磨煤机一次风调平试验研究
内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司
内蒙古呼和浩特市 010206
摘要：一次风调平试验是火电厂经常进行的试验，该试验通过调整各粉管的通风量，从而达到控制各粉管煤粉浓度的目的，是保证锅炉良好燃烧的基础。
关键词：一次风调平；试验
在正压直吹制粉系统中，携带煤粉进入炉膛的高速气流称为一次风，提供一次风的风机，被称为一次风机。目前，广泛采用的是冷一次风系统，即通过风机的介质是冷空气。相比于热一次风系统（通过风机的是热空气），冷一次风系统的风机工作条件大大改善，而且，冷空气密度大，比体积小，风机效率提高明显，可有效降低厂用电。
一次风除了输送煤粉，还有干燥煤粉的作用。部分一次风通过空预器加热，变成热一次风，热一次风的温度可达300℃，能有效干燥所携带的煤粉。
一次风系统的流程是：一次风机送出的气流分为两路，一路经过空预器预热后供给磨煤机热风母管；另一路不经过预热供给磨煤机冷风母管。每台磨煤机分别从热风母管和冷风母管引出一路，经过冷热风调节挡板后，进入混合器混合为磨煤机入口一次风。正常运行时，磨煤机入口风量和出口温度就是通过冷热风挡板调整的。煤在磨煤机内磨制合格后，会由一次风吹出，携带煤粉的一次风通过与燃烧器相连的输送管道，进入炉膛燃烧[1]。
1.一次风对炉膛燃烧的影响
在电站锅炉中,一次风管道都是分层并列布置。由于一次风管道的长短、弯曲不一,走向和位置不同,即使同一层的一次风管道，长度及爬升坡度亦相差很大,因而造成各支管的总阻力系数不相等,这样就会导致各一次风管道中风粉混合物流速和浓度不一致。在这种情况下,会导致如下情况出现[2]：
1）当某粉管一次风量偏小时,容易堵管,有时还会出现回火现象。该气流因刚性差会被相邻射流吹扫产生偏斜,其对角射流也会因射流相互吹扫而偏转,从而冲刷墙壁、磨损水冷壁,影响稳定燃烧。
2）同理,当某粉管一次风量偏大时,会使煤粉温度提升缓慢,推迟着火,严重时会将火焰吹灭；此外还会造成气流偏斜,影响锅炉安全运行。
3）当某粉管一次风煤粉浓度偏高时,会造成局部缺氧,降低燃烧效率,严重时会导致喷燃器附近结焦,火焰中心上移,引起锅炉超温和磨损加剧。
4）此外，一次风未调平，还会导致过量NOx生成、碳不完全燃烧热损失增加,炉内结渣，燃烧传热恶化，壁温升高，锅炉效率下降。
因此,采取有效的方法对各并列粉管进行阻力调平,消除各管在实际运行时风粉流动阻力不平衡量,保持炉内良好空气动力场，具有很重要的意义。
2.一次风调平使用的仪器
一次风调平需要使用BS-I型靠背管和电子微压计，BS-I型靠背管结构如下图所示。
测量时，将靠背管安装在管道上，插头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，气流的动能转换成压力能，因而迎风面管内压力较高，其压力称为"全压"，背风面由于不受气流冲击，其管内的压力为粉管的静压力，称为"静压"，全压和静压之差称为动压，其大小与管内风速有关，风速大，动压大；风速小，动压也小，因此，只要测量出动压的大小，再找出动压与风速的对应关系，就能测出管内风速。但靠背管带有动压放大属性，使用前，需标定速度系数。按照标准《DL/T467—2019电站磨煤机及制粉系统性能试验》的要求，标定应在三个不同的风量下进行，按照下式计算系数：
=
—测速管速度系数
—标准测速管测得的动压，Pa；
—待标定测速管测得的动压，Pa；
另一种仪器是电子微压计，也叫数字微压计，是一种便携的，可直接显示气流压力数值的电子仪器。它是利用测压元件变形量与电阻变化量线性相关的原理，通过测量测压元件的电流来计算压强，并可直接显示出来。
3.试验要求
1）锅炉燃用设计煤种或者事先商定好的试验煤种。
2）本试验在冷态下和热态下各进行一次，最终使各粉管动压偏差值不大于±50pa，风量偏差值不大于±5%。
3）热态调平应在锅炉额定负荷的条件下进行，锅炉运行持续时间大于36h。
4）热态调平时磨煤机在额定出力稳定运行1h－2h，在保持机组负荷稳定的情况下，保持磨煤机煤量风量稳定，不能进行风量、煤量、风压调整，风粉比在正常范围，解除给煤机自动。
5）在同一个测孔上测量动压时，应进行叉入和抽出两次测量，同一测点上两次测量的动压波动不应超过±2%，否则该点应重新进行测量。两次测量的动压进行算术平均后作为该点动压。
6）气流的马赫数应不大于0.25。
7）测速管直径d应不超过被测管当量内径D的0.02倍，即d≤0.02D。特殊情况下，测速管直径可在被测管当量直径的0.02～0.04倍之间，但应对测量结果进行修正。具体修正方法可参考“电站磨煤机及制粉系统性能试验”标准。
8）测速管头偏离气流流向应不大于3°。
9）在一次风调平试验前须启动一次风机、送风机和引风机，维持炉膛负压在-50～-100Pa，一次风母管压力保持在正常运行值。
10）试验场所应有充足可靠的照明。
11）试验数据应该记录在专用表格上，应明试验名称、编号、磨煤机出力、风量、动压（差）、锅炉负荷、试验日期、记录及测量人名字、试验组长姓名等。
4.测点布置
1）对于圆形管道，当风量测点上游直段L≥10D(D为被测管道当量直径)，下游直段L≥3D，且其中无风门、弯头、收缩管、扩散管、挡板等局部阻力的情况下，可以只开设一个测孔。如不满足上述直管段条件，需开设2～3个测孔，沿圆周均布。
2）在安装风量测量孔的煤粉管道上要配置管座，管座的轴线与管道径向直径间的最大偏差为±3.5°，管座上螺纹应与丝堵和靠背管相匹配。正压管道上，管座应使用密封管座，以使插入和移出靠背管的操作在无外喷煤粉的状态下进行。
3）对于圆形管道，测量截面上测点的设置如下表所示，所测得各点流速的算数平均值，就是该截面的平均流速。
5.数据计算
最大风量相对偏差可按下式计算：
式中，
―最大风量相对偏差，%；
―偏差最大的粉管风量，t/h；
―粉管平均风量，t/h。
根据测速管测得的气流平均动压计算气流速度的公式为：
式中， 
―气流速度，m/s；
―为测速管测得的平均动压，Pa；
－测速管速度系数；
－气体密度，kg/m3。
则管道内的一次风质量流量为：
式中，Qm―质量流量，t/h。
其中气流密度 可根据气体状态方程计算得：
式中，
―管道截面积，m2；
―标准状态下气流密度，kg/m3；
―管道内气体静压，Pa；
―管道内气体温度，℃。
标准状态下气流密度为：
对于干空气，含湿量d＝0，则 =1.293kg/m3。在用BS-I型靠背管进行含尘气流流量测量时，煤粉浓度对流量测量的影响可忽略不计，即利用BS-I型靠背管所测定的压差及用它的速度系数进行流速计算，其气流密度仍按纯气体的密度进行计算[3]。
对于同一台磨煤机来说，风量只与速度有关，与风道截面积无关，因此实际进行一次风调平时只需测得速度，然后再比较其相对误差不超过±5%即可。
6.测量方法
利用靠背管测量磨煤机出口粉管内风、粉气固两相流的动压，利用热电偶测温计测量煤粉气流温度，然后计算管内风速。
冷态调平时，磨煤机通风，提升一次风压，使各管一次风速达到设计值附近，将各粉管可调缩孔开满，确定出其中动压最小的粉管（即阻力最大的管子）作为基准管。然后保持基准管的缩孔开满，逐步关小其他粉管的可调缩孔，使其动压向基准管动压逐渐接近，直至所有管道动压基本相等为止。在阻力调平后，无论风压如何变化，各管一次风速均匀性不受影响。
冷态调平后，如果通粉，又会发生新的阻力不平衡。其原因是煤粉的混入改变了各管路的阻力特性。因此需要在热态下复测和重新调整，从而达到各粉管阻力在投粉状态下也基本相等。热态调平试验在额定负荷下进行，试验前调节各一次风量大致在额定值，维持给煤机煤量稳定，仍保持基准管的缩孔全开，其余各管则依次继续关小（因为它们的阻力增加均小于基准管），直至风量彼此相等。
磨煤机一次风调平过程要注意安全，戴好防尘面罩，缓慢操作，防止高温煤粉喷出伤人。如需高空作业必须搭设合格的脚手架，挂好安全带。
利用靠背管测动压读数时，必须等电子微压计数值稳定了再计数，保持数据的精确度。
7.测量步骤
1）确认试验条件满足，无干扰试验的操作及工作，人员分工完毕。
2）用大气压力表测定出试验期间的当地大气压数值，作好记录。
3）将电子微压计调校完毕，将热电偶丝和热电偶测温计连接好备用。
4）通知运行人员，将需要做一次风调平试验的磨煤机解除煤量自动，保持测量过程中煤量和风量稳定。
5）将靠背管的静压管、全压管和电子微压计背面的2个测量接口用橡胶软管连接，2人配合，一人将风量测孔手动门缓慢打开，另一人迅速将靠背管插入需要测量的管道。注意靠背管的全压管正对着煤粉气流的方向，静压管背对煤粉气流的方向。靠背管推入煤粉管道时注意靠背管上圆环标志与风量测孔管座管口平齐。
6）待电子微压计数据稳定不变时读取数值。
7）将靠背管缓慢拔出一部分，重复上述的步骤，记录数据，注意不要完全拔出。
8）将连接电子微压计的橡胶软管从接口拔掉，用手捏住，测量该煤粉管的静压，并作好数据记录。
9）测量完毕后，按照上述步骤，将连接好热电偶丝的热电偶测温计插入煤粉管，打开测温计开关，测量煤粉气流温度。待数值稳定时记录数据。
10）磨煤机各个粉管一次风动压测量结束后，利用粉管上可调缩孔对各粉管风量进行第一次调整。调整后再对各个粉管进行一次风动压测量，如果达不到要求，再次调整粉管上可调缩孔对各粉管风量进行第二次调整。如此反复，直到各个粉管动压和风量达到均衡。
11）磨煤机一次风调平工作结束后，及时通知运行人员将该磨煤机煤量投自动。
8.注意事项
1）操作时戴好防护用具，并做好防护措施，以免被高温煤粉烫伤。
2）操作时严格按照操作程序执行。在将靠背管插入和抽出的时候，注意不要正对着试验人员，以免煤粉喷出伤人。
3）测量工作前、后对测量装置各个部位进行吹扫，以免被煤粉堵塞，影响测量工作的开展。
4）使用电子微压计测量动压时，注意量程的选择。并且测量前先要归零，待数据稳定后再读数。
5）将靠背管插入和抽出煤粉管道测量动压时，注意靠背管的全压管应正对着煤粉气流的方向，静压管背对着煤粉气流的方向。否则将造成测量结果不准确。
6）使用热电偶测温计测量煤粉气流温度时，注意不要把风量测孔手动门全开，以免煤粉喷出伤人。
9.结束语
本文对一次风调平的原理、计算及试验方法进行了系统的讲解，但在具体操作过程中，由于受到现场工作环境的限制，可能无法做到精准读数、精细调整，导致调平结果不尽如人意。只有加强生产设备、试验设备的日常维护，提高操作人员的技术水平，才能保证一次风调平试验的效果。
参考文献：
[1]望亭发电厂.660MW超超临界火力发电机组培训教材锅炉分册[M].北京：中国电力出版社，2012.
[2]周友谊，邹延甫.上海引进型300MW炉一次风均匀性调整[J].华中电力，1991（2）：56-58.
[3] DL/T467—2019,电站磨煤机及制粉系统性能试验[S].
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