聲波吹掃在鍋爐二次風量測量中的應用

張琴玲

(淮浙煤電有限責任公司鳳臺發(fā)電分公司，安徽 淮南 232131)

0 引言

在火力發(fā)電廠中,鍋爐送風系統(tǒng)的二次風具有風道大、流速低、風量大、直管段短、含塵等特點。要準確并穩(wěn)定測量二次風量,測量裝置的選型和安裝是關鍵。目前,我國火力發(fā)電廠多采用差壓測量原理進行風量測量,包括放大型皮托管測量裝置、機翼測量裝置(也叫“陣列式測量裝置”)及插入式威力巴均速管流量測量裝置等。差壓測量原理測量二次風量,存在的一個最大問題是測量裝置易堵灰,一旦堵灰,就會造成測量偏差,嚴重時會導致數據偏差較大,引起保護誤動及自動調節(jié)異常,威脅機組安全穩(wěn)定運行。

鳳臺電廠二期2臺660 MW超超臨界火電機組鍋爐為上海鍋爐廠生產的超超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。二次風量裝置是防堵型陣列風量測量裝置,基于S型皮托管測量原理,安裝在鍋爐兩側二次風道上,通過測量迎風面“全壓”和背風側“靜壓”之間的差壓,利用伯努利方程計算出風速,進一步計算出風量。從機組投產開始,2臺機組一直存在二次風量測量數據跳變和偏差大的問題,使機組的安全穩(wěn)定運行存在較大隱患。

1 相關問題及分析

1.1 存在的問題

鍋爐二次風量測量取樣裝置安裝于鍋爐28 m熱二次風母管上,左右側風道各1套,分別引出3路引壓管到3個差壓變送器。取樣裝置為網格式布置的防堵型陣列裝置,基于S型皮托管測量原理。單側風量測量裝置分成3片,每片有12個取樣孔,共36個取樣孔?！叭珘骸眰热涌缀汀氨硥骸眰热涌拙鶠?6個。每個取樣孔內安置了清灰器,在管道內氣流的沖擊下清灰器作無規(guī)則擺動,起到自清灰作用。

在經過動力場風量標定后,A,B側各3個風量測點,A側風量平均值480 t/h左右,3個測點最大偏差20 t/h左右；B側風量平均值540 t/h左右,3個測點最大偏差20 t/h左右；機組并網帶負荷后,兩側風量均有1個測點與其余2個測點偏差增大,其中A側二次風量1與同側其余2個測點的最大偏差為80 t/h,B側二次風量3與同側其余兩個測點的最大偏差為130 t/h,且偏差隨著時間越來越大。

1.2 原因分析

現場檢查測量回路不存在泄漏現象,進一步檢查發(fā)現,風道上風量裝置的均壓管溫度達到100 ℃以上,故判斷均壓管內有氣體流動。均壓管將3片取樣裝置連接起來,因3片取樣裝置安裝位置處于風道的內外側,由于風道直管段距離短及流場方向改變,造成風道內外側流速不一致,從而壓力大小也不一樣,理論上外側壓力偏大于內側。而風量取樣裝置內外側取樣孔也會形成差壓,從而使得取樣裝置的均壓管因差壓而產生氣體流動。

因A側二次風量1和B側二次風量3取壓管都處于靠近風道外側的位置,正好處于均壓管內氣體流動拐角處,且管內氣體有一部分壓力直接分到靠外側的取壓管,造成外側取壓管壓力均高于其余2個取壓管的壓力,因全壓測量均壓管比靜壓測量均壓管的壓力大,外側取樣管正負壓側的壓力增加的大小表現為正壓側增加幅度大于負壓側增加幅度,故外側風量變送器的測量值高于內側和中間2個風量變送器,與先前的測量數據相匹配。

為驗證分析過程的正確性,在機組運行時將外側的均壓管用帶壓堵漏的方式灌滿膠,只通過中間和內側2片取樣裝置測量,結果顯示對應外側的取樣孔的風量變送器測量值與其他2點測量值一致。

2 取樣裝置優(yōu)化措施

2.1 第一階段優(yōu)化

將風道外部均壓箱由原來的φ32方形不銹鋼管改為φ50圓形管,原有梯形均壓箱改為三角形均壓箱,在均壓箱上部增加一個“T”型支架用于儀表管取壓。在內部的樹形陣列取樣器中將3片獨立的取樣器用連通管進行連接。

這些優(yōu)化措施的好處有以下3點：

(1) 在風道內部將內外側差壓進行平衡。

(2) 取消均壓箱的橫管段,使得即使有帶灰氣體在外部均壓箱中流動,也不會在均壓箱斜管段積存,管徑的增大和形狀的改變也會減小灰塵在均壓箱管段的積存的可能性。

(3) 均壓箱上部的“T”型架內氣體靜止不流動,不會對測量產生干擾,提高了測量的準確性。

第一階段改造后解決了同側3個風量信號因煙道內外差壓造成1個測點與其余2個測點偏差持續(xù)增大的問題,但運行一段時間后,仍會有1個月左右繼續(xù)出現測量信號一次大幅跳變、多次小幅跳變的情況,且兩側測點2出現小幅波動的頻次比其他測點多。

2.2 第二階段優(yōu)化

分析二次風量測點2小幅波動頻次較高的原因可能為正壓側取樣管路與下管道在一條線上,受影響較大。另外,檢修進入風道內部發(fā)現取樣裝置負壓側積灰比較嚴重,判斷為負壓側因取樣口為平口,振打棒露出取樣管的長度偏短,可能影響清灰效果。于是利用機組檢修機會,將振打棒末端延長同時焊上小鐵塊,增加振打棒的長度和重量,達到振打清灰的作用。另外,還將二次風量測點2的正壓側取樣管右移,使其與下管路錯開,避免上下管道直接連通。

經過上述改造后,二次風量測點故障出現的頻次減少了,測點2小幅跳變的頻次也和其余測點基本一致了。在機組檢修期間對進風道內部進行檢查,發(fā)現負壓測取樣管積灰機會情況仍然存在,因此還需要尋求進一步解決裝置積灰的方法。

3 在線吹掃裝置的應用

3.1 裝置工作原理

在線自動吹掃裝置由聲能器、擴聲筒、氣路控制箱及電控單元組成。該裝置利用聲波清灰技術,以0.4～0.6 MPa的壓縮空氣為動力源,使發(fā)聲體內部的高強度鈦合金膜片自激振蕩,并在諧振腔內產生振動,將壓縮空氣的勢能轉換成低頻聲能,發(fā)出低頻高能聲波,通過擴聲筒放大,由空氣介質把聲能傳遞到二次風量取樣管,使取樣管內的積灰由緊密變?yōu)槭杷?在重力或二次風的作用下脫離附著體表面,達到有效清灰的目的。

電控單元接受DCS系統(tǒng)發(fā)出的吹掃指令,控制電磁閥得失電。當發(fā)出吹掃指令時,電磁閥得電導通,壓縮空氣攜帶的能量通過聲波發(fā)生頭轉化為聲強大小145～155 dB,聲波范圍直徑約6 m的高聲強聲波,去振動破碎取樣管內附著的積灰。

3.2 聲波吹掃應用方案

鳳臺電廠在2019年4號機組C修時,在A,B側二次風道上分別加裝了一套在線聲波吹掃裝置。該吹掃裝置安裝在空預器出口熱二次風箱的水平管道頂部,位于二次風量測量裝置后1 m處。

為實現遠方控制吹掃,在4號機組DCS風煙系統(tǒng)畫面增加了A/B側二次風量吹掃控制按鈕和狀態(tài)顯示。通過運行操作員手動吹掃操作,并在控制邏輯中增加保護性邏輯：

(1) 機組升降負荷過程中,不允許投入二次風道聲波吹灰器；

(2) 二次風道聲波吹灰器每次吹掃時間為120 s,兩側聲波吹灰器投入互鎖,即：當A/B側二次風道聲波吹灰器運行時禁止投入B/A側二次風道聲波吹灰器；

(3) 吹掃時對應側三取中二次風量數值保持當前值(三個單點不作保持),吹掃完成后用三取中實時值與上述保持值進行比較,偏差在20 t/h內退出保持,如若兩者偏差大于50 t/h并持續(xù)3 min,則觸發(fā)“X側二次風量異?！贝笃翀缶?該大屏報警功能增設在主要參數異常報警模塊中。

3.3 應用效果

在對二次風量進行吹掃時,二次風量信號穩(wěn)定無跳變,真正實現了無擾吹灰。為確保安全,目前對二次風量進行吹掃是通過運行人員手動點擊畫面按鈕進行,吹掃間隔為每周一次。該智能吹掃裝置在鳳臺電廠4號爐二次風量測量中應用后,測量信號穩(wěn)定,極大降低了機組運行的安全風險。

4 結束語

鳳臺電廠二期2臺超超臨界660 MW火電機組的二次風量測量裝置經過多次改進,逐步解決了二次風量測量的同側測點偏差大問題,也在一定程度上改善了裝置積灰情況,最終通過增加聲波吹灰裝置,并對控制邏輯進行無擾設計,將積灰情況徹底改善,解決了困擾鳳臺電廠多年的風量跳變技術難題,也極大地減少了維護工作量。目前鳳臺電廠二期3,4號機組A,B側二次風量測量均已安裝吹掃裝置,運行情況良好。