3倍的管道直径),实现截面网格测量,可以用于矩形、圆形截面管道,高、低温环境,洁净气流和高、低浓度气固两相流风速的准确测量,误差<2%。满足锅炉二次风的测量。气—固两相流体管道平均流速测量装置,实现有效防磨防堵功能,可实现长周期连续运行。
  2. 低阻力系数——管道气体平均流速测量装置利用翼型的流线结构,使得局部阻力系数小;气—固两相流体管道的平均流速测量装置。测量装置的塞阻比小于管道截面积10%,且为流线型外形。阻力.小,不可逆动能损失最小化。
  3. 结构简单,维护简便——系统除变送器按要求进行必要的校验,其他设备几乎免维护。
  4. 长期稳定性能好,长使用寿命——系统使用性能稳定,寿命长,二次风风速测量装置设计使用寿命20年;直吹式制粉系统风速一次测量元件,根据煤粉气流速度、冲刷磨损能力不同,设计寿命在2-6年。
  5. 使用方便,界面直观——人机界面棒状图和数值量方式同时显示,方便观察调整。 
    系统可靠——选用微差压变送器,配合先进的分布式数据采集系统、工业控制计算机,或者将信号直接与DCS系统进行连接通讯,实现系统运行的可靠和稳定。

 

三、系统构成

  1. 一次风风速测量系统的构成
        由于锅炉燃烧调整的要求,需要测量每一个一次风喷口的风速,因此,每个一次风送粉管道上设计安装一套一次风速测量元件。目前,设计5台磨,每磨4之粉管,共计安装20套测量装置。
    新型防磨、防堵型气~固两相流体管道平均流速测量元件,可应用于矩形或圆形、小管径、高流速管道长期、连续的平均风速准确测量(测量误差<2%)。直接装在煤粉混合风管道上进行测量。微差压传感器完成从一次测量元件动压差到标准电信号的装换。微差压传感器采用进口组装电容式,两线制,4-20mA输出信号,合理的选型保证了系统在工业现场能够长期、稳定的运行。
  2. 二次风风速测量系统的构成
        在实现一次风风速准确测量的同时,需要测量每一个二次风喷口风速,因此,每个二次风喷口分支管道上设计安装一套二次风速测量元件。目前设计7层二次风喷口,每层4个,共计安装28套测量装置。如果,燃烧器发生较大的变化,在数量和尺寸上必须进行重新设计。
        其他信号转换、接入DCS系统,调整组态与一次风风速测量系统的构成基本相同。


四、烟风阻力校核
锅炉一次风送粉管道中加装的一次元件,占据了很小的流通截面面积,增加的系统阻力完全可以忽略不计。
锅炉二次风风箱中由于加装了测速装置,会增加部分系统烟风阻力,需要对其烟风阻力进行校核计算。通过理论计算和以往的改造经验,其增加的系统阻力是很小的。对于已进行送风机选型、安装使用的锅炉来说,其值一般远小于风机设计压头裕度范围。

  1. 锅炉送风机风量和压头裕度
       主要技术参数:
       型号:             14144B型
       数量:             2 台
       额定出力:         381420m3/h
       额定风压:         4346Pa
       转速:             980rpm
       风压裕度           652Pa
  2. 增加阻力计算
        风箱结构变更前后系统阻力变化表现在以下两个方面,一是增加了风道内沿程阻力,二是加装整流隔板、机翼测速装置后,风道局部阻力增加了。本计算的依据为《锅炉设备空气动力计算标准方法》。主要计算公式如下:

        计算结果见下表:

序号

   

符号

 

 

备注

1

二次风风箱风压

Pa

1600

 

2

二次风温度

335

 

3

二次风密度

ρ

kg/m3 

0.521 

 

4

风道内最大风速

w

m/s

30.6

 

5

风道截面

F

m2

0.558 

取最高值

6

风道当量直径

dn

 m

0.747 

 

7

风道长度

m

1.0

 

8

绝对粗糙度

 m

6×10-5

 

9

摩擦阻力系数

 λ0 

1/m

0.0157

 

10

机翼局部阻力系数

ξ1

 

0.31 

试验数据

11

整流器处流通面积

F1

m2

0.541 

 

12

整流器局部阻力系数

ξ2

 

0.115 

查表得

13

大小头局部阻力系数

ξ3

 

0.08 

查表得

14

阻力增加值

Δ

a

90.7

 

    计算结果表明,按照该方案进行改造后,送风系统阻力仅增加90.7Pa,远远小于送风机风压裕度,不会影响锅炉出力。

五、喷口风速计算公式
    装置的信号换算公式见下表:
    一次风喷口风速:    
    式中:
—— 风速测量装置输出差压          单位:Pa
        t —— 一、二次风温度                单位:℃
        K1—— 系数,与一次元件流量系数、流体温度、压力等有关
    微差压变送器输出:4~20mA
    微差压变送器量程:0~2000Pa


六、安装要求

  1. 一次风一次元件的布置及安装
        一次风风速采用靠背管差压测量原理,取压装置为硬质陶瓷防护套,具有耐磨防堵自动清灰等特点。直接安装在煤粉管道上,为了满足最低的测量条件,实现准确测量,需要在安装一次测量元件的风道截面最好留有5倍管道直径的测量直管段,测量截面后最好留有至少2倍管道直径的直管段。竖直布置,垂直管道安装。选点同时考虑检修、安装工作的方便。
    一次风速取压装置带有安装底座。安装底座与一次风速取压装置用法兰连接安装。
  2. 二次风一次元件的布置及安装
        由于锅炉燃烧调整的要求,需要测量每一个二次风喷口的平均风速。鉴于锅炉采用两侧墙大风箱布置结构形式,因此,二次风测量装置的安装位置通常设计在二次风箱中,直接将测量装置与二次风支管相连接。
    测量装置分为两部分,整流装置和翼型测速装置。两部分在加工工厂进行焊接组装。整体测速装置的误差小于2.5%。
  3. 传压表管的铺设
        根据美观、焊接处严密,满足管道膨胀,且不发生泄漏的原则,将传压表管从风速测量装置敷设至控制柜上方合适位置。传压表管直径依现场习惯或现有管材决定,建议选用φ14或φ12,壁厚1.5mm或2mm的无缝钢管。在与变送器信号连接端口处,焊接厂家提供的的短管,实现与相应设备的相连。所有焊接处必须进行检查,不能有泄漏。(注:一般信号不准往往由于焊接缺陷造成的。)
  4. 监测系统二次部分的安装
        包括微差压传感器安装、信号电缆等的安装和敷设。电缆规格建议采用DCS系统统一型号信号屏蔽电缆。微差压传感器固定在控制柜中。为节省材料数量,降低造价,控制柜安装在运转层平台锅炉本体就近的钢柱上,位置现场缺定。
        用专用软管把信号传压表管输出端分别与微差压传感器的(+)、(-)端连接起来。将微差压传感器的两线制4~20mA标准信号,接入控制柜的信号端子排,通过通讯电缆统一接入DCS系统。具体信号线编号,现场决定,以明确、统一、方便为宜。
  5. 相关DCS组态工作
        微差压传感器的4~20mA标准信号直接进入DCS系统,在DCS中对信号进行功能组态、以棒图画面及数值显示框方式,显示各一次风喷口风速的变化情况及数值,以及风速低等报警。
  6. 系统调试
        监测系统安装完毕后,需要进行冷态流量系数的标定,检查安装质量,消除系统中存在的缺陷。给DCS提供信号转换公式,以便计算出喷口风速,实现其各种显示功能。


七、装置维护说明

  1. 系统设计为免维护产品。没有日常维护检修工作。
  2. 对于一次风风速测量装置,设计寿命4-6年。鉴于目前煤质及运行方式,建议每年检查一次风速测量元件使用状况,每两到四年更换一次。
  3. 如果现场条件具备,按照使用要求,建议每年对微差压变送器进行校验。如果机组连续运行,每4年必须进行一次校验。
  4. 根据传压软管(Φ8*2)的材质,正常使用寿命4年。建议每年进行一次检查,必要时进行更换。
  5. 如果对控制柜中的变送器或其它部件进行检修、校验等项工作时,涉及临时或长期断开信号连接软管时,在相应磨煤机处于停备用状态下进行,防止正压煤粉气流倒流,堵塞一次风速测量元件和传压管路。
  6. 装置投入运行后,常见问题及排除。   

    序号

    问题

    原因

    措施

    1

    风速示值异常

    差压变送器故障

    变送器检修更换

    线路故障

    信号线路检查恢复

    传压软管、泄露 

    检查更换

    DCS运算错误

    DCS检查恢复

    2

    风门开关,风速示值不变 风门或可调缩孔故障。

    执行器动作,风门实际为动作

    风门、可调缩孔检修


 

 


二次风箱风速测量装置安装图

 

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