聲波吹掃在鍋爐二次風(fēng)量測(cè)量中的應(yīng)用

張琴玲

(淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺(tái)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(fēng)系統(tǒng)的二次風(fēng)具有風(fēng)道大、流速低、風(fēng)量大、直管段短、含塵等特點(diǎn)。要準(zhǔn)確并穩(wěn)定測(cè)量二次風(fēng)量,測(cè)量裝置的選型和安裝是關(guān)鍵。目前,我國火力發(fā)電廠多采用差壓測(cè)量原理進(jìn)行風(fēng)量測(cè)量,包括放大型皮托管測(cè)量裝置、機(jī)翼測(cè)量裝置(也叫“陣列式測(cè)量裝置”)及插入式威力巴均速管流量測(cè)量裝置等。差壓測(cè)量原理測(cè)量二次風(fēng)量,存在的一個(gè)最大問題是測(cè)量裝置易堵灰,一旦堵灰,就會(huì)造成測(cè)量偏差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差較大,引起保護(hù)誤動(dòng)及自動(dòng)調(diào)節(jié)異常,威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

鳳臺(tái)電廠二期2臺(tái)660 MW超超臨界火電機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。二次風(fēng)量裝置是防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置,基于S型皮托管測(cè)量原理,安裝在鍋爐兩側(cè)二次風(fēng)道上,通過測(cè)量迎風(fēng)面“全壓”和背風(fēng)側(cè)“靜壓”之間的差壓,利用伯努利方程計(jì)算出風(fēng)速,進(jìn)一步計(jì)算出風(fēng)量。從機(jī)組投產(chǎn)開始,2臺(tái)機(jī)組一直存在二次風(fēng)量測(cè)量數(shù)據(jù)跳變和偏差大的問題,使機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行存在較大隱患。

1 相關(guān)問題及分析

1.1 存在的問題

鍋爐二次風(fēng)量測(cè)量取樣裝置安裝于鍋爐28 m熱二次風(fēng)母管上,左右側(cè)風(fēng)道各1套,分別引出3路引壓管到3個(gè)差壓變送器。取樣裝置為網(wǎng)格式布置的防堵型陣列裝置,基于S型皮托管測(cè)量原理。單側(cè)風(fēng)量測(cè)量裝置分成3片,每片有12個(gè)取樣孔,共36個(gè)取樣孔。“全壓”側(cè)取樣孔和“背壓”側(cè)取樣孔均為36個(gè)。每個(gè)取樣孔內(nèi)安置了清灰器,在管道內(nèi)氣流的沖擊下清灰器作無規(guī)則擺動(dòng),起到自清灰作用。

在經(jīng)過動(dòng)力場(chǎng)風(fēng)量標(biāo)定后,A,B側(cè)各3個(gè)風(fēng)量測(cè)點(diǎn),A側(cè)風(fēng)量平均值480 t/h左右,3個(gè)測(cè)點(diǎn)最大偏差20 t/h左右；B側(cè)風(fēng)量平均值540 t/h左右,3個(gè)測(cè)點(diǎn)最大偏差20 t/h左右；機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷后,兩側(cè)風(fēng)量均有1個(gè)測(cè)點(diǎn)與其余2個(gè)測(cè)點(diǎn)偏差增大,其中A側(cè)二次風(fēng)量1與同側(cè)其余2個(gè)測(cè)點(diǎn)的最大偏差為80 t/h,B側(cè)二次風(fēng)量3與同側(cè)其余兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的最大偏差為130 t/h,且偏差隨著時(shí)間越來越大。

1.2 原因分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)量回路不存在泄漏現(xiàn)象,進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn),風(fēng)道上風(fēng)量裝置的均壓管溫度達(dá)到100 ℃以上,故判斷均壓管內(nèi)有氣體流動(dòng)。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(fēng)道的內(nèi)外側(cè),由于風(fēng)道直管段距離短及流場(chǎng)方向改變,造成風(fēng)道內(nèi)外側(cè)流速不一致,從而壓力大小也不一樣,理論上外側(cè)壓力偏大于內(nèi)側(cè)。而風(fēng)量取樣裝置內(nèi)外側(cè)取樣孔也會(huì)形成差壓,從而使得取樣裝置的均壓管因差壓而產(chǎn)生氣體流動(dòng)。

因A側(cè)二次風(fēng)量1和B側(cè)二次風(fēng)量3取壓管都處于靠近風(fēng)道外側(cè)的位置,正好處于均壓管內(nèi)氣體流動(dòng)拐角處,且管內(nèi)氣體有一部分壓力直接分到靠外側(cè)的取壓管,造成外側(cè)取壓管壓力均高于其余2個(gè)取壓管的壓力,因全壓測(cè)量均壓管比靜壓測(cè)量均壓管的壓力大,外側(cè)取樣管正負(fù)壓側(cè)的壓力增加的大小表現(xiàn)為正壓側(cè)增加幅度大于負(fù)壓側(cè)增加幅度,故外側(cè)風(fēng)量變送器的測(cè)量值高于內(nèi)側(cè)和中間2個(gè)風(fēng)量變送器,與先前的測(cè)量數(shù)據(jù)相匹配。

為驗(yàn)證分析過程的正確性,在機(jī)組運(yùn)行時(shí)將外側(cè)的均壓管用帶壓堵漏的方式灌滿膠,只通過中間和內(nèi)側(cè)2片取樣裝置測(cè)量,結(jié)果顯示對(duì)應(yīng)外側(cè)的取樣孔的風(fēng)量變送器測(cè)量值與其他2點(diǎn)測(cè)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(fēng)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(gè)“T”型支架用于儀表管取壓。在內(nèi)部的樹形陣列取樣器中將3片獨(dú)立的取樣器用連通管進(jìn)行連接。

這些優(yōu)化措施的好處有以下3點(diǎn)：

(1) 在風(fēng)道內(nèi)部將內(nèi)外側(cè)差壓進(jìn)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(dòng),也不會(huì)在均壓箱斜管段積存,管徑的增大和形狀的改變也會(huì)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(nèi)氣體靜止不流動(dòng),不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生干擾,提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

第一階段改造后解決了同側(cè)3個(gè)風(fēng)量信號(hào)因煙道內(nèi)外差壓造成1個(gè)測(cè)點(diǎn)與其余2個(gè)測(cè)點(diǎn)偏差持續(xù)增大的問題,但運(yùn)行一段時(shí)間后,仍會(huì)有1個(gè)月左右繼續(xù)出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)一次大幅跳變、多次小幅跳變的情況,且兩側(cè)測(cè)點(diǎn)2出現(xiàn)小幅波動(dòng)的頻次比其他測(cè)點(diǎn)多。

2.2 第二階段優(yōu)化

分析二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)2小幅波動(dòng)頻次較高的原因可能為正壓側(cè)取樣管路與下管道在一條線上,受影響較大。另外,檢修進(jìn)入風(fēng)道內(nèi)部發(fā)現(xiàn)取樣裝置負(fù)壓側(cè)積灰比較嚴(yán)重,判斷為負(fù)壓側(cè)因取樣口為平口,振打棒露出取樣管的長(zhǎng)度偏短,可能影響清灰效果。于是利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì),將振打棒末端延長(zhǎng)同時(shí)焊上小鐵塊,增加振打棒的長(zhǎng)度和重量,達(dá)到振打清灰的作用。另外,還將二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)2的正壓側(cè)取樣管右移,使其與下管路錯(cuò)開,避免上下管道直接連通。

經(jīng)過上述改造后,二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)故障出現(xiàn)的頻次減少了,測(cè)點(diǎn)2小幅跳變的頻次也和其余測(cè)點(diǎn)基本一致了。在機(jī)組檢修期間對(duì)進(jìn)風(fēng)道內(nèi)部進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)負(fù)壓測(cè)取樣管積灰機(jī)會(huì)情況仍然存在,因此還需要尋求進(jìn)一步解決裝置積灰的方法。

3 在線吹掃裝置的應(yīng)用

3.1 裝置工作原理

在線自動(dòng)吹掃裝置由聲能器、擴(kuò)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(shù),以0.4～0.6 MPa的壓縮空氣為動(dòng)力源,使發(fā)聲體內(nèi)部的高強(qiáng)度鈦合金膜片自激振蕩,并在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng),將壓縮空氣的勢(shì)能轉(zhuǎn)換成低頻聲能,發(fā)出低頻高能聲波,通過擴(kuò)聲筒放大,由空氣介質(zhì)把聲能傳遞到二次風(fēng)量取樣管,使取樣管內(nèi)的積灰由緊密變?yōu)槭杷?在重力或二次風(fēng)的作用下脫離附著體表面,達(dá)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(dāng)發(fā)出吹掃指令時(shí),電磁閥得電導(dǎo)通,壓縮空氣攜帶的能量通過聲波發(fā)生頭轉(zhuǎn)化為聲強(qiáng)大小145～155 dB,聲波范圍直徑約6 m的高聲強(qiáng)聲波,去振動(dòng)破碎取樣管內(nèi)附著的積灰。

3.2 聲波吹掃應(yīng)用方案

鳳臺(tái)電廠在2019年4號(hào)機(jī)組C修時(shí),在A,B側(cè)二次風(fēng)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(yù)器出口熱二次風(fēng)箱的水平管道頂部,位于二次風(fēng)量測(cè)量裝置后1 m處。

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制吹掃,在4號(hào)機(jī)組DCS風(fēng)煙系統(tǒng)畫面增加了A/B側(cè)二次風(fēng)量吹掃控制按鈕和狀態(tài)顯示。通過運(yùn)行操作員手動(dòng)吹掃操作,并在控制邏輯中增加保護(hù)性邏輯：

(1) 機(jī)組升降負(fù)荷過程中,不允許投入二次風(fēng)道聲波吹灰器；

(2) 二次風(fēng)道聲波吹灰器每次吹掃時(shí)間為120 s,兩側(cè)聲波吹灰器投入互鎖,即：當(dāng)A/B側(cè)二次風(fēng)道聲波吹灰器運(yùn)行時(shí)禁止投入B/A側(cè)二次風(fēng)道聲波吹灰器；

(3) 吹掃時(shí)對(duì)應(yīng)側(cè)三取中二次風(fēng)量數(shù)值保持當(dāng)前值(三個(gè)單點(diǎn)不作保持),吹掃完成后用三取中實(shí)時(shí)值與上述保持值進(jìn)行比較,偏差在20 t/h內(nèi)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(cè)二次風(fēng)量異常”大屏報(bào)警,該大屏報(bào)警功能增設(shè)在主要參數(shù)異常報(bào)警模塊中。

3.3 應(yīng)用效果

在對(duì)二次風(fēng)量進(jìn)行吹掃時(shí),二次風(fēng)量信號(hào)穩(wěn)定無跳變,真正實(shí)現(xiàn)了無擾吹灰。為確保安全,目前對(duì)二次風(fēng)量進(jìn)行吹掃是通過運(yùn)行人員手動(dòng)點(diǎn)擊畫面按鈕進(jìn)行,吹掃間隔為每周一次。該智能吹掃裝置在鳳臺(tái)電廠4號(hào)爐二次風(fēng)量測(cè)量中應(yīng)用后,測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定,極大降低了機(jī)組運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語

鳳臺(tái)電廠二期2臺(tái)超超臨界660 MW火電機(jī)組的二次風(fēng)量測(cè)量裝置經(jīng)過多次改進(jìn),逐步解決了二次風(fēng)量測(cè)量的同側(cè)測(cè)點(diǎn)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(duì)控制邏輯進(jìn)行無擾設(shè)計(jì),將積灰情況徹底改善,解決了困擾鳳臺(tái)電廠多年的風(fēng)量跳變技術(shù)難題,也極大地減少了維護(hù)工作量。目前鳳臺(tái)電廠二期3,4號(hào)機(jī)組A,B側(cè)二次風(fēng)量測(cè)量均已安裝吹掃裝置,運(yùn)行情況良好。