CN111853851B - 燃煤火电机组锅炉一次风速校正与调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤火电机组锅炉一次风速校正和调平方法，首先通过冷态模拟热态的方法获得不同试验工况下冷态校正试验的调整风量，以在各试验风量下采用多点校正的方法获取一次风速的校正系数，以管道中心点风速表征管道截面平均风速，实现一次风速的冷态校正；在获得磨煤机出口每根一次风管道截面平均风速基础上，根据各一次风管道截面平均风速的偏差调整相应风管上的可调缩孔开度将各一次风管道截面平均风速调平，使各偏差均在±5％的范围，实现一次风速的冷态调平。本发明方法提高了一次风速校正的精度，保证了一次风速调平结果的准确性和可靠性。

Description

燃煤火电机组锅炉一次风速校正与调平方法

技术领域

本发明涉及受限空间中多相流体介质的流速测量与控制技术领域，更具体的说是燃煤火电机组锅炉一次风速的校正和调平方法。

背景技术

在燃煤火电机组锅炉中，一次风作为输送煤粉的主要介质与动力源，直接影响煤粉的输送和燃烧。准确测量与控制一次风速是保证锅炉安全、稳定运行的关键。如果一次风速较低，较粗的煤粉颗粒容易沉积在管道底部、会引起煤粉自燃，烧毁一次风管道和燃烧器，还可能引起回火，使喷嘴变形和烧毁；如果一次风速较高，增加着火热，延迟着火，容易出现脱火现象，煤粉燃尽率下降，火焰中心上移动引起结焦和超温。除此以外，若磨煤机出口各一次风管的风速差异明显，会导致同一层燃烧器热负荷偏差较大，引起锅炉燃烧偏斜、火焰刷墙、结焦、结渣和超温等不良燃烧现象，影响锅炉运行的安全性和稳定性。

在目前的电力生产中，监测一次风速常用的方式有两种：一是直接测量一次风速，采用在线实时风速测量装置，常用的测量原理为压差法；二是测量煤粉颗粒的速度，采用在线实时颗粒速度测量装置，测量颗粒或者颗粒团在固定长度上运动的时间获得颗粒速度，根据测量原理分为光学法、电容法、声波法和静电法等。虽然这两种测量方式在实际生产中都有应用，但是都存在测量值与实际值偏差较大的问题。测量值往往只能作为运行人员的参考数据，并不能直接应用到实际运行控制中。第一种直接测量方式缺点是单点测量，无法获得截面平均风速，同时在经过一段时间运行之后，测量探头受到煤粉颗粒的冲刷而磨损，需要进行重新校正。第二种测量方式的缺点是受到颗粒粒径不同和颗粒间的相互作用的影响，测量值与实际值偏差较大，在冷态下管道中无颗粒运行无法指导调平工作。

为了保证燃煤锅炉运行安全与稳定，各电厂在锅炉启动前都会进行一次风的冷态调平试验。传统的调平方法是利用标准毕托管、橡胶管、U型压差计等工具直接进行调平试验。在磨煤机出口的每根一次风管道中设置标准毕托管，采用U型压差计测量管道中心动压，调平每根一次风管的U型压差计水柱高度。这种调平方法的实际结果是调平磨煤机出口各一次风管的中心风速，而每根一次风管的中心速度并不能直接代表管道截面的平均风速。因此，这种调平方法并不能保证磨煤机出口各一次风管的截面平均风速已经调平。在实际应用中，水柱波动剧烈，人工读数误差较大，无法保证调平结果的准确性与可靠性。

随着测量技术的进步，引入微压计或热线风速仪进行调平试验。目前，一些机组安装有在线实时一次风速测量装置。调平试验开始借助这些在线风速装置，首先采用标准毕托管、橡胶管、微压计或热线风速仪，测量并计算出管道截面平均风速，对电厂在线风速装置进行校正；然后根据校正后在线风速装置的测量值，对磨煤机出口各一次风管的截面平均风速进行调平试验。虽然这种方法很大程度上提高了测量精度和调平水平，但是在实际应用中发现，微压计或者热线风速仪数值波动较大，人工读数误差较大，同时电厂的在线风速测量装置可靠性较差，经常出现测量错误，有时即使校正了，测量误差依然较大。此外，一些电厂安装在线颗粒测量装置，在冷态下并没有颗粒经过，没有速度显示，无法指导调平工作。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存的不足，提供一种燃煤火电机组锅炉一次风速校正与调平方法，首先搭建风速测量试验平台，实时自动读取、记录、存储、筛选和计算测量数据；然后基于测量试验平台进行各一次风管截面平均风速的测量与校正，实现在线实时测量一次风管道截面的平均风速；最后根据测量试验平台计算出的磨煤机出口各一次风管截面平均速度偏差进行调平试验，使各偏差均在±5％的范围。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、定义三个工况，分别是机组100％负荷的工况1，机组75％负荷的工况2和机组50％负荷的工况3；

采用冷态模拟热态的方法，按式(1)计算获得工况j冷态一次风速v_cj，分别是工况1冷态一次风速v_c1，工况2冷态一次风速v_c2，以及工况3冷态一次风速v_c3：

以j表征工况，j＝1,2,3；v_hj为工况j热态一次风速；ρ_hj为工况j热态一次风密度；ρ_cj为工况j冷态一次风密度；

步骤2、按式(2)计算获得冷态模拟热态的各工况下的磨煤机入口一次风总量Q_j，以所述磨煤机入口一次风总量Q_j一一对应作为各工况的试验风量调整依据；

Q_j＝3.78mρ_cjAv_cj (2)

m为磨煤机出口一次风管的数量；A为管道截面积；

步骤3、按照工况1、工况2和工况3的顺序依次调整磨煤机入口一次风总量Q_j为Q₁、Q₂和Q₃，由式(3)计算获得工况j一次风管上试验测点所在截面的平均风速

为：

以i表征一次风管上的各试验测点，i＝1,2…n，n为一次风管上试验测点的数量；v_ji为工况j试验测点i的风速；

步骤4、在各试验测点i所在截面的中心位置设置中心测点z，并获得工况j中心测点z的风速v_zj；

步骤5、由式(4)计算获得一次风速校正系数c为：

步骤6、利用一次风速校正系数c，由式(5)计算获得磨煤机出口一次风管道截面平均风速

实现一次风速校正；

v_z为在线实时测量获得的一次风管道的中心测点z的风速。

本发明燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法的特点也在于：

在所述步骤1中：所述工况j热态一次风密度ρ_hj和工况j冷态一次风密度ρ_cj分别为：

p_hj为工况j热态一次风静压；t_hj为工况j热态一次风温度；

p_cj为工况j冷态一次风静压；t_cj为工况j冷态一次风温度。

本发明燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法的特点也在于：

在所述步骤3中，所述工况j试验测点i的风速v_ji按照等面积圆环法由式(6)计算获得；

k为毕托管的标准系数；

Δp_ji为检测获得的工况j中试验测点i的动压；

ρ_ji是由式(7)计算获得的工况j试验测点i的空气密度：

p_ji为检测获得的工况j试验测点i的空气静压；

t_ji为检测获得的工况j试验测点i的空气温度；

本发明燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法的特点也在于：

在所述步骤4中，所述工况j中心测点z的风速v_zj按式(8)计算获得；

Δp_zj为检测获得的工况j中心测点z的动压；

ρ_zj是由式(9)计算获得的工况j中心测点z的空气密度：

p_zj为检测获得的工况j中心测点z的空气静压；

t_zj为检测获得的工况j中心测点z的空气温度。

本发明燃煤火电机组锅炉一次风速调平方法的特点是按如下步骤进行：

步骤2.1、针对磨煤机出口m根一次风管道，按照本发明中燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法获得每根一次风管道截面平均风速

a＝1,2…m；

步骤2.2、由式(10)计算获得每根一次风管道截面平均风速偏差P_a：

步骤2.3、根据各一次风管道截面平均风速偏差P_a按如下方式调整相应一次风管上可调缩孔的开度，使P_a的值满足式(11)：

-5％＜P_a＜5％ (11)

若P_a满足式(11)，则磨煤机出口m根一次风管道截面平均风速偏差满足要求，不作调整；

若P_a＜-5％，则增加相应的一次风管上的可调缩孔a的开度，直至P_a为：0≥P_a＞-5％；在当可调缩孔a的开度达到100％、P_a仍然为P_a＜-5％时，则按照其它一次风管道截面平均风速

从大到小的顺序依次减小相应的一次风管上的可调缩孔的开度，直至P_a满足式(11)；

若P_a>5％，则减小相应的一次风管上的可调缩孔a的开度，直至P_a为：5％>P_a≥0；在当可调缩孔a的开度减小到0、P_a仍然为P_a>5％，则按照其它一次风管道截面平均风速

从小到大的顺序依次增加相应的一次风管上的可调缩孔的开度，直至P_a满足式(11)。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用冷态模拟热态的方式，并进行多工况多点校正，提高了校正的精度，保证了调平结果的准确性和可靠性；

2、本发明在试验测点位置搭建风速测量试验平台，减少了对电厂测量设备的依赖，增大了实际应用范围，具有良好的操作性；

3、本发明利用计算机进行数据采集和数据处理，很大程度降低了人工读数带来的误差，大大缩短了试验处理与计算数据的时间，提高了工作效率；

4、本发明在试验测点密封良好的情况下也可用于热态校正与调平工作，应用范围广。

图1为本发明中风速测量试验平台示意图。

图中标号：1磨煤机，2分离器，3气动闸板门，4可调缩孔，5一次风管，6毕托管和热电偶，7橡胶管和信号线，8微压计，9数据线，10集线器，11计算机。

具体实施方式

在现场按图1所示结构搭建测试平台，图1中所示包括：磨煤机1、分离器2、气动闸板门3，可调缩孔4、一次风管5、毕托管和热电偶6、橡胶管和信号线7、微压计8、数据线9、集线器10和用于进行信号处理的计算机11；根据管道内径按照等面积圆环法在毕托管和热电偶6上进行尺寸标注；利用橡胶管和信号线7将毕托管和热电偶6分别与微压计8连接，由微压计8输出静压、动压和温度信号；通过集线器10和数据线9将微压计8的输出信号与计算机11进行数据通信，由计算机11对于由微压计8传送来的数据进行处理。

实施例1：

本实施例中燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法按如下步骤进行：

步骤1、定义三个工况，分别是机组100％负荷的工况1，机组75％负荷的工况2和机组50％负荷的工况3；

采用冷态模拟热态的方法，按式(1)计算获得工况j冷态一次风速v_cj，分别是工况1冷态一次风速v_c1，工况2冷态一次风速v_c2，以及工况3冷态一次风速v_c3：

以j表征工况，j＝1,2,3；v_hj为工况j热态一次风速；ρ_hj为工况j热态一次风密度；ρ_cj为工况j冷态一次风密度。

步骤2、按式(2)计算获得冷态模拟热态的各工况下的磨煤机入口一次风总量Q_j，单位为t/h，以磨煤机入口一次风总量Q_j一一对应作为各工况的试验风量调整依据；

Q_j＝3.78mρ_cjAv_cj (2)

m为磨煤机出口一次风管的数量；A为管道截面积，查图纸获得管道内径计算获得。

步骤3、按照工况1、工况2和工况3的顺序依次调整磨煤机入口一次风总量Q_j为Q₁、Q₂和Q₃，由式(3)计算获得工况j一次风管上试验测点所在截面的平均风速

为：

以i表征一次风管上的各试验测点，i＝1,2…n，n为一次风管上试验测点的数量，根据一次风管的直径查相关标准获得；v_ji为工况j试验测点i的风速。

步骤4、在各试验测点i所在截面的中心位置设置中心测点z，并获得工况j中心测点z的风速v_zj。

步骤5、由式(4)进行计算，获得一次风速校正系数c为：

步骤6、利用一次风速校正系数c，由式(5)计算获得磨煤机出口一次风管道截面平均风速

实现一次风速校正；

v_z为在线实时测量获得的一次风管的中心测点z的风速。

具体实施中，相应的措施也包括：

在步骤1中：工况j热态一次风密度ρ_hj和工况j冷态一次风密度ρ_cj分由下式计算获得：

p_hj为工况j热态一次风静压，取DCS运行值；t_hj为工况j热态一次风温度，取DCS运行值；p_cj为工况j冷态一次风静压，取冷态通风试验DCS值；t_cj为工况j冷态一次风温度，取冷态通风试验DCS值。

在步骤3中，工况j试验测点i的风速v_ji按照等面积圆环法由式(6)计算获得；

k为毕托管的标准系数，查毕托管上面的标识获得；

Δp_ji为检测获得的工况j中试验测点i的动压；

ρ_ji是由式(7)计算获得的工况j试验测点i的空气密度：

p_ji为检测获得的工况j试验测点i的空气静压，单位Pa；

t_ji为检测获得的工况j试验测点i的空气温度，单位℃。

在步骤4中，工况j中心测点z的风速v_zj按式(8)计算获得；

Δp_zj为检测获得的工况j中心测点z的动压；

ρ_zj是由式(9)计算获得的工况j中心测点z的空气密度：

p_zj为检测获得的工况j中心测点z的空气静压，单位Pa；

t_zj为检测获得的工况j中心测点z的空气温度，单位℃。

实施例2：

本实施例中燃煤火电机组锅炉一次风速调平方法按如下步骤进行：

步骤2.1、针对磨煤机出口m根一次风管道，按照实施例1中燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法获得每根一次风管道截面平均风速

a＝1,2…m；

步骤2.2、由式(10)计算获得每根一次风管道截面平均风速偏差P_a：

步骤2.3、根据各一次风管道截面平均风速偏差P_a按如下方式调整相应一次风管上可调缩孔的开度，使P_a的值满足式(11)：

-5％＜P_a＜5％ (11)

若P_a满足式(11)，则磨煤机出口m根一次风管道截面平均风速偏差满足要求，不作调整；

若P_a＜-5％，则增加相应的一次风管上的可调缩孔a的开度，直至P_a为：0≥P_a＞-5％；在当可调缩孔a的开度达到100％、P_a仍然为P_a＜-5％时，则按照其它一次风管道截面平均风速

从大到小的顺序依次减小相应的一次风管上的可调缩孔的开度，直至P_a满足式(11)；

若P_a>5％，则减小相应的一次风管上的可调缩孔a的开度，直至P_a为：5％>P_a≥0；在当可调缩孔a的开度减小到0、P_a仍然为P_a>5％，则按照其它一次风管道截面平均风速

从小到大的顺序依次增加相应的一次风管上的可调缩孔的开度，直至P_a满足式(11)。

如果按照以上方式进行调平，依然不能满足式(11)，则需要更换可调缩孔为不同的调节范围，并继续按以上方式进行调平。

本发明由测试平台中计算机自动采集数据及数据处理，利用校正系数c进行一次风速校正，并由计算机进行自动显示。

本发明方法也可用于热态校正与调平，在进行热态校正和调平时，需要考虑试验测点的密封性，采用压缩空气进行气封或采用螺纹密封、O型圈密封等密封措施，不需要计算模拟热态的冷态风速，直接在100％负荷、75％负荷和50％负荷工况下进行校正与调平。

根据测量仪器的不同，测试平台中毕托管和热电偶6和微压计8也可以替换为热线风速仪和热线风速变送器，替换的测量仪器仅适用于冷态试验，且不再需要式(6)至式(9)的计算过程。

Claims (5)

1.燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、定义三个工况，分别是机组100％负荷的工况1，机组75％负荷的工况2和机组50％负荷的工况3；

采用冷态模拟热态的方法，按式(1)计算获得工况j冷态一次风速v_cj，分别是工况1冷态一次风速v_c1，工况2冷态一次风速v_c2，以及工况3冷态一次风速v_c3：

以j表征工况，j＝1,2,3；v_hj为工况j热态一次风速；ρ_hj为工况j热态一次风密度；ρ_cj为工况j冷态一次风密度；

步骤2、按式(2)计算获得冷态模拟热态的各工况下的磨煤机入口一次风总量Q_j，以所述磨煤机入口一次风总量Q_j一一对应作为各工况的试验风量调整依据；

Q_j＝3.78mρ_cjAv_cj (2)

m为磨煤机出口一次风管的数量；A为管道截面积；

步骤3、按照工况1、工况2和工况3的顺序依次调整磨煤机入口一次风总量Q_j为Q₁、Q₂和Q₃，由式(3)计算获得工况j一次风管上试验测点所在截面的平均风速

为：

以i表征一次风管上的各试验测点，i＝1,2…n，n为一次风管上试验测点的数量；v_ji为工况j试验测点i的风速；

步骤4、在各试验测点i所在截面的中心位置设置中心测点z，并获得工况j中心测点z的风速v_zj；

步骤5、由式(4)计算获得一次风速校正系数c为：

步骤6、利用一次风速校正系数c，由式(5)计算获得磨煤机出口一次风管道截面平均风速

实现一次风速校正；

v_z为在线实时测量获得的一次风管道的中心测点z的风速。

2.根据权利要求1所述的燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法，其特征是：

在所述步骤1中：所述工况j热态一次风密度ρ_hj和工况j冷态一次风密度ρ_cj分别为：

p_hj为工况j热态一次风静压；t_hj为工况j热态一次风温度；

p_cj为工况j冷态一次风静压；t_cj为工况j冷态一次风温度。

3.根据权利要求1所述的燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法，其特征是：

在所述步骤3中，所述工况j试验测点i的风速v_ji按照等面积圆环法由式(6)计算获得；

k为毕托管的标准系数；

Δp_ji为检测获得的工况j中试验测点i的动压；

ρ_ji是由式(7)计算获得的工况j试验测点i的空气密度：

p_ji为检测获得的工况j试验测点i的空气静压；

t_ji为检测获得的工况j试验测点i的空气温度。

4.根据权利要求1所述的燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法，其特征是：

在所述步骤4中，所述工况j中心测点z的风速v_zj按式(8)计算获得；

Δp_zj为检测获得的工况j中心测点z的动压；

ρ_zj是由式(9)计算获得的工况j中心测点z的空气密度：

p_zj为检测获得的工况j中心测点z的空气静压；

t_zj为检测获得的工况j中心测点z的空气温度。

5.一种燃煤火电机组锅炉一次风速调平方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤2.1、针对磨煤机出口m根一次风管道，按照权利要求1所述的燃煤火电机组锅炉一次风速校正方法获得每根一次风管道截面平均风速

步骤2.2、由式(10)计算获得每根一次风管道截面平均风速偏差P_a：

步骤2.3、根据各一次风管道截面平均风速偏差P_a按如下方式调整相应一次风管上可调缩孔的开度，使P_a的值满足式(11)：

-5％＜P_a＜5％ (11)

若P_a满足式(11)，则磨煤机出口m根一次风管道截面平均风速偏差满足要求，不作调整；

若P_a＜-5％，则增加相应的一次风管上的可调缩孔a的开度，直至P_a为：0≥P_a＞-5％；在当可调缩孔a的开度达到100％、P_a仍然为P_a＜-5％时，则按照其它一次风管道截面平均风速

从大到小的顺序依次减小相应的一次风管上的可调缩孔的开度，直至P_a满足式(11)；

若P_a>5％，则减小相应的一次风管上的可调缩孔a的开度，直至P_a为：5％>P_a≥0；在当可调缩孔a的开度减小到0、P_a仍然为P_a>5％，则按照其它一次风管道截面平均风速

从小到大的顺序依次增加相应的一次风管上的可调缩孔的开度，直至P_a满足式(11)。

Images