大型鍋爐風(fēng)量及風(fēng)速測量裝置的改造和應(yīng)用

歐艷清，張軍

(大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南湘潭411100)

大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司 (以下簡稱“湘潭電廠”)300 MW機(jī)組1，2號鍋爐為哈爾濱鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的四角直流燃燒器切向燃燒亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐。原一、二次風(fēng)及制粉系統(tǒng)熱風(fēng)的風(fēng)量測量裝置均采用機(jī)翼測風(fēng)裝置，在運(yùn)行中容易被灰堵塞，無法吹通，即使停爐后進(jìn)入風(fēng)道內(nèi)部也不能將其完全疏通，因此風(fēng)量保護(hù)和送風(fēng)自動(dòng)無法投入，測風(fēng)裝置不正常，使得對運(yùn)行人員調(diào)整燃燒失去指導(dǎo)意義;且機(jī)翼測風(fēng)裝置占據(jù)了風(fēng)道3/4以上的通風(fēng)面積，風(fēng)阻很大，運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)。原粉管風(fēng)粉混合后的一次風(fēng)速測量裝置采用普通的靠背管，也存在測量精度低、易堵塞、疏通困難等缺點(diǎn)，平均2～3 d就要吹1次取樣管，嚴(yán)重影響一次風(fēng)速的測量和監(jiān)視，給運(yùn)行人員迅速判斷堵管和斷粉帶來一定的困難。隨著各電廠對風(fēng)量保護(hù)和風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)投入要求的提高，風(fēng)量及風(fēng)速測量不準(zhǔn)、不可靠的問題顯得尤為突出，故對相關(guān)的風(fēng)量及風(fēng)速測量裝置進(jìn)行改造很有必要。

1 改造的可行性分析

1.1 常用風(fēng)量測量裝置比較分析

(1)巴類 (威力巴、阿牛巴)風(fēng)量測量裝置為壓差型測量方式，是基于皮托管測速原理發(fā)展而來的一種流量傳感器。在測量裝置安裝直管段滿足設(shè)計(jì)要求且不含灰塵的情況下使用情況較好。對于含塵氣流的測量，因其感壓部分是一個(gè)帶有感壓孔的小空間，灰塵只進(jìn)不出，容易造成測量裝置的堵塞。

(2)機(jī)翼型風(fēng)量測量裝置也是一種壓差型測量方式，由機(jī)翼和一段矩形風(fēng)道構(gòu)成。感壓部分是一個(gè)帶有感壓孔的小空間，灰塵只進(jìn)不出，容易造成測量裝置的堵塞，且因測量裝置占用面積大而導(dǎo)致截流大，風(fēng)機(jī)電耗明顯增加。

(3)風(fēng)道式文丘里風(fēng)量測量裝置因信號放大倍數(shù)小、阻力大等缺點(diǎn)目前已很少使用。該測量裝置負(fù)壓測點(diǎn)取自內(nèi)文丘里喉部，也很容易堵塞。

(4)熱擴(kuò)散式風(fēng)量測量裝置利用傳熱的原理，但加溫棒 (RTD)的升溫或降溫有一個(gè)變化的過程，所以它不能及時(shí)、快速地反映風(fēng)量、風(fēng)速的變化，測量滯后性較大。

(5)全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置的測量是基于靠背測量原理，測量裝置一次元件插入風(fēng)道內(nèi)，當(dāng)有氣流流過時(shí)，迎風(fēng)面測量氣流的動(dòng)能 (全壓)，背風(fēng)面測量氣流的靜壓，全壓、靜壓差的大小與風(fēng)量之間有相互對應(yīng)關(guān)系，利用這一原理就能正確地測出風(fēng)道內(nèi)風(fēng)量。其計(jì)算數(shù)學(xué)模型如下:

式中 Q為風(fēng)量值;K為冷態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)后得出的風(fēng)量測量裝置的修正系數(shù);A為風(fēng)量測量裝置安裝處的風(fēng)道截面積 (m2);T為被測風(fēng)量的風(fēng)溫 (℃);△P為風(fēng)量測量裝置輸出的差壓 (Pa);P為被測風(fēng)量的壓力 (Pa)。

上述數(shù)學(xué)模型對各風(fēng)道的風(fēng)量進(jìn)行溫度和壓力的實(shí)時(shí)修正。而且根據(jù)各臺鍋爐的設(shè)計(jì)要求，風(fēng)量Q的單位可以分別為t/h，m3/h等。

對于混合風(fēng)或熱風(fēng)等含塵氣流的測量，要長期準(zhǔn)確地測量出管內(nèi)風(fēng)量，需重點(diǎn)解決2個(gè)問題:測量裝置的防堵塞問題和測量裝置的耐磨問題。全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置為了解決測量裝置防堵塞的問題，在測量裝置垂直段內(nèi)設(shè)計(jì)、安裝了清灰棒，清灰棒在風(fēng)道內(nèi)氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動(dòng)，能夠起到自清灰的作用，清灰棒的粗細(xì)及自重經(jīng)出廠前的實(shí)驗(yàn)確定，在實(shí)驗(yàn)臺上按照不同項(xiàng)目風(fēng)道內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速 (量)的范圍實(shí)驗(yàn)得出，清灰棒太粗、太細(xì)或太重、太輕都不能滿足要求。引壓接頭與垂直管段連接有1根斜管，垂直管與斜管間有節(jié)流孔，而引壓管從斜管上引出，能夠起到很好的二次沉灰作用。為了解決耐磨問題，測量裝置一次元件采用Al2O3耐磨陶瓷，經(jīng)1 850℃高溫?zé)Y(jié)而成，具有很強(qiáng)的耐磨能力。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖

對于大截面風(fēng)道風(fēng)量的測量 (如熱二次風(fēng)5 000×4 600 mm2)，測量裝置僅有一個(gè)測量點(diǎn)是不能滿足測量要求的，為了提高測量的準(zhǔn)確性，必須在大截面風(fēng)道上嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在垂直和水平方向采用等截面多點(diǎn)測量，測出大截面風(fēng)道的平均速度。測量裝置將多個(gè)等截面測量點(diǎn)的正、負(fù)壓側(cè)在風(fēng)道內(nèi)進(jìn)行連接，最后正、負(fù)壓側(cè)各引出1根總引壓管，再與差壓變送器相連，從而測出該截面上的平均風(fēng)量。

1.2 可行性分析

為確保鍋爐風(fēng)速 (量)測量的準(zhǔn)確性及風(fēng)量保護(hù)、送風(fēng)自動(dòng)的正常投入，決定對風(fēng)速 (量)測量裝置進(jìn)行改造。經(jīng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置具有自清灰、防堵塞、防磨損等多項(xiàng)功能，已在國內(nèi)不同容量、不同類型的鍋爐上得到了成功應(yīng)用。與其它風(fēng)量測量裝置相比，插入式多點(diǎn)測量裝置最突出的優(yōu)點(diǎn)是對直管段長度的要求很低，即使是在完全沒有直管段的情況下也是一種較理想的測量裝置。由于300 MW和600 MW機(jī)組風(fēng)道布置受空間所限制，例如300 MW機(jī)組的熱二次風(fēng)、磨入口混合風(fēng)、600 MW機(jī)組的制粉系統(tǒng)管道 (負(fù)荷風(fēng)、旁路風(fēng)管道)等沒有足夠的直管段，造成流場冷、熱態(tài)差別大，氣流不穩(wěn)定，進(jìn)而影響到測量的準(zhǔn)確性;另外熱風(fēng)或混合風(fēng)均為含塵氣流，其它常用的風(fēng)量測量裝置感壓體是一個(gè)帶有感壓孔的小空間，其灰塵只進(jìn)不出極易造成堵塞，使得測量元件的堵塞問題難以得到根本解決。

全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置在風(fēng)道截面上嚴(yán)格按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用等截面多點(diǎn)測量原理測量出截面的平均速度，再根據(jù)各測量風(fēng)道直管段長度、截面尺寸的大小等因素來確定測量點(diǎn)數(shù)，而且很好地解決了含塵氣流風(fēng)量測量中的耐磨問題和堵塞問題，風(fēng)量測量裝置本身具備了利用流體動(dòng)能進(jìn)行防堵塞自清灰的功能，因此不需要利用任何外加壓縮氣體進(jìn)行吹掃，無論氣體含塵濃度有多大，均可長期免維護(hù)運(yùn)行。

2 改造和應(yīng)用情況

2004—2007年，將300 MW機(jī)組粉管一次風(fēng)速測量裝置和風(fēng)量測量裝置全部更換為全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)速 (量)測量裝置。改造后風(fēng)速、風(fēng)量測量準(zhǔn)確，測量裝置在運(yùn)行中不堵塞，運(yùn)行人員和相關(guān)技術(shù)人員對改造后的效果非常滿意。改造后鍋爐風(fēng)量保護(hù)長期正常投入，送風(fēng)自動(dòng)也經(jīng)調(diào)試、試驗(yàn)后具備投運(yùn)條件。由于取消了機(jī)翼測風(fēng)裝置，風(fēng)道阻力大大降低，風(fēng)機(jī)電流比改造前明顯下降。

湘潭電廠600 MW機(jī)組3，4號鍋爐是東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG1900/25.4-Ⅲ型，前后墻對沖燃燒方式、超臨界參數(shù)變壓直流燃煤鍋爐，為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型布置;制粉系統(tǒng)采用雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)，每臺爐配6臺雙進(jìn)雙出鋼球磨，24個(gè)煤粉燃燒器。

在基建階段每臺爐的24套磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速測量裝置和每臺磨煤機(jī)的入口一次風(fēng)總風(fēng)量、磨煤機(jī)甲、乙側(cè)入口旁路風(fēng)流量、磨煤機(jī)甲、乙側(cè)入口負(fù)荷風(fēng)流量 (每臺磨煤機(jī)5套)直接采用自清灰的風(fēng)速和風(fēng)量測量裝置，投產(chǎn)后磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速和磨煤機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量測量準(zhǔn)確，風(fēng)量測量裝置不堵塞，機(jī)組的燃燒自動(dòng)和協(xié)調(diào)控制均正常投入且調(diào)節(jié)品質(zhì)合格。

而在基建階段，3，4號爐風(fēng)煙系統(tǒng)均采用進(jìn)口威力巴風(fēng)量測量裝置，且配套安裝了防堵壓力吹掃裝置，但投產(chǎn)后還是存在所有空預(yù)器后的威力巴風(fēng)量測量裝置 (共44套)易堵、堵后吹不通、測量不準(zhǔn)確等問題，且現(xiàn)場所有煤層燃燒器二次風(fēng)流量和燃盡風(fēng)流量的測點(diǎn)安裝位置風(fēng)道直管段長度只有3m多，根本不能達(dá)到威力巴風(fēng)量測量裝置安裝對直管道長度的要求。由于上述風(fēng)量測量不準(zhǔn)，導(dǎo)致3，4號爐的風(fēng)量保護(hù)和送風(fēng)自動(dòng)不能投運(yùn)，風(fēng)量的測量值對運(yùn)行人員操作失去指導(dǎo)意義，并且增加自動(dòng)反吹系統(tǒng)，也不能解決問題。因此，在2009年將3，4號爐所有空預(yù)器后的威力巴風(fēng)量測量裝置全部更換為全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置。改造后各風(fēng)量測量準(zhǔn)確，風(fēng)量測量裝置在運(yùn)行中不堵塞，鍋爐風(fēng)量保護(hù)長期正常投入，送風(fēng)自動(dòng)經(jīng)調(diào)試、試驗(yàn)后具備投運(yùn)條件，運(yùn)行人員也可根據(jù)風(fēng)量的實(shí)際測量值來調(diào)整鍋爐的配風(fēng)，取得了滿意的改造效果。

湘潭電廠300 MW，600 MW機(jī)組的風(fēng)量測量裝置經(jīng)改造后現(xiàn)已全部采用了全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測量裝置，由于在風(fēng)道截面上嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格要求進(jìn)行多點(diǎn)式布置，且測量裝置本身具備自清灰和防堵塞功能，測量裝置性能可靠且壓損很小，使用至今風(fēng)量顯示準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

湘潭電廠300 MW機(jī)組1，2號爐各有經(jīng)改造后的20套一次風(fēng)速測量裝置、6套風(fēng)量測量裝置在役運(yùn)行;600 MW機(jī)組3，4號爐各有經(jīng)改造后的24套一次風(fēng)速測量裝置、52套風(fēng)量測量裝置在役運(yùn)行。運(yùn)行情況表明，只要在改造施工過程中嚴(yán)格保證風(fēng)量、風(fēng)速測量變送器取樣管嚴(yán)密不漏，風(fēng)量、風(fēng)速測量裝置在運(yùn)行中就不會堵塞，確保測量準(zhǔn)確。在每年的大小修中對變送器進(jìn)行校驗(yàn)的同時(shí)對風(fēng)量、風(fēng)速測量裝置取樣管進(jìn)行一次常規(guī)吹掃即可保證其全年的正常運(yùn)行。

〔1〕段泉圣.電站鍋爐送風(fēng)流量測量方法研究〔J〕.電力標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2005，52(2):19-21.

〔2〕謝伯達(dá).關(guān)于鍋爐吹管系數(shù)計(jì)算方法的探討〔J〕.熱力發(fā)電.2001，30(4):28-29.