文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003-0492（2024）11-066-04中圖分類號(hào)：TP277

★解云（國(guó)能江蘇諫壁發(fā)電有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212000）

關(guān)鍵詞：鍋爐溫度場(chǎng)；燃燒偏差；鍋爐運(yùn)行優(yōu)化

某電廠#11鍋爐為亞臨界壓力中間一次再熱控制循環(huán)爐，單爐膛Π型布置，四角切向燃燒，擺動(dòng)噴嘴調(diào)溫，平衡通風(fēng)，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，固態(tài)排渣。每臺(tái)爐配有5套HP843中速磨煤機(jī)，四臺(tái)磨煤機(jī)就可以滿足鍋爐BMCR負(fù)荷，其中一臺(tái)為備用。

自#11機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，原制粉系統(tǒng)采用的“靜態(tài)分離器+雙可調(diào)煤粉分配器”方案，一直存在磨煤機(jī)出力未達(dá)設(shè)計(jì)值、一次風(fēng)管頻繁發(fā)生堵管等問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，2016年該廠將靜態(tài)分離器改造為動(dòng)態(tài)分離器，并拆除雙可調(diào)煤粉分配器。改造后，在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，通風(fēng)阻力下降，制粉系統(tǒng)出力增加[1]，但仍然存在煤粉管道風(fēng)、粉分配不均勻、燃燒偏差大的問(wèn)題。

鍋爐配有爐膛安全監(jiān)察系統(tǒng)（FSSS），并配有爐膛火焰電視攝像裝置和汽包水位電視攝像裝置。爐膛折焰角下部安裝了一套BWCPS聲波鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該聲波測(cè)溫系統(tǒng)采用8套聲波發(fā)射/接收傳感組件安裝于鍋爐四壁的同一平面上，不同側(cè)的兩個(gè)傳感器之間共形成24條聲波路徑，可實(shí)時(shí)顯示爐膛平面溫度場(chǎng)分布情況，并顯示等溫線，直觀展示燃燒情況。

1　鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1　聲波測(cè)溫原理

聲波在氣體中傳播速度的平方與其傳輸路徑的介質(zhì)溫度成正比[2]。如公式（1）所示，可按照?qǐng)D1計(jì)算得出傳輸路徑上的介質(zhì)平均溫度T。

圖1 傳輸路徑介質(zhì)平均溫度T計(jì)算示意圖

1.2　鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖2所示，主要由8套聲波發(fā)射/接收傳感組件、8套前置放大裝置、1個(gè)過(guò)程控制單元、1個(gè)中央處理單元組成。

（1）聲波發(fā)射/接收傳感組件

聲波發(fā)射裝置由文丘里管、波導(dǎo)管、波導(dǎo)管延伸及相應(yīng)附件組成。文丘里管通過(guò)壓縮空氣發(fā)出強(qiáng)度為126dB、特定帶寬的白噪聲，經(jīng)聲波導(dǎo)管耦合放大后作為系統(tǒng)的聲波信號(hào)源。

聲波接受傳感器是由特殊腔體結(jié)構(gòu)及聲學(xué)振子、特制的壓電陶瓷堆制成的微音傳感器，其工作溫度范圍-20℃～400℃，動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍≧100KHz。

（2）前置放大裝置

前置放大器能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)聲端和接收端傳感器接收到的聲波信號(hào)，使其輸出形式由電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并具有信號(hào)放大功能。

（3）過(guò)程控制單元

過(guò)程控制單元是鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能包括：按照設(shè)定方式控制發(fā)聲、對(duì)8路發(fā)聲端/8路接收端聲波信號(hào)進(jìn)行放大、衰減和帶通濾波處理、采集聲波信號(hào)、計(jì)算設(shè)定路徑的平均溫度，并發(fā)送給中央控制單元。

（4）中央處理單元

中央處理單元接收過(guò)程控制單元路徑溫度，計(jì)算區(qū)域均溫，完成爐膛溫度場(chǎng)重建，同時(shí)將溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送給DCS進(jìn)行顯示。

圖2 鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

1.3　聲波測(cè)溫系統(tǒng)主要性能參數(shù)

聲波測(cè)溫系統(tǒng)主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 聲波測(cè)溫系統(tǒng)主要性能參數(shù)

2　爐膛燃燒狀態(tài)的聲波溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝完成后，運(yùn)行人員可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)燃燒狀態(tài)，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)可視化調(diào)整，達(dá)到了鍋爐燃燒優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)。

2.1　爐膛聲波溫度測(cè)量

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組運(yùn)行在325MW負(fù)荷下，ABCDE五臺(tái)磨煤機(jī)投入運(yùn)行。AA、AB、BC、CD、DE各層的#1、#2、#3、#4角二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度均為50%，I、G、H等各層燃盡風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度為80%，聲波溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)如圖3所示。

圖3 二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度均為50%下的溫度場(chǎng)測(cè)量

由溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖可以看出，截面爐膛溫度最高值為1226℃，最低值為748℃，并且燃燒火焰中心偏向后墻。

2.2　鍋爐熱效率測(cè)試

為了解機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，我們?cè)跈C(jī)組325MW負(fù)荷下對(duì)二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度均為50%下的運(yùn)行工況進(jìn)行了鍋爐性能測(cè)試[3]。在試驗(yàn)中，我們采用德國(guó)AKOMA等速煤粉取樣器實(shí)測(cè)煤粉細(xì)度，S型背靠背管實(shí)測(cè)一次風(fēng)速，BWCPS聲波鍋爐溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)爐膛燃燒情況。具體測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度均為50%下的鍋爐熱效率試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，在325MW負(fù)荷工況，實(shí)測(cè)飛灰含碳量1.38%，大渣含碳量0.31%，干灰渣未燃盡碳損失0.28%；實(shí)測(cè)排煙溫度134.39℃，修正后排煙溫度127.32℃；實(shí)測(cè)鍋爐熱效率為93.33%，修正后鍋爐熱效率為93.82%。

3　基于溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的鍋爐燃燒偏差調(diào)整

由圖3可知，火焰中心偏向后墻，因此可通過(guò)調(diào)整二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度的方式進(jìn)行調(diào)整[4,5]。

3.1　減少前墻風(fēng)門(mén)開(kāi)度的燃燒偏差調(diào)整

在維持機(jī)組325MW負(fù)荷工況運(yùn)行、燃料品質(zhì)不變的情況下，AA、AB、BC、CD、DE各層的#3、#4角二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持50%，#1、#2角二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度減少至30%，I、G、H等各層燃盡風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度為80%，聲波溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)如圖4所示。

圖4 二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#3、#4角50%，#1、#2角30%下的溫度場(chǎng)測(cè)量

為了解機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，我們?cè)跈C(jī)組325MW負(fù)荷下對(duì)二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#3、#4角50%，#1、#2角30%下的運(yùn)行工況進(jìn)行了鍋爐性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#3、#4角50%，#1、#2角30%下的鍋爐熱效率試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，在325MW負(fù)荷工況，二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#3、#4角50%，#1、#2角30%工況下的鍋爐熱效率，實(shí)測(cè)飛灰含碳量1.53%，大渣含碳量0.47%，干灰渣未燃盡碳損失0.32%；實(shí)測(cè)排煙溫度133.51℃，修正后排煙溫度126.01℃；實(shí)測(cè)鍋爐熱效率為93.40%，修正后鍋爐熱效率為93.85%。

3.2　開(kāi)大后墻風(fēng)門(mén)開(kāi)度的燃燒偏差調(diào)整

在維持機(jī)組325MW負(fù)荷工況運(yùn)行、燃料品質(zhì)不變的情況下，AA、AB、BC、CD、DE各層的#1、#2角二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持50%，#3、#4角二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度開(kāi)大至80%，I、G、H等各層燃盡風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度為80%，聲波溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)如圖5所示。

圖5 二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#1、#2角50%，#3、#4角80%下的溫度場(chǎng)測(cè)量

由圖5可知，截面爐膛溫度最高值為1305℃，最低值為879℃，且火焰中心偏差基本被消除。

為了解機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，我們?cè)跈C(jī)組325MW負(fù)荷下對(duì)二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#3、#4角50%，#1、#2角30%下的運(yùn)行工況進(jìn)行了鍋爐性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#1、#2角50%，#3、#4角80%下的鍋爐熱效率試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，在325MW負(fù)荷工況，二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度#1、#2角50%，#3、#4角80%工況下的鍋爐熱效率，實(shí)測(cè)飛灰含碳量0.49%，大渣含碳量0.32%，干灰渣未燃盡碳損失0.10%；實(shí)測(cè)排煙溫度136.09℃，修正后排煙溫度127.08℃；實(shí)測(cè)鍋爐熱效率為93.60%，修正后鍋爐熱效率為94.05%。

4　結(jié)論

分析對(duì)比圖3、圖4、圖5，基于溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)火焰中心偏向爐膛后墻時(shí)，適當(dāng)開(kāi)大后墻風(fēng)門(mén)開(kāi)度，可消除燃燒偏差，并在一定程度上提高鍋爐效率。對(duì)比表2、表4，當(dāng)爐膛燃燒偏差消除后，爐效提高如下：

（1）實(shí)測(cè)飛灰含碳量降低0.89%，干灰渣未燃盡碳損失升高0.01%；

（2）實(shí)測(cè)排煙溫度升高2.58℃，這是由于爐膛溫度升高導(dǎo)致的；

（3）修正后的鍋爐熱效率提高0.23%。由此可見(jiàn)，利用溫度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整對(duì)于減少爐膛燃燒偏差、提高鍋爐效率具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

解　云（1978-），女，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于國(guó)能江蘇諫壁發(fā)電有限公司，研究方向?yàn)槿济弘姀SDCS控制系統(tǒng)策略優(yōu)化。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2024年11月刊