鍋爐四管泄漏監測系統在CFB鍋爐上的應用及改進

史景波

摘要

結合DHXL-Ⅲ型鍋爐四管泄漏監測系統在京能（赤峰）能源發展有限公司2×135MW循環流化床機組（UG-480/13.7-M型）CFB鍋爐上的應用情況，以及在實際應用過程中遇到的問題和檢修、維護實踐，討論了針對正壓鍋爐四管泄漏監測系統傳感器損壞頻繁、波導管及吹掃管路堵塞、結焦、監測預警功能喪失等現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管尾部加裝單向閥對吹掃系統進行改進的解決方案，系統運行實踐證明，通過改造，消除了四管泄漏聲波傳導管及吹掃管路堵塞、結焦及煙氣環流現象，有效降低了傳感器損壞率，大幅提高了系統功能及可靠性。為四管泄漏監測系統在CFB鍋爐上應用和推廣的特殊設計提供了參考。

【關鍵詞】CFB鍋爐 四管泄漏 傳感器損壞堵塞 單向閥 改進

隨著CFB鍋爐的普及、發展和廣泛應用，針對CFB鍋爐（正壓鍋爐）四管泄漏監測系統的特殊設計還有待完善，爐管泄漏監測系統在CFB鍋爐上的應用還不成熟、仍存在諸多技術難題。經了解，國內外正壓鍋爐爐管泄漏檢測裝置同樣存在傳感器易損現象，目前部分擁有同類型CFB鍋爐的公司，四管泄漏監測系統的應用尚未有效開展。四管泄漏監測系統在CFB鍋爐上的應用研究，意義愈發重大。

1 DHXL-Ⅲ型爐管泄漏監測系統簡介

1.1 凝汽式供熱汽輪發電機組

京能（赤峰）能源發展有限公司2x135MW凝汽式供熱汽輪發電機組，配套鍋爐為無錫華光鍋爐股份有限公司設計制造的UG-480/13.7-M型高溫超高壓、一次中間再熱循環流化床鍋爐。在2010年分別加裝了DHXL-Ⅲ型鍋爐爐管泄漏自動報警裝置，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個聲波傳感器，用于對鍋爐受熱面泄漏的監測報警。

1.2 鍋爐爐管泄漏自動報警裝置

HXL-H1型鍋爐爐管泄漏自動報警裝置是集鍋爐、聲學、電子、計算機、機械等多學科技術，通過增強型傳感器來獲取鍋爐內爐管泄漏的噪聲信號，在消除鍋爐運行的各種復雜噪聲干擾的基礎上，利用計算機技術，通過快速付里葉變換（FFT），進行聲譜分析，實現對鍋爐爐管泄漏的早期測報，并判斷出泄漏的區域位置及泄漏程度，使電站運行人員及時采取防護措施，防止事故擴大，縮短搶修時間，減少經濟損失。

1.3 裝置組成

裝置由兩部分組成，包括信號采集系統和監測系統。

1.4 設備主要構成及信號采集系統

1.4.1 聲波傳導管

DH/XLB型/氣源吹掃型，傳導管固定在鍋爐爐壁上，用來提供信號通道，使傳感器與爐內連通，保證真實采集鍋爐爐管泄漏所產生的聲頻信號。它包括金屬管、絕緣體、球閥、45度角三通和清灰機構等構件，整體密封。

1.4.2 傳感器

DH/XLB型，傳感器是用來接收爐膛內的聲頻信號，當鍋爐正常工作時，所接收的信號為背景噪音，其頻率主要集中在低頻段，而且聲音強度較弱，當鍋爐爐管發生泄漏時，泄漏聲不僅使爐膛噪音強度明顯加強，而且其頻率主要集中在中高頻段，傳感器能將鍋爐爐內噪音的強度、頻譜等真實情況靈敏地轉換成電流信號，傳輸給遠在集控室的監測系統。

1.4.3 監測系統（24通道）

DH/XLB/24型，監測系統放于電子間內，分為中心處理單元及顯示報警單元，組合在機柜中。通過界面用戶可以完成實時棒圖、實時頻譜、實時趨勢、爐膛模擬、歷史趨勢、歷史頻譜、泄漏追憶、堵灰指示、系統配置、圖形打印。

1.5 系統吹掃

可以通過自動和手動兩種方式對聲波傳導管內積灰進行吹掃、除灰?！俺议g隔時間”用于設置自動除灰的時間間隔，可選擇“1天”、“3天”、“5天”、“7天”、“15天”、“30天”（原時間間隔設置為7天），自動除灰時間設置為指定日期的午夜零點。系統將每隔“除灰間隔時間”所設天數，于零點打開“氣源吹掃”畫面進行自動除灰，除灰結束后自動關閉“氣源吹掃”畫面?！斑h程手動除灰”用于選擇鍋爐左、右兩側之一，通過控吹掃制電磁閥進行手動除灰，選擇后按“除灰”按鈕即可。

2 系統應用過程中遇到的問題

DHXL-Ⅲ型鍋爐四管泄漏監測系統投入運行半年左右，相繼暴露出“傳感器燒損”、“波導管堵塞”、“吹掃管路及吹掃金屬軟管堵塞”、“波導管開口處結焦”“誤報警及監測預警功能喪失”等故障。2011年4月～5月期間，通過對兩臺鍋爐的檢修發現，四管泄漏系統存在著聲波傳導管及吹掃管路大面積堵塞（約占總設備的60%）、聲波傳感器損壞頻繁（己更換或維修10余個聲波傳感器）、多次出現誤報及漏報現象，嚴重影響爐管泄漏系統的正常監測，大大降低了該系統應有的功能和預期的意義。

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間處于高溫環境運行所致。傳感器受高溫影響有如下幾點：

3.1.1 熱傳導

爐內溫度通過傳導管傳遞到傳感器。因為傳導管中部有隔熱法蘭連接，有效的降低了熱的直接傳導;另外，傳導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，所以該種方式的熱傳導影響非常小。

3.1.2 熱輻射

由于傳導管長1.35米，減低了熱輻射的能量;同時傳感器與傳導管為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 熱對流

對于負壓運行的鍋爐來講，高溫影響傳感器的原因主要是熱傳導和熱輻射。對于正壓運行的循環流化床鍋爐，由于內部結構復雜、燃燒工況、煙氣流動更為復雜，同一標高不同位置以及各測點處的爐內壓力不同，存在嚴重的煙氣對流，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測點為例，爐內作用于兩測點處水冷壁的壓力肯定不同，假設煙氣作用于#5測點的壓力為P₅，作用于#6測點的壓力為P₆，且P₅>P₆，那么就會造成#5、#6測點間存在壓力差△P=P₅-P₆，在△P作用下，#5、#6測點間通過吹掃管路產生煙氣流動，形成高溫煙氣環流，從而產生熱對流，使得在吹掃間隔的時間段內，測點傳感器和聲波傳導管長時間處于高溫環境運行，這是造成傳感器損壞的主要原因。

3.2 傳導管堵塞原因分析

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

3.3 要因總結

（1）四管泄漏監測系統在循環流化床鍋爐上的應用技術尚不成熟，以往該系統多應用于負壓鍋爐上，針對正壓鍋爐的特殊設計考慮不周。

（2）傳感器長期處于高溫環境運行導致易損現象發生。

（3）傳感器與傳導管間密封不良，存在高溫煙氣泄漏，加重傳感器超溫。

（4）攜帶灰塵的煙氣環流導致傳導管及吹掃管路大面積堵塞。

4 系統改進

（1）在每支波導管尾部加裝一個單向閥，只允許氣體向爐內流動，避免爐內正壓高溫煙氣在相鄰測點之間流動，消除高溫煙氣環流及因此產生的熱對流，使傳感器只受熱傳導和熱輻射的溫度影響。

（2）對所有傳感器進行全面檢查并重新安裝，必要時更換傳感器和密封件，確保傳感器與傳導管間密封完好，避免高溫煙氣泄漏。

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

（4）適當調整波導管吹掃時間間隔（將吹掃間隔由原來的每周一次調整到每天一次，每次吹掃時間由原來的30秒改為60秒），進一步防止傳導管及吹掃管路的堵塞。

5 改造前后效果對比分析

系統運行實踐證明，通過在每支聲波傳導管尾部加裝單向閥技術改造，基本徹底消除了四管泄漏聲波傳導管及吹掃管路堵塞現象，同時由于消除了各傳感器之間的煙氣環流，減少了熱對流對傳感器壽命的影響，有效降低了傳感器損壞率，經統計，四管泄漏傳感器損壞率從改造前（上一個檢修期）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的功能及可靠性，同時節約了大量檢修人力和維護成本。

從2011年6月至2012年5月機組檢修期，公司2臺鍋爐四管泄漏監測系統共正確預警4次，尤其是2012年2月18日（臘月二十七）#1爐四管泄漏測點17報警，恰逢春節假期，通過合理準備和調配檢修人員，機組于2月23日（正月初二）停機，2月26日順利完成搶修，機組啟動成功，確保了轄區的春節供暖。

6 結束語

爐管泄漏監測系統在CFB鍋爐上的應用還不成熟、仍存在諸多技術難題有待進一步研究解決，如“正壓區測點保護”及“正壓區測點泄漏值設置”等（正壓區測點采用不間斷吹掃方式也是一種可行的方案）。實踐證明，必須有針對正壓鍋爐的特殊設計，在實踐中總結、研究、探索、改進，才能使CFB鍋爐四管泄漏監測系統的應用日漸成熟。

參考文獻

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