超臨界火電機組二次風(fēng)量測量裝置改進(jìn)

肖 江

大唐黃島發(fā)電有限公司 山東 黃島 266000

0 引言

鍋爐二次風(fēng)量主要作用是維持二次風(fēng)風(fēng)箱壓力大于爐膛壓力并且這個差值應(yīng)在機組安全運行所規(guī)定的范圍之內(nèi)，使?fàn)t膛內(nèi)的氧氣量維持在適合燃燒的范圍內(nèi)。大唐黃島電廠#5、#6兩臺670MW機組二次風(fēng)測量裝置原來采用插入式文丘里多喉流量測量裝置，該測量裝置對氣流的含塵有較高的要求，當(dāng)氣流中的含塵量較高時，其迎風(fēng)側(cè)取壓口，在氣流慣性和排塵不暢的作用下，很容易造成積灰，直至堵塞，不能準(zhǔn)確的對二次風(fēng)量進(jìn)行有效的測量。針對測量裝置存在的問題，對測量裝置進(jìn)行了改進(jìn)，改用GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量測量裝置［1］。

1 原有測量裝置存在的問題

由于風(fēng)箱二次風(fēng)擋板分層布置，其頂層進(jìn)入爐膛的二次風(fēng)還有拉低火焰中心溫度的作用，從而達(dá)到降低煙氣中NOX濃度的效果。進(jìn)入送風(fēng)機的冷二次風(fēng)在回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的二次風(fēng)加熱隔離倉中升溫后，分成兩路，一路進(jìn)入AB側(cè)二次風(fēng)大風(fēng)箱；另一路形成SOFA風(fēng)（Separated OFA，分離式燃燼風(fēng)）分四路進(jìn)入四角的SOFA風(fēng)箱，從而更好的控制NOX生成量［2］。

大唐黃島電廠#5、#6機組鍋爐入口熱二次風(fēng)流量測量裝置原來采用插入式文丘里多喉流量計，機組初建為每側(cè)（鍋爐分A、B兩側(cè)）熱二次風(fēng)母管使用三套風(fēng)量取樣合并傳壓裝置，安裝于鍋爐單側(cè)的熱二次風(fēng)母管上，每側(cè)風(fēng)量取樣裝置帶三臺差壓變送器為DCS輸送4~20mA電流信號。在測量裝置運行過程中存在著由于二次風(fēng)在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器加熱過程中帶入大量煙氣中的灰塵，插入式文丘里多喉測風(fēng)裝置的迎風(fēng)口因設(shè)計原因出現(xiàn)積灰，造成正取樣口堵塞，再加上黃島電廠地處沿?？諝獬睗?，機組在啟動和停運時，風(fēng)道內(nèi)出現(xiàn)較大溫差，從而形成了大量水氣與測風(fēng)裝置迎風(fēng)口處的積灰結(jié)垢形成硬塊，嚴(yán)重堵塞極難處理，嚴(yán)重影響二次風(fēng)量正常觀測［3-5］。檢修人員每過一段時間就需要對取樣裝置進(jìn)行吹掃，去除積灰。而且越結(jié)垢積灰越嚴(yán)重，二次風(fēng)量的測量也就越不穩(wěn)，最后嚴(yán)重堵塞，已無法在機組正常運行狀態(tài)下清理。

鑒于插入式文丘里多喉流量裝置存在的缺陷和邏輯設(shè)計存在的問題，黃島電廠對#5、#6機組鍋爐的二次風(fēng)量測量裝置進(jìn)行技術(shù)改造［6］。

2 二次風(fēng)測量裝置技術(shù)改進(jìn)

二次風(fēng)測量裝置選用了GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量測量裝置。該測量裝置是基于文丘里噴咀測量、皮托管、勻速管原理研發(fā)的，其翼形空氣動力學(xué)原理和航空發(fā)動機進(jìn)氣道原理，在多喉徑流測量裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它是通過管道截面平均流速、流體密度及管道的有效截面積來確定流量的。GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量測量裝置，采用專利型防堵取壓裝置，穩(wěn)壓—濾波裝置做為獨立的動壓取壓裝置，取壓孔采用流行的慮灰取壓設(shè)計，可將灰塵完全濾掉，取壓孔后主管道內(nèi)徑較大，方便了日常維護(hù)工作，且不易堵塞，從根本上解決了流量測量裝置動壓側(cè)孔易堵塞的弊?。?］。檢測管后部采用流行性整流設(shè)計，靜壓側(cè)取壓孔設(shè)在無雜質(zhì)聚集區(qū)，從本質(zhì)上實現(xiàn)了真正的防堵，如圖1所示為防堵噴嘴外觀圖。

圖1 防堵噴嘴外觀圖

當(dāng)風(fēng)吹進(jìn)噴嘴時，風(fēng)的壓力傳遞進(jìn)噴嘴，而風(fēng)中的粉塵則隨風(fēng)從噴嘴尾翼中隨風(fēng)流出，從而實現(xiàn)防堵功能。二次風(fēng)管道中的風(fēng)流速分布是不均勻，為了準(zhǔn)確計量，將管道截面多點取壓取平均值。測量裝置由迎風(fēng)壓管、背風(fēng)壓管、信號放大裝置等組成，在測量裝置中壓力信號被平均后輸出。測量裝置水平安裝在風(fēng)道上，其測量部分插入風(fēng)道內(nèi)，當(dāng)管道內(nèi)有熱空氣流過時，迎風(fēng)面受熱空氣沖壓，在此處的熱空氣的動能變換成壓力，因而迎風(fēng)面測量管內(nèi)獲得較高壓力［8］。背風(fēng)面由于不直接受熱空氣正面沖壓，其測量管內(nèi)的壓力為風(fēng)道內(nèi)的相對靜壓力，迎風(fēng)壓力和背風(fēng)壓力之差稱為差壓。而差壓大小與風(fēng)道內(nèi)介質(zhì)流速有直接關(guān)系，流速越快，差壓越大；流速越慢，差壓越小，流速與差壓的函數(shù)關(guān)系式為［9］：

上式中：v表示風(fēng)速（m/s）；

k表示測量裝置系數(shù)；

Δp表示差壓（Pa）；

ρ表示氣體密度（kg/m3）。

在二次風(fēng)量測量過程中，管道內(nèi)熱空氣的差壓參數(shù)經(jīng)差壓變送器變?yōu)橄鄬?yīng)的電信號 （直流4-20mA）直接傳輸?shù)綑C組DCS系統(tǒng)，并通過與溫度和壓力的運算得出風(fēng)道內(nèi)熱空氣的瞬時流量。也可以將差壓變送器輸出的電流信號傳輸?shù)綆н\算的二次儀表上結(jié)合溫度和壓力進(jìn)行運算得出風(fēng)道內(nèi)瞬時流量，并輸出4～20mA的電流信號到機組DCS系統(tǒng)顯示二次風(fēng)瞬時流量。

風(fēng)道內(nèi)介質(zhì)流過風(fēng)道的質(zhì)量流量為：

流體流過管道的標(biāo)準(zhǔn)體積流量為：

流體流過管道的工況體積流量為：

式中：

dP測量差壓（kPa）；

ρ工況狀態(tài)下流體密度（kg／m3）；

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流體密度：

ρ0（kg／m3）（t=0℃，Ph=101.325kPa）

ρ20（kg／m3）

（t=20℃，Ph=101.325kPa）；

T表示流體絕對溫度；

PA表示入口流體絕對壓力；

f（PA，T，D）表示流量傳感器的流量函數(shù)；

D表示管道的內(nèi)徑；

K表示儀表系數(shù)。

鍋爐二次風(fēng)量測量裝置安裝位置的風(fēng)道截面積為5000×4000mm，由公式，可得其當(dāng)量直徑為D＝4445mm。根據(jù)管道工藝流程，在直管道上選擇安裝流量測量裝置，安裝測量界面及工作原理如圖2所示。

圖2 測量設(shè)備安裝示意圖

由圖2可見二次風(fēng)量測量裝置前的直管段長度L1在1R以上選取，二次風(fēng)量測量裝置后直管段長度L2在0.5R以上選取。為獲得最佳的測量精度及測量穩(wěn)定性，二次風(fēng)量測量裝置前的直管段長度在管道布局允許條件下，應(yīng)盡可能長些。還要依據(jù)上游管道阻力件型式確定開孔的方位。在確定安裝方位時注意：必須檢查管道內(nèi)部，在流量測量裝置的前方和后方有無障礙物阻擋氣流。如果有障礙物存在，必須將障礙物清除，或調(diào)整流量測量裝置的安裝位置，避開障礙物，才能保證準(zhǔn)確測量流量［9］。在管道安裝位置處，沿直管軸線方向開一個矩形長孔，再將專用法蘭式安裝座安裝到管道矩形長孔上，焊接時注意保證法蘭盤對稱軸線與管道軸線平行。有尾端承座的，尾端支承座開孔時應(yīng)注意與測量棒的尾端支承軸對正。多原理復(fù)合式流量測量裝置和穩(wěn)壓—濾波裝置的安裝位置不在一條軸線上，空間上必須錯開［10］。

為確保風(fēng)量測量準(zhǔn)確、可靠，在投入運行前，必須嚴(yán)格檢查測量裝置和儀表管路的密封性，各連接處良好氣密，保證取壓儀表管無漏氣缺陷。測量裝置到變送器的儀表管路上的所有活節(jié)、針型閥和軟管，在達(dá)到最高工作壓力時，無風(fēng)壓外漏現(xiàn)象；所有針型閥和三閥組關(guān)閉時，無外漏和內(nèi)漏現(xiàn)象［11］。

GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量測量裝置在DCS邏輯中的算法公式：

其中：t為實測流體溫

Pg為實測流體表壓力

Km是儀表系數(shù)其單位是質(zhì)量流量（t／h），這里取Km=998.927（t／h）

f（dp）為流量校準(zhǔn)函數(shù)，根據(jù)測量差壓的狀態(tài)來確定，

A1至A11是廠家根據(jù)經(jīng)驗提供的狀態(tài)系數(shù)，

當(dāng)0≤dP≤0.2kPa時：

當(dāng)0.2kPa≤dP≤1.2kPa時：

3 技術(shù)改進(jìn)后測量結(jié)果

將GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量測量裝置應(yīng)用到大唐黃島電廠兩臺超臨界670MW火電機組的二次風(fēng)測量中，應(yīng)用以來，其測量準(zhǔn)確可靠，二次風(fēng)量隨負(fù)荷變化有著較為準(zhǔn)確的測量效果，并且也實現(xiàn)了燃燒氧量配比優(yōu)化，二次風(fēng)量的測量效果圖如圖3所示。

圖3 二次風(fēng)量測量效果圖

由此可見二次風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性得到了很大的提高，二次風(fēng)量曲線可較好的跟隨負(fù)荷擾動曲線和煙氣含氧量曲線而變化。GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量測量裝置由于本身具備的防堵塞功能，它即有差壓式流量測量裝置的優(yōu)點，又克服了差壓式流量測量裝置的缺點。它的后期維護(hù)工作量也得到了減少，而它又能較長時間的可靠、穩(wěn)定的運行，能準(zhǔn)確的測量出機組正常運行時的瞬時風(fēng)量，讓運行人員可依照其顯示調(diào)整機組工況，并提高了機組的自動投入水平。

4 結(jié)論

黃島電廠兩臺超臨界670MW火電機組的二次風(fēng)測量安裝GDWZL-50MTC插入式多原理復(fù)合式流量裝置以來較好的解決了熱空氣中含塵過高導(dǎo)致風(fēng)量測量裝置取壓口堵塞問題，完全可以做到了長時間免維護(hù)運行，大大減少安裝后的維護(hù)工作量，而且從機組負(fù)荷、二次風(fēng)量測量和尾部煙道煙氣含氧量曲線數(shù)據(jù)來看，鍋爐燃燒的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性也得到很大的提高了，為相似的工程提供了借鑒。

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