一次风粉在线监测系统

PAMS-dp型一次风粉在线监测系统

一、在线监测的意义

锅炉在设计时都假设同一层燃烧器燃用条件相同的煤粉气流，即煤粉浓度、喷口速度、煤粉细度等均相同。由此可望使各燃烧器表现出相同的性能，主要包括着火位置、火焰传播速度、煤粉颗粒燃尽、动量等。在这种理想情况下，锅炉的经济、安全运行就可得到保证。

而在实际锅炉上仍存在一系列问题，如火焰偏斜冲刷炉墙、在靠近炉墙区域局中心还原气氛强而产生水冷壁局中心高温腐蚀或结焦、热负荷不均匀、烟气侧和蒸汽侧温度偏差、无法优化低NOx运行、飞灰含碳量高等问题，影响机组运行的可靠性和经济性。原因固然是多方面的，但大量的经验表明，燃烧器特别是处于同层燃烧器之间一次风粉分配不均匀是一个重要的原因。无论是直吹式制粉系统，还是中储式制粉系统，一次风粉分配不均匀是普遍存在的问题，以前由于对此没有可靠的监测手段而被忽视。

针对此问题西安热工研究院在十年前开发了热平衡法风粉浓度和速度在线

监测系统，在热风送粉的中储式制粉系统上得到广泛推广使用，对锅炉运行起到了良好的指导作用。但由于其原理上的限制，该监测系统无法应用于乏气送粉的中储式制粉系统以及直吹式制粉系统。因此，热工研究院又进行了进一步的研究开发，创新性地开发成功一种能适合于任何场合的在线监测含尘气流流速和浓度的方法及其装置,称之为PAMS-dp型一次风粉在线监测系统。对于中储式制粉系统，监测信号可为运行人员提供给粉机转速控制的依据，或直接通过闭环控制系统控制给粉机的转速。对于直吹式制粉系统，监测信号用于可调式煤粉分配器调节的依据，或通过闭环控制系统在运行中连续调节煤粉分配器，使其始终保持最佳分配均匀性。可调式煤粉分配器已由热工研究院开发成功，获国家发明专利，并已应用于多台300MW机组的直吹式制粉系统上，分配均匀性指标达到国际领先水平。

通过在线监测和控制手段(双可调煤粉分配器)使得一次风粉的分配得到优化，可大大改善锅炉运行的安全性和经济性，避免燃烧器烧损、水冷壁或其它区域结焦、热负荷不均造成爆管、避免还原性气氛下的局中心高温腐蚀等一系列问题，一次风粉均匀分配是优化燃烧和实现低NOx燃烧的首要条件，因此有着非常重要的意义。

二、新型监测装置的原理

利用防堵防磨动压探头，测量含尘气流中代表点的动压，该动压与气流速度、粉尘浓度有固定的关系；利用防堵静压测量装置准确测量某一代表性管段的阻力，该阻力也与气流速度和粉尘浓度有关。根据气流速度、粉尘浓度与测得的动压和阻力之间的关系和通过现场试验标定得出的系数，可以精确得出被测含尘气流的流速和粉尘浓度。

三、关键技术

测量系统见示意图。此测量系统所采用的关键技术包括防堵防磨动压探头和防堵静压测量装置，具有独创性。采用小流速洁净压缩空气连续吹扫动压探头解决了探头堵塞的问题，采用特殊材料解决了动压探头磨损的问题。采用小流速洁净压缩空气连续吹扫静压测量装置解决了静压测点的堵塞问题。利用这一测量系统进行含尘气流的流速和粉尘浓度的在线测量准确可靠。这一测量系统技术水平处于国际领先位置，已获得三项国家专利。

四、系统组成：硬件：

?防堵防磨探头：测量管道内气流的动压

?防堵静压测点：测量一段管道的阻力

?热电偶：测量管道内气流的温度

?微差压变送器：将动压和阻力转换为电信号

?数据采集板：将电信号变为数字信号送往计算机

?工控机：计算速度和浓度，并显示。

软件：?操作系统：Windows 2000 ? I/O卡接口程序?监测程序

五、系统功能：

实时显示各一次风管的风速和浓度

各一次风管速度、浓度柱状图

各一次风管速度、浓度历史曲线图

设置标定数据和运行参数

设置密码(用户管理)

在线修改速度及煤粉浓度报警上下限

历史数据查询、数据打印

六、性能及特点：

?测量精度较高，风速测量精度可达±2%，浓度测量精度可达±5%；

?没有节流元件，对被测量管道系统不增加阻力；

?探头用小流量洁净气流连续吹扫，长期运行无堵塞问题，保证了输出信号的真实性；

?探头采用特殊防磨材料制作，长时间运行无磨损问题，保证了输出信号的真实性；

?静压测量装置用小流量洁净气流连续吹扫，长期运行无堵塞问题，保证了输出信号的真实性；

?系统运行可靠性高；

?系统没有活动部件，不易损坏，维护方便；

?适用范围广，可用于各种输送粉尘的管道系统；

?不受粉尘成份变化的影响。

七、技术服务范围：

提供工程设计，现场施工指导，负责系统调试，人员培训，售后服务

八、供货范围：

硬件：

?防堵防磨探头

?防堵静压测点

?热电偶

?微差压变送器

?数据采集板、通讯板

?现场机柜

?工控机

软件：

?I/O卡接口程序

?监测程序

九、应用：已经成功应用于江苏望亭电厂、浙江嘉兴电厂、新疆苇湖梁电厂、山东菏泽电厂等多家电厂。

探讨锅炉一次风粉浓度监测仪表的改进

陈联清（广东火电工程总公司，广东广州510730）

广东电力GUANGDONG ELECTRIC POWER 2001年第14卷第5期

摘要：锅炉一次风管的风量、给粉量的大小及均匀程度，均对锅炉的安全经济运行有着重要的影响，为此，简要介绍锅炉一次风粉浓度监测的原理、组成结构及其存在的问题，并提出了一次风粉浓度监测仪表的通信方式采用数据采集和显示功能分离的改进方案。改进后的锅炉一次风粉浓度监测仪表可靠性明显提高，数据处理能力增强，日常维护方便。

关键词：锅炉燃烧器一次风粉浓度监测仪表可靠性

在火力发电厂中，锅炉燃烧器保持适当的一、二次风速是建立良好的炉内空气动力工况和稳定燃烧的必要条件。一次风的风速反映了一次风管道的运行情况，同时也反映锅炉燃料的供给状态。一次风配风严重的不均匀性会引起炉膛火焰中心偏斜、燃烧不稳定、局部结焦、炉管爆漏、锅炉热效率下降，甚至导致锅炉熄火放炮。因此，监测锅炉一次风管道风速的运行状态，对于监控锅炉燃料的供给，保证锅炉的安全经济运行是十分重要的。

1 锅炉一次风粉浓度监测的原理

锅炉一次风速的监测方法是利用一次风流动受到阻力时，其动力能转变为压力能，此时测量管道内某一点的动压力，便可以间接地知道该点的流速。由于一次风温度与煤粉间的温差较大，在测量一次风速的过程中，利用其混合后的热量平衡关系可以求出一次风中煤粉的浓度，它间接地反映了锅炉一次风管给粉量的大小及均匀程度。锅炉一次风测点布置如图1所示。

2 锅炉一次风粉浓度监测仪表

2.1 锅炉一次风粉浓度监测仪表的组成结构

锅炉一次风粉浓度监测仪表的组成结构如图2所示。测速、测温元件及变送器安装于现场，显示仪表安装在控制室。现场的一次风动压差、一次风风温、煤粉温度和一次风粉混合物温度值由变送器转换为标准的4～20 mA信号并传送到控制室显示仪表上。

2.2 锅炉一次风粉浓度监测仪表的硬件结构

锅炉一次风粉浓度监测仪表的硬件结构如图3所示，它由4大功能块组成：信号处理及A／D转换功能块、数据处理功能块、键盘输入和显示报警功能块、通信功能块。

2.3 锅炉一次风粉浓度监测仪表存在的问题

中小型锅炉热控仪表的改造也常需要用到锅炉一次风粉浓度监测仪表。在实际应用中，发现其存在如下不足之处：

a）由于电缆和温度测量补偿导线用量较大，设备改造投资总额较大；

b）由于接线点较多，故障概率较大，造成日常维护工作量增大；

c）现场检测元器件故障和显示仪表本身故障难以区别，造成维护困难。

3 锅炉一次风粉浓度监测仪表的改进

3.1 改进后的组成结构

针对锅炉一次风粉浓度监测仪表的具体情况和实际使用范围，改造该仪表的组成结构，将其检测功能和显示功能分开，互为独立，其组成结构如图4所示。

从图4中可知，改进后的一次风粉浓度监测仪表的组成结构是在现场端加装数据采集板和LED显示板。现场以锅炉每层4个燃烧器为一组，一套一次风粉浓度监测仪表只对该层4个燃烧器的一次风粉浓度进行监控。前端数据采集板将该层4个一次风管的差压和温度模拟量信号进行放大、滤波处理，再将其转换为数字

量信号。这些信号由中央处理器变为中间量信号t

f ，t

m

，t

h

，Δ

ρ并将这些信号

的十进制值送到LED显示板上，以便观察。同时LED显示板还可以监视现场采集

板的工作状态。中间量信号t

f ，t

m

，t

h

，Δ

ρ通过RS485串口将中间量信号数据

上送到控制室的显示仪表中。控制室中的显示仪表将RS485串口送来的中间量数据与由面板键盘送入的各种标定系数进行综合处理，然后显示在前面板上。3.2 改进后的硬件结构

改进后的一次风粉浓度监测仪表硬件结构如图5所示，它在功能上将现场数据采集部分分离出去，由现场数据采集控制箱完成。现场数据采集控制箱内的控制电路由单片微机及外围接口电路组成。其A／D转换电路由前端放大电路和V ／F转换芯片组成，它成本低、运行可靠，占用单片机资源少。LED显示电路轮

流显示各中间量信号t

f ，t

m

，t

h

，Δ

ρ的十进制数值，这既可以观察各输入通道

信号的转换状态，又可以监视RS485串口的通信情况。在校验仪表时，LED显示板也是很好的帮手，可以校对显示仪表的正确性。

从图5可知，一次风粉浓度监测仪表的现场采集控制箱和控制室显示仪表两部分的功能是各自独立的，两部分之间的通信为单向工作方式。正是由于该仪表两部分的功能独立，所以两部分的电路都相对简单，电路实现容易，可靠性高。

为提高仪表的可靠性，在通信电路设计时应将其电源与仪表内部电源相分离。由于通信部分电源功率很小，可以考虑采用变换器件，这既可减少电源数量，又可节省成本和减少电源体积。

在软件结构中，通信部分的软件尤为重要，它应具有数据传送和仪表状态监

控的双重功能。一次风粉浓度监测仪表的现场数据采集箱中各路模拟量信号放大电路的工作情况、V／F器件工作情况、数据处理情况及数据通信情况都由CPU 处理成相应的状态编码和数据编码，由RS485通信口上送到显示仪表。显示仪表在线监测处理这些信息，可以及时处理一次风粉浓度监测系统的参数和仪表本身出现的故障。

4 结束语

锅炉一次风粉浓度监测仪表对监控锅炉燃烧情况，保证锅炉安全、经济运行十分重要。通过对该仪表进行改造，将现场数据采集和显示功能分离，采用通信方式进行数据和状态传送。通过改造，锅炉一次风粉浓度监测仪表的可靠性大大提高，数据处理能力也进一步增强，同时节约了电缆用量，降低成本，方便了施工和日常维护。