风粉监测系统在中储炉中的应用
孙德恩摘要：中储炉运行过程中能够有效监测一、二次风量及给粉量将会对调整锅炉燃烧平衡，了解锅炉燃烧情况有着深刻的意义。结合#1、#2炉DCS改造，榆社电厂在原来风压表改造的基础上，建立了一套全新的风粉监测系统，取得了良好的改造效果。
一、工程概述
榆社电厂#1、#2炉自投产以来，对一、二次风的监测只能靠测量其静压来实现，通过风压来判断一、二次风管风量的大小。事实上，这样只能反映风道内某一时刻的全压值，由于全压值与风速之间没有一个固定的关系，风压受风道结构、以及风道内下粉量的大小变化影响较大，并不能反映风道内流体流量、风速的真实值。锅炉燃烧平衡的调整也只能靠其静压和运行经验来判断。风粉监测系统采用新的测量手段，利用流速与动压之间确定的关系，通过对管道内流速动压的测量，经过变送器信号转换，采集到DCS系统后，经过计算，实现了对每一风管风速的实时监测。
在就地安装均速流量传感器、变送器和温度测点，将差压、温度信号在采集柜中转换，用双绞线送至集控DCS系统，到CRT中显示，并配以图形、数字、报警等画面。实现远方监控。
二、系统原理
中储式燃烧系统中，供给锅炉的煤粉由给粉机控制，在一次风管里与空气混合
后在一次风的裹携下送到炉膛内燃烧。系统示意如下图所示：
流体力学和空气动力学理论及实践表明，流体的流速与其动压或与其节流压差的均方根成正比。因此， 在一、二次风管上安装一均速流量探头，流体流过时在其前端产生动压信号，后端产生静压信号，取回这两个信号之差压，经过参数补偿和数学运算处理，由此可得一、二次风风速。均速流量传感器在风管内结构如下图：
此外，在一次风管、煤粉管、风粉混合后的一次风管段，分别加装温度测点，用来测量一次风温度、煤粉温度及风粉混合物的温度。然后，由流体的质量守恒和能量守恒方程计算出煤粉浓度。计算公式如下：
1、风速 V：
其中 V：一、二次风风速
△P：均速流量传感器差压
ρ：热风体积质量
K：流速标定系数
2、风量 Q：
Q = A×V
Q：一次风体积流量
A：一次风管道截面积
3、煤粉浓度 μ：
C： 风及煤粉的热容
t1：热风温度
t2：煤粉温度
t3：风粉混合物温度
f(t1,t2,t3) 工况修正函数
三、 系统结构组成
锅炉风粉在线监测系统主要由风量测量传感器、温度传感器、压力变送器、智能数据采集装置、智能控制输出装置，工业控制计算机以及高性能的采集控制软件等部分组成。现场采集回的信号传至DCS柜中的ADAM-4520模块，将其RM-485信号转换成RM-232信号送至操作员站主机的CPM1口。在操作员站上开辟虚拟DPU，配置虚拟AI卡，完成对现场采集的数据进行计算、显示、分析和判断，并对运行故障进行报警。系统的主要硬件构成如下：
（1） 系统所需测点
榆社100MW机组共装测点68个。其中一次风差压12个（变送器、均速流量探头），热风温度2个，煤粉温度2个，风粉混合物温度12个，一次风喷嘴附近风管温度20个；二次风差压20个（变送器、均速流量探头）。
（2） 分式模拟量采集装置
型号：ICP-7017
数量：6块
输入通道：8路差动
输入信号：电压、电流
输入范围：+/-150mV +/-500mV +/-5V +/-10V +/-20mA
数据传输速率：最高115.2Kbps
（3） 分布式热电偶采集装置
型号：ICP-7018
数量：6块
输入通道：8路差动
输入范围：mV信号或热电偶信号（J、K、T、E、R、S、B、N、C）
转换分辩率：16位
数据传输速率：最高115.2Kbps
（4） 控制电源
型号：S-50-24
数量：5块
输入电压：220VAC
输出电压：24VDC
输出电流：2.1ADC
（5） 差压变送器
型号：SETRA MODEL 268
数量：32个
量程：0～2000Pa
供电电压：24VDC
信号输出：4～20mA
四、系统功能
4.1 操作员界面
系统显示界面在DCS主画面上加 一、二次风粉监测 按钮，可以直接调入风粉系统显示画面，参数包括：
1、 一、二次各风管风速；
2、 一次风管风粉混合物温度和一次风喷嘴附近的风管温度；
3、 热风温度；
4、 煤粉温度；
5、 一次风各风管的煤粉浓度。
以上各参数还可以用棒图、工艺画面的形式显示。通过DCS组态可以实现所有参数的动态显示。
6、 历史数据存储及历史曲线调入及显示。
7、 运行报警显示窗口。用于显示参数或设备变量的当前报警状态。显示内容包括：报警日期、时间、参数名、参数描述、报警状态、报警值及报警应答和消除的信息。
4.2 系统功能实现
基于操作员显示界面和强大的后台程序的支持，系统可实现以下与生产运行有关的功能。
1、风粉在线监测。实现在线实时监测各喷燃器的一次风速、煤粉温度、浓度和一次风喷嘴附近风管温度；二次风速。
2、堵管报警。当一次风管内风速、风粉混合物温度等参数异常偏小，是一次风管内出现积粉，管道堵塞的先兆。
3、自燃报警。一次风管内风粉混合物温度明显高于热风温度时，一次风管内煤粉发生自燃。
4、断粉报警。一次风管内热风温度与风粉混合物温度相近时，煤粉浓度接近于零，说明给粉机发生故障。
4.3 利用在线监测功能，进行燃烧调整和特性试验
1、利用风速在线监测，可随时调整一、二次风的风门挡板，以调整一、二次风的风速，直至同层各燃烧器的风速均匀。
2、 风速调匀的基础上，通过监测一次风的风粉混和物温度煤粉浓度，调整各给
煤机的转速，使各燃烧器的煤粉浓度亦达到均匀，以实现平衡送风、均等给粉、优化燃烧的目的。
3、 利用风粉监测系统，还可做给粉机特性试验，一、二次风门挡板严密性试验
燃烧器负荷分配调整及配风调整等一些性能试验。
五、 运行状况
2002年6月#2炉DCS系统改造后，风粉检测装置的投用，使运行人员的监视更加直观、操作更加简单、风粉配比更加准确。系统投运至今，运行正常，锅炉的燃烧也稳定，从未发生过一次风管堵、煤粉自燃和锅炉灭火等事故（以前曾发生过烧煤粉管，锅炉灭火）。运行期间，曾出现过 断粉 、 喷燃器口超温 等各种形式的报警，使运行人员能及时的发现问题，并采取有效的措施进行调整，避免了不少事故的发生，改造达到了预期的效果。