電廠煤粉管道中煤粉運行狀況診斷研究

1　引言

　　在電廠直吹式制粉系統設計時認為同一磨煤機出口各煤粉管內的煤粉濃度、粒度和速度是一樣的，這樣可以保證到各燃燒器的煤粉量相同，以得到正確的風煤比。實際上，由于多種因素的影響，各煤粉管的煤粉濃度不可能完全相同，通常會有20％或更大的差異。這種濃度的差異會影響到各燃燒器中的風煤比，造成燃燒效率下降、燃燒不穩定、結渣等，還會增加NOX的排放。煤粉細度對鍋爐燃燒的穩定性、煤粉燃燒不完全損失、磨煤機能耗等也有較大影響。有時煤粉管道還會發生堵塞，影響鍋爐安全運行。一般認為煤粉管堵塞原因是各管道內的一次風速不同造成的，可以通過在磨煤機空載時測量各煤粉管內的風速，調整煤粉管上的節流孔板或節流圈尺寸來平衡各管道內的風速。但即使是在空載下平衡的煤粉管實際運行時個別管道還有可能發生堵塞。
　　為能及時發現以上問題，以提高鍋爐效率和可靠性，減少污染排放，實現安全運行，就需對煤粉管中煤粉的運行狀況進行在線監測和診斷。近年來，國內外都在開展煤粉在線測量技術研究，如采用熱力學法［1］、微波法、電容法［2］、電荷法［3］等。但這些方法一般只能測量煤粉的濃度，不能同時測量煤粉的粒度和速度。且上述一些方法與煤粉的特性有關，煤種變化會增大測量誤差。本文介紹了作者應用LF－1煤粉在線檢測儀在600 MW機組上進行煤粉管道中煤粉運行狀況在線檢測和診斷的研究結果。

　　2　儀器的測量原理

　　LF－1煤粉在線檢測儀是基于光脈動法和相關法原理的一種新穎的煤粉在線測量儀器［5］，可同時測量煤粉的平均粒度、濃度和速度。它的基本原理是當處于運動狀態的煤粉通過一測量激光束時，由于處在光束中的不同大小的煤粉數目始終在變化，造成透射光束光強的隨機變化，測量這種光強隨機變化信號并應用光脈動理論分析處理就可以得到煤粉的粒度和深度[4]，如圖1所示。進一步利用相關理論處理測得的數據，就能測得煤粉速度。

　　儀器由計算機、儀器箱、探針等組成，見圖2。探針為直徑20mm的細長桿狀，前部有一10mm長的測量區。由于測量區長度較短，應用該儀器可測出煤粉在管內沿徑向的分布情況，這對診斷煤粉管的運行狀況是十分有用的。

　　LF-1煤粉在線測量時只要在機組運行狀態下將煤粉管上的煤粉取樣孔堵頭取下，打開取樣孔上的閥門，把探針通過取樣孔插入煤粉管內讓煤粉流過測量區即可開始進行。為保護探針上的測量孔不被煤粉堵塞，探針插入煤粉管前必須連接好壓縮空氣管并供給壓縮空氣，壓縮空氣流量僅每分鐘數升。該儀器的一次測量時間僅數毫秒，測量時間間隔可以軟件上調整，試驗時設定為每5s測量一次。測量結果以曲線和數據的形式直接顯示在計算機屏幕上，同時保存在硬盤上供以后分析。

　　3　測量結果和分析>

　　應用該儀器在一臺600 MW機組的煤粉管上進行了多次測量并對煤粉管的運行狀況進行檢測和診斷。需指出的是該儀器測得的粒度是煤粉的平均粒度，濃度是單位空間內的煤粉量，而速度是煤粉的速度，這些定義與電廠常用的定義有區別。
　　表1和表2是2F磨煤機2根出口煤粉管的測量結果，表中的測量位置見圖3。從表中數據可見，F5管的煤粉粒度和濃度隨測量位置增加而逐漸增大。其原因是測點位于該煤粉管彎管上部，煤粉在彎管處受離心力作用造成彎管半徑大處煤粉濃度高、粒度大，半徑小處濃度低、粒度小。由于儀器測量的是煤粉的速度，而不是氣流的速度，煤粉顆粒越大，與氣流的跟隨性越差，故速度也較低，而煤粉顆粒越小，與氣流的跟隨性越好，故速度也較高，接近氣流速度。速度測量結果也顯示出這種規律，在彎管內半徑處煤粉速度較大，外半徑處煤粉速度較小，而在其它位置，則速度較為均勻。

　　但2F1管的數據則明顯與2F5管的測量結果不同，在管內大部分區域，煤粉粒度和濃度均較2F5管的數據為大，而速度則低的多。僅在管道外半徑附近區域煤粉粒度較小，濃度也趨于正常，與2F5管相同區域的煤粉情況相近。分析該測量結果可以得出這樣的結論：2F1煤粉管道有部分堵塞現象，僅在外半徑區域附近該管道還保持暢通。實際檢查證實情況確實如此。同時，測量結果還表明，煤粉的濃度、粒度和速度等參數波動很大（見表2）。

　　從流體力學理論知，顆粒在氣流中的速度或與氣流的跟隨性和它的直徑有關，直徑越大，顆粒跟隨性越差，速度越小，越易沉積。在各管道內風速差異并不是非常大的情況下，150μm的煤粉顆粒顯然比50μm的煤粉顆粒容易沉積。比較有堵塞現象的管道與同一磨煤機出口其它幾根管道的測量數據，發現凡運行正常的管道中煤粉粒度均較小。因而2F1管道堵塞的原因應是煤粉顆粒過大，而不是該管道阻力太大，風速過小等其它因素。分析認為造成2F1管煤粉粒度大的原因應是磨煤機內煤粉分離裝置有問題，引起煤粉分離不均勻，本應回落到磨煤機中重新研磨的大顆粒煤粉進入了該管道。但這種問題在進行磨煤機空載試驗時是不可能發現的。這也解釋了為何調整了該磨煤機出口管道的節流圈尺寸以平衡各管道間風速后仍有堵塞發生的原因。經打開磨煤機檢查，發現確有個別分離板安裝角度有問題，對此進行了調整，恢復到正常角度。調整后對該磨煤機再次進行測量的結果表明，2F磨的各管道間
　　煤粉濃度和粒度很不均勻的現象已大為改善，2F1管中的煤粉的參數已與其它管道的情況相近，見圖4。調整后經幾個月運行，沒有再發現2F1管堵塞現象。
　　各煤粉管的測量結果還表明煤粉的流動并不是如機組運行表計上顯示的那樣是穩態的，而是不穩定的，有時會出現濃度和粒度的大幅度波動，此時瞬態煤粉濃度非常高，粒度也較大，如圖5所示。2F磨和2D磨檢修調整前，這種現象出現頻率較高，但在機組的運行表計上根本沒有顯示，文獻中也極少報道此現象。這是因為運行表計和其它方法的時間常數較大，不能測出這種短時間的變化。這種煤粉濃度大幅度波動顯然對燃燒會產生較大影響，因為
　　此時風煤比將小于最佳風煤比，造成不完全燃燒損失增大。磨煤機檢修后，這種現象則很少出現。這表明，這種現象與磨煤機運行狀況有很大關系，因此可以把煤粉波動狀況作為磨煤機運行狀況好壞的一個判據。
　　為進一步改進磨煤機的性能，電廠對2D磨進行了大修，更換了軋輥等，同時對2F磨又作了調整。對大修和調整后2D和2F磨各煤粉管的再次測量表明，2D磨經大修后煤粉的粒度從平均約80多μm降到50μm左右，且各管道內煤粉濃度和粒度沿直徑分布都較均勻，僅2D6管內的煤粉粒度稍大（見表3）。同時各管道內的煤粉流動狀況也大為改善，不再有煤粉濃度大幅度波動的現象，僅在近壁面處有煤粉濃度的較大幅度波動。這種波動在2D和2F磨多數管道的近壁面處都測量到。分析認為這種現象是由于在壁面附近氣流速度較小，而測量位置是在垂直管段上，部分大顆粒煤粉在壁面上沉積達一定厚度后塌落造成的。但2D2管這一區域稍大一些。

　　對2F磨出口煤粉管的測量結果表明各管道內的煤粉濃度和粒度的均勻性同樣有了很大改善，但2F磨的煤粉粒度略大于2D磨的煤粉粒度。這是因為在磨煤機調整時2F磨的擋板開度調整得比2D磨稍大，磨煤機的電動機電流相應減小，以降低2F磨的能耗。

　　4　結論
　　通過用LF－1煤粉在線測量儀在600 MW機組煤粉管的在線檢測診斷，可以得到以下結論：
　　（1）LF－1煤粉在線檢測儀可以對煤粉管道中煤粉的運行狀況進行診斷。
　　（2）造成煤粉管道堵塞的原因不一定是各管道的阻力特性不同，磨煤機內煤粉分離裝置的設計或安裝等問題造成煤粉分離不好，大粒度煤粉進入煤粉管道也是造成煤粉管堵塞的原因之一。
　　（3）同一煤機出口各煤粉管的煤粉濃度和粒度并不一定相同，這與磨煤機的運行狀況有很大關系。各煤粉管內的煤粉粒度和濃度是否存在較大不均勻，以及煤粉濃度是否出現大幅度波動可以作為磨煤機運行狀況好壞及是否需要進行檢修的判據。
　　（4）對煤粉管道進行定期檢測可以幫助了解管道的運行情況，有助于鍋爐的安全運行。