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火电厂制粉系统煤粉在线调平和燃烧优化


制粉系统煤粉调平及锅炉燃烧优化系统
应用进口测量系统为火电厂提供煤粉调平 及锅炉燃烧优化工程服务

制粉系统煤粉分配调平的重大意义
国家环保部于 2012年 1月 1日颁布实施了新的《火电厂大气污染物排放标准》,其中 对氮氧化物的排放采取了非常严格的要求。所有W型锅炉以外的煤粉锅炉氮氧化物排放 浓度要小于100毫克/ 立方米(W 型火焰锅

炉为 200毫克/立方米)。另外,在国家环保部 脱硝产业政策指导文件中还规定 “燃煤电厂应采用低氮燃烧优化运行技术,以充分发挥 低氮燃烧装置的功能” ,以减少 SCR和 SNCR的运行费用。 所谓低氮燃烧优化运行技术主要指的是分级燃烧和低氧燃烧,但这种优化运行技术 在我国长期以来没有得到很好的应用,其主要原因是存在着以下技术瓶颈:过高的煤粉 分配偏差。 煤粉锅炉由磨煤机向一组燃烧器提供煤粉。同一台磨煤机煤粉管之间一般存在高达 ± 30%左右的煤粉分配偏差。由于分配偏差的存在,为了防止灭火和飞灰可燃物的升 高,大部分电厂只能通过加大二次风的方法弥补这种偏差。但加大二次风量同样具有副 作用,不但增加排烟损失,也增加氮氧化物排放量。

制粉系统存在的煤粉分配偏差导致较差的燃烧效果

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在国外某电厂测量的煤粉分配偏差(即煤粉流量平均值的百分比偏差)

燃烧器之间煤粉分配偏差越高过量空气系数偏差就越高

新型煤粉调平技术

所谓煤粉分配调平就是首先把煤粉分配偏差出来,然后通过可调缩孔、一次风优化 和提高煤粉细度水平使煤粉分配偏差至少小于 ±10%。一般来说每台锅炉只有一二只燃 烧器的煤粉量与平均值偏差很大(± 30%),但正是这一二个燃烧器贡献了绝大部分的 NOx排放和飞灰含碳量,因此煤粉调平的真正意义在于从众多燃烧器中找出这一二个 “害群之马”并加以纠正。

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虽然世界上有许多厂商能提供煤粉流量在线测量系统,但唯有德国PROMECON公 司是唯一能够提供煤粉流量绝对量测量和测量精度达到 ±5%的厂商,这项指标已经在美 国电力科学研究院(EPRI)的煤粉试验台得到验证(可以提供EPRI的试验报告)。

美国电科院试验报告封面上的气固两相流试验台图片

在磨煤机出口上进行煤粉调平的可调缩孔

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德国PROMECON 公司的煤粉流量和煤粉细度测量系统的工作原理
煤粉质量流量测量系统由煤粉流速测量和煤粉浓度测量两部分组成。将粉煤浓度乘 上粉煤流速再乘上管道截面积,就可计算出粉煤管内的粉煤质量流量。

? 在线煤粉浓度及煤粉流速测量系统 MECONTROL Coal 系统测量以两相流方式传输的煤粉总量。煤粉浓度用微波法测量而 颗粒速度用交相关方法测量。测量使用了组合传感器, 传感器排列如图中所示。在传感器 旁边有四根反射棒,它们是用来“封闭”测量区域微波的传播,另外还有一根 90°方向 的校准棒。

TSD

R S

V S

在线煤粉浓度及煤粉流速测量系统探头安装示意图

传感器(左为接收传感器RS,右为发射传感器TSD)

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在线煤粉浓度及煤粉流速测量系统(MECONTROL Coal)主机柜 ? 在线煤粉浓度测量 煤粉浓度测量原理:在煤粉管道内沿流动方向安装 2支金属传感器,一支作为微波信 号发射端;另一支作为微波信号接收端。把煤粉管道作为一个波导管,利用覆盖整个煤 粉管道横截面传输的微波来测量颗粒浓度或密度。 在空管期间开始以已知的微波传输特性确定测量零点,在给定的煤粉管道中,如煤 粉浓度发生变化,引起电介质负载的变化,这样测量的微波谐振频率就发生改变。浓度 越高,谐振频率就越低。通过用空管的谐振频率f 减去带负载管的谐振频率 f 就可以算出
0 ε

由煤粉浓度导致的谐振频率漂移。这个谐振频率漂移通过频率密度因子k 被转换成密度
fd

信号(ρ)。 通过测量两只传感器之间的微波谐振频率的差值,就可以得到煤粉浓度:

ρ = ( f 0 ? f ε ) ? k fd
式中:f 为管道内没有煤粉时的微波谐振频率;
0

f 为管内有煤粉时的谐振频率;
ε

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k 为与管道尺寸有关的常数。
fd

空管与满管之间的谐振频率曲线 ? 在线煤粉流速测量 利用粉煤颗粒在流动过程产生静电信号的特性,接收器 1 接收到某静电信号为 X(t) ,接 收器 2 接收到的静电信号为 Y(t) 。接收器 1 与接收器 2 的距离 (L)固定,通过交相关法算 出接收器 1 和 2 的时差,然后计算 L/Tm 就可得到粉煤的流速。

? 在线煤粉细度测量 Mecontrol PSA采用空间滤波器速度仪技术在线测量煤粉颗粒大小。 煤粉细度测量系统在流动的媒体中直接测量煤粉颗粒的大小和速度而不需要采样。 煤粉颗粒度实时测量值是连续地可用于实时监视和存档记录。

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测量探头上配备了一套集成的空气清洁系统以保持光学表面的清洁。通过探头的检 测区域测量系统能同时测定流经该区域颗粒物的大小和速度。

在线测量煤粉细度的探头 煤粉细度测量原理是用测定质点速度的空间频率过滤器的特殊方案。检测部件由一 组激光矩阵和对应的光电管所组成。颗粒物的速度 Vp 通过颗粒运动在光学点阵上的投 影产生信号脉冲而测量到。 给空间频率过滤器增加一个辅助的光学通道路(“ C”单光纤),如果符合偶合条 件,通过光纤信号的脉冲宽度 tp 和当前质点流速 Vp ,就能检测出颗粒直径 Xp 。颗 粒物的统计直径 Xp 是作为在空间过滤器轴线方向上的弦长直接测量出来的。 由于测量频率较高,因此就能够在线测量的煤粉颗粒大小的分布状态。在数据采集 过程中用颗粒的弦长进行大小分级。在环形缓冲区中分级颗粒的总数保持为常数,所以 能稳定地更新数据并在线改变分布特性。 颗粒弦长记录了颗粒的大小。因此典型的煤粉颗粒细度分析总是基于单个颗粒的数 量进行统计计算。单个颗粒测量的数量越大统计测量的可靠性就越大。

煤粉颗粒的轨迹和运动方向与其弦长的关系

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德国PROMECON公司的煤粉流量测量系统在煤粉调平领域的应用业绩
? 国电北仑电厂 浙江电科院于 2009年率先引进了德国PROMECON公司的移动式煤粉流量和煤粉细 度在线测量系统,这套系统首先在国电北仑电厂1、 2、 3、4、 5号 600MW 机组用于制粉 系统的煤粉分配调平。并采用煤粉细度在线测量系统对动态分离器性能进行了检测。

在北仑电厂1 号机组进行试验 ? 台电台中电厂 台中电厂 6、 7、 8号机组锅炉设备是美国巴威公司提供(单机容量550MW ),采用 前后墙对冲燃烧方式。运行中为了节省 SCR的运行费用,对 NOx排放采取了严格的控制 措施(进入SCR之前的 NOx浓度为 130 ppm)。由于运行氧量较低,在没有进行煤粉调 平的条件下,有的燃烧器煤粉分配偏差高达40%,CO的浓度高达 700-800 ppm。 2011年 10月至 2012年 6月,先后对上述 3台机组进行了煤粉均流调整(采用德国PROMECON的 煤粉流量测量系统)。以8号机组为例,通过煤粉调平, CO 浓度降低至200 ppm以下。 不但提高了锅炉燃烧效率,还降低了锅炉运行中的风险。

在台中电厂进行测试
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煤粉细度检测棒及安装方式

? 华能上安电厂 华能上安电厂 1、 2号机组锅炉由加拿大巴威公司设计制造(单机容量 300MW ),采 用W 火焰燃烧方式。由于采用中速磨制粉系统,煤粉细度较粗,煤粉分配偏差较大。采 用 PROMECON的煤粉流量和煤粉细度在线测量系统,成功完成了一次风粉调平研究课 题。

在华能上安电厂进行一次风粉调平

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其它燃烧优化服务项目
? 磨煤机入口一次风优化 火电厂长期存在一次风测量不准的问题,运行中严重偏离最佳风煤比例。据计算, 一次风过高导致锅炉效率降低至少0.5%并导致 NOx提高 10%。而且一次风过高还使煤粉 增粗。采用CFD并结合交相关测量技术能够彻底实现一次风的优化运行。

为国华台山600MW机组一次风所做的CFD计算 ? 精确测量大口径风道内的二次风量 二次风道具有口径大、直管段短的特点。以前后墙燃烧方式二次风道为例,长期以 来无法得到二次风有效测量结果。不利于火电厂的节能减排。以 CFD计算为基础,结合 交相关风量测量技术,彻底解决长期困扰火电厂的这项难题。

? 在线精确测量飞灰含碳量 飞灰含碳量是燃烧优化的重要指标。如果没有准确的飞灰含碳量数据,就无法指导 正确配风及调整煤粉细度。但是,目前国内的飞灰含碳量在线测量装置都在锅炉尾部进 行等速取样。实践证明这个取样位置代表性极差。

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我们可提供从电除尘器一电场下灰斗内取样的在线测量数据,满足锅炉燃烧优化的 要求。

? 优化双进双出磨煤机运行方式 双进双出制粉系统电耗占机组容量的 1%,通过磨煤机运行的优化可以降低煤耗 1%。因此必需给予足够的重视。 由于双进双出磨煤机的出力调整不是用给煤机,而是根据一次风量进行控制,即一 次风量 — 给粉量曲线。但是双进双出磨煤机一次风量测量精度都比较低,因此必需重新 标定这条曲线。我们将采用煤粉流量在线测量技术和交相关风量测量技术为用户提供标 定曲线及制粉系统优化。

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一次风量控制信号与煤粉流量之间的关系曲线

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