鍋爐四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在CFB鍋爐上的應(yīng)用及改進(jìn)

史景波

摘要

結(jié)合DHXL-Ⅲ型鍋爐四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司2×135MW循環(huán)流化床機(jī)組（UG-480/13.7-M型）CFB鍋爐上的應(yīng)用情況，以及在實(shí)際應(yīng)用過程中遇到的問題和檢修、維護(hù)實(shí)踐，討論了針對(duì)正壓鍋爐四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)傳感器損壞頻繁、波導(dǎo)管及吹掃管路堵塞、結(jié)焦、監(jiān)測預(yù)警功能喪失等現(xiàn)象的原因及解決方法，通過分析、研究，探索出一套采用在波導(dǎo)管尾部加裝單向閥對(duì)吹掃系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的解決方案，系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐證明，通過改造，消除了四管泄漏聲波傳導(dǎo)管及吹掃管路堵塞、結(jié)焦及煙氣環(huán)流現(xiàn)象，有效降低了傳感器損壞率，大幅提高了系統(tǒng)功能及可靠性。為四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在CFB鍋爐上應(yīng)用和推廣的特殊設(shè)計(jì)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】CFB鍋爐 四管泄漏 傳感器損壞堵塞 單向閥 改進(jìn)

隨著CFB鍋爐的普及、發(fā)展和廣泛應(yīng)用，針對(duì)CFB鍋爐（正壓鍋爐）四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的特殊設(shè)計(jì)還有待完善，爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在CFB鍋爐上的應(yīng)用還不成熟、仍存在諸多技術(shù)難題。經(jīng)了解，國內(nèi)外正壓鍋爐爐管泄漏檢測裝置同樣存在傳感器易損現(xiàn)象，目前部分擁有同類型CFB鍋爐的公司，四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用尚未有效開展。四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在CFB鍋爐上的應(yīng)用研究，意義愈發(fā)重大。

1 DHXL-Ⅲ型爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)簡介

1.1 凝汽式供熱汽輪發(fā)電機(jī)組

京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司2x135MW凝汽式供熱汽輪發(fā)電機(jī)組，配套鍋爐為無錫華光鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的UG-480/13.7-M型高溫超高壓、一次中間再熱循環(huán)流化床鍋爐。在2010年分別加裝了DHXL-Ⅲ型鍋爐爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警裝置，該裝置在鍋爐上四周的水冷壁、過熱器、省煤器的管道處安裝了24個(gè)聲波傳感器，用于對(duì)鍋爐受熱面泄漏的監(jiān)測報(bào)警。

1.2 鍋爐爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警裝置

HXL-H1型鍋爐爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警裝置是集鍋爐、聲學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科技術(shù)，通過增強(qiáng)型傳感器來獲取鍋爐內(nèi)爐管泄漏的噪聲信號(hào)，在消除鍋爐運(yùn)行的各種復(fù)雜噪聲干擾的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過快速付里葉變換（FFT），進(jìn)行聲譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐爐管泄漏的早期測報(bào)，并判斷出泄漏的區(qū)域位置及泄漏程度，使電站運(yùn)行人員及時(shí)采取防護(hù)措施，防止事故擴(kuò)大，縮短搶修時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 裝置組成

裝置由兩部分組成，包括信號(hào)采集系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)。

1.4 設(shè)備主要構(gòu)成及信號(hào)采集系統(tǒng)

1.4.1 聲波傳導(dǎo)管

DH/XLB型/氣源吹掃型，傳導(dǎo)管固定在鍋爐爐壁上，用來提供信號(hào)通道，使傳感器與爐內(nèi)連通，保證真實(shí)采集鍋爐爐管泄漏所產(chǎn)生的聲頻信號(hào)。它包括金屬管、絕緣體、球閥、45度角三通和清灰機(jī)構(gòu)等構(gòu)件，整體密封。

1.4.2 傳感器

DH/XLB型，傳感器是用來接收爐膛內(nèi)的聲頻信號(hào)，當(dāng)鍋爐正常工作時(shí)，所接收的信號(hào)為背景噪音，其頻率主要集中在低頻段，而且聲音強(qiáng)度較弱，當(dāng)鍋爐爐管發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏聲不僅使?fàn)t膛噪音強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，而且其頻率主要集中在中高頻段，傳感器能將鍋爐爐內(nèi)噪音的強(qiáng)度、頻譜等真實(shí)情況靈敏地轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，傳輸給遠(yuǎn)在集控室的監(jiān)測系統(tǒng)。

1.4.3 監(jiān)測系統(tǒng)（24通道）

DH/XLB/24型，監(jiān)測系統(tǒng)放于電子間內(nèi)，分為中心處理單元及顯示報(bào)警單元，組合在機(jī)柜中。通過界面用戶可以完成實(shí)時(shí)棒圖、實(shí)時(shí)頻譜、實(shí)時(shí)趨勢、爐膛模擬、歷史趨勢、歷史頻譜、泄漏追憶、堵灰指示、系統(tǒng)配置、圖形打印。

1.5 系統(tǒng)吹掃

可以通過自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式對(duì)聲波傳導(dǎo)管內(nèi)積灰進(jìn)行吹掃、除灰?！俺议g隔時(shí)間”用于設(shè)置自動(dòng)除灰的時(shí)間間隔，可選擇“1天”、“3天”、“5天”、“7天”、“15天”、“30天”（原時(shí)間間隔設(shè)置為7天），自動(dòng)除灰時(shí)間設(shè)置為指定日期的午夜零點(diǎn)。系統(tǒng)將每隔“除灰間隔時(shí)間”所設(shè)天數(shù)，于零點(diǎn)打開“氣源吹掃”畫面進(jìn)行自動(dòng)除灰，除灰結(jié)束后自動(dòng)關(guān)閉“氣源吹掃”畫面。“遠(yuǎn)程手動(dòng)除灰”用于選擇鍋爐左、右兩側(cè)之一，通過控吹掃制電磁閥進(jìn)行手動(dòng)除灰，選擇后按“除灰”按鈕即可。

2 系統(tǒng)應(yīng)用過程中遇到的問題

DHXL-Ⅲ型鍋爐四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)投入運(yùn)行半年左右，相繼暴露出“傳感器燒損”、“波導(dǎo)管堵塞”、“吹掃管路及吹掃金屬軟管堵塞”、“波導(dǎo)管開口處結(jié)焦”“誤報(bào)警及監(jiān)測預(yù)警功能喪失”等故障。2011年4月～5月期間，通過對(duì)兩臺(tái)鍋爐的檢修發(fā)現(xiàn)，四管泄漏系統(tǒng)存在著聲波傳導(dǎo)管及吹掃管路大面積堵塞（約占總設(shè)備的60%）、聲波傳感器損壞頻繁（己更換或維修10余個(gè)聲波傳感器）、多次出現(xiàn)誤報(bào)及漏報(bào)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響爐管泄漏系統(tǒng)的正常監(jiān)測，大大降低了該系統(tǒng)應(yīng)有的功能和預(yù)期的意義。

3 原因分析

3.1 傳感器易損原因分析

通過討論、分析、判斷：造成傳感器損壞的主要原因是傳感器長時(shí)間處于高溫環(huán)境運(yùn)行所致。傳感器受高溫影響有如下幾點(diǎn)：

3.1.1 熱傳導(dǎo)

爐內(nèi)溫度通過傳導(dǎo)管傳遞到傳感器。因?yàn)閭鲗?dǎo)管中部有隔熱法蘭連接，有效的降低了熱的直接傳導(dǎo);另外，傳導(dǎo)管與傳感器間的連接也采用了尼龍連接，再一次有效的降低了熱傳導(dǎo)，所以該種方式的熱傳導(dǎo)影響非常小。

3.1.2 熱輻射

由于傳導(dǎo)管長1.35米，減低了熱輻射的能量;同時(shí)傳感器與傳導(dǎo)管為45°連接，再一次減低、阻隔了熱輻射的能量，輻射熱的影響也非常小。

3.1.3 熱對(duì)流

對(duì)于負(fù)壓運(yùn)行的鍋爐來講，高溫影響傳感器的原因主要是熱傳導(dǎo)和熱輻射。對(duì)于正壓運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、燃燒工況、煙氣流動(dòng)更為復(fù)雜，同一標(biāo)高不同位置以及各測點(diǎn)處的爐內(nèi)壓力不同，存在嚴(yán)重的煙氣對(duì)流，是傳感器超溫工作的主要因素。舉例說明如下：以鍋爐前墻#5和#6測點(diǎn)為例，爐內(nèi)作用于兩測點(diǎn)處水冷壁的壓力肯定不同，假設(shè)煙氣作用于#5測點(diǎn)的壓力為P₅，作用于#6測點(diǎn)的壓力為P₆，且P₅>P₆，那么就會(huì)造成#5、#6測點(diǎn)間存在壓力差△P=P₅-P₆，在△P作用下，#5、#6測點(diǎn)間通過吹掃管路產(chǎn)生煙氣流動(dòng)，形成高溫?zé)煔猸h(huán)流，從而產(chǎn)生熱對(duì)流，使得在吹掃間隔的時(shí)間段內(nèi)，測點(diǎn)傳感器和聲波傳導(dǎo)管長時(shí)間處于高溫環(huán)境運(yùn)行，這是造成傳感器損壞的主要原因。

3.2 傳導(dǎo)管堵塞原因分析

由于鍋爐四管泄漏測點(diǎn)之間通過吹掃管路是連通的，在吹掃間隔時(shí)間內(nèi)，測點(diǎn)間壓力不平衡導(dǎo)致煙氣攜帶灰塵形成煙氣環(huán)流，長時(shí)間灰塵堆積是造成傳導(dǎo)管及吹掃管路大面積堵塞的原因。

3.3 要因總結(jié)

（1）四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用技術(shù)尚不成熟，以往該系統(tǒng)多應(yīng)用于負(fù)壓鍋爐上，針對(duì)正壓鍋爐的特殊設(shè)計(jì)考慮不周。

（2）傳感器長期處于高溫環(huán)境運(yùn)行導(dǎo)致易損現(xiàn)象發(fā)生。

（3）傳感器與傳導(dǎo)管間密封不良，存在高溫?zé)煔庑孤?，加重傳感器超溫?/p>

（4）攜帶灰塵的煙氣環(huán)流導(dǎo)致傳導(dǎo)管及吹掃管路大面積堵塞。

4 系統(tǒng)改進(jìn)

（1）在每支波導(dǎo)管尾部加裝一個(gè)單向閥，只允許氣體向爐內(nèi)流動(dòng)，避免爐內(nèi)正壓高溫?zé)煔庠谙噜彍y點(diǎn)之間流動(dòng)，消除高溫?zé)煔猸h(huán)流及因此產(chǎn)生的熱對(duì)流，使傳感器只受熱傳導(dǎo)和熱輻射的溫度影響。

（2）對(duì)所有傳感器進(jìn)行全面檢查并重新安裝，必要時(shí)更換傳感器和密封件，確保傳感器與傳導(dǎo)管間密封完好，避免高溫?zé)煔庑孤?/p>

（3）對(duì)堵塞的傳導(dǎo)管及吹掃管路進(jìn)行疏通，將無法疏通的吹掃管路進(jìn)行全面更換、治理。

（4）適當(dāng)調(diào)整波導(dǎo)管吹掃時(shí)間間隔（將吹掃間隔由原來的每周一次調(diào)整到每天一次，每次吹掃時(shí)間由原來的30秒改為60秒），進(jìn)一步防止傳導(dǎo)管及吹掃管路的堵塞。

5 改造前后效果對(duì)比分析

系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐證明，通過在每支聲波傳導(dǎo)管尾部加裝單向閥技術(shù)改造，基本徹底消除了四管泄漏聲波傳導(dǎo)管及吹掃管路堵塞現(xiàn)象，同時(shí)由于消除了各傳感器之間的煙氣環(huán)流，減少了熱對(duì)流對(duì)傳感器壽命的影響，有效降低了傳感器損壞率，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，四管泄漏傳感器損壞率從改造前（上一個(gè)檢修期）的（23%/半年）下降至改造后的（7%/半年），大幅度提高了四管泄漏檢測系統(tǒng)的功能及可靠性，同時(shí)節(jié)約了大量檢修人力和維護(hù)成本。

從2011年6月至2012年5月機(jī)組檢修期，公司2臺(tái)鍋爐四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)共正確預(yù)警4次，尤其是2012年2月18日（臘月二十七）#1爐四管泄漏測點(diǎn)17報(bào)警，恰逢春節(jié)假期，通過合理準(zhǔn)備和調(diào)配檢修人員，機(jī)組于2月23日（正月初二）停機(jī)，2月26日順利完成搶修，機(jī)組啟動(dòng)成功，確保了轄區(qū)的春節(jié)供暖。

6 結(jié)束語

爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)在CFB鍋爐上的應(yīng)用還不成熟、仍存在諸多技術(shù)難題有待進(jìn)一步研究解決，如“正壓區(qū)測點(diǎn)保護(hù)”及“正壓區(qū)測點(diǎn)泄漏值設(shè)置”等（正壓區(qū)測點(diǎn)采用不間斷吹掃方式也是一種可行的方案）。實(shí)踐證明，必須有針對(duì)正壓鍋爐的特殊設(shè)計(jì)，在實(shí)踐中總結(jié)、研究、探索、改進(jìn)，才能使CFB鍋爐四管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用日漸成熟。

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