燃煤機組二次風量測量異常分析及技術改造

李文杰，寧勢其，蔡衛國

(浙江浙能臺州第二發電有限責任公司，浙江 臺州 317100)

二次風量作為燃煤機組鍋爐運行的一個重要參數，參與風量自動調節的同時，還作為FSSS系統(鍋爐爐膛安全監控系統)保護判斷：即當鍋爐總風量值(包括一次風量與二次風量)低于定值時，觸發鍋爐總風量低MFT保護。因此，二次風量測量結果準確可靠在鍋爐安全、經濟運行中起著非常重要的作用。

本文基于某1050 MW超(超)臨界燃煤機組二次風量測量裝置技術改造實踐，通過對二次風量測量值跳變、偶發性瞬時突降等異常現象分析，對測量裝置技術改造，保障了測量裝置可靠運行，減少了維護人員工作量，同時提高了測量值的可信度與穩定性。

1 測量裝置結構及工作原理

某1050 MW超(超)臨界燃煤機組鍋爐采用東方鍋爐(集團)股份有限公司制造的超超臨界參數變壓直流鍋爐，型號為DG3100/28.25-II1。該機組二次風量測量裝置基于多點矩陣式風量測量原理，測量裝置安裝在二次風道上，其引壓管插入二次風道內。當二次風道內有氣體流動時，迎風面由于受到氣流沖擊，氣流動能轉換成壓能，在迎風面管內產生較高壓力，該壓力引至差壓變送器正壓側；背風面由于不受氣流沖擊，管內壓力為靜壓力，該壓力引至差壓變送器負壓側。

測量裝置根據二次風道截面大小采用等截面多點布置，通過將多個測量點有機組裝，將正、負壓側引壓管各自互連；正、負壓側引壓管各自引出匯集至1根水平布置的總引壓管，并分別與3臺差壓變送器的正、負端相連，從而測得二次風道截面的平均差壓，經風量計算公式校正計算后得到二次風量。

二次風量測量裝置結構原理如圖1所示。

圖1 二次風量測量裝置結構原理

為避免二次風道內氣流含塵量較大，易造成測量裝置堵塞，在該測量裝置管道內部的垂直段裝設了防堵塞清灰器，清灰器在管道內氣流的沖擊下會呈現無規則擺動，積灰在振動作用下回落至二次風管道內，起到自清灰作用。

2 二次風量測量異常分析

2.1 總體情況

自機組投產以來，二次風量測量裝置運行正常，測量值基本穩定、準確，滿足機組可靠運行需求，維護人員只需定期吹掃即能滿足測量裝置長周期運行要求。

隨著機組運行時間延長，測量裝置逐漸出現測量值跳變、偶發性瞬時突降等問題。尤其當機組運行至深度調峰區間，鍋爐總風量較低，二次風量測量值會降至較低值，威脅機組的安全運行。與此同時，由于二次風量測量值跳變，運行人員需撤出送風機動葉自動調節，此時無法準確根據總風量、氧量等參數及時調整鍋爐經濟、安全運行，且隨著測量值異常愈發頻繁，維護人員對測量裝置的吹掃也愈發頻繁，極大增加了維護人員的工作量。

2.2 二次風量測量值跳變情況

統計機組運行1個月內二次風量測量值跳變情況如表1所示。

表1 二次風量測量值跳變情況

分析二次風量測量值跳變情況可見如下：

a.雖然維護人員對測量裝置進行定期維護，且當測量值出現異常時及時吹掃，但二次風量測量值跳變現象未能得到緩解。隨著機組連續運行時間延長，測量值出現異常現象的頻率整體呈現增長趨勢，時間間隔從初始的10天縮至3天。

b.雖然機組處于中、低負荷區間運行，但是單側二次風量平均測量值能夠保持在400 t/h以上，其差壓變送器測得差壓值未接近小流量信號切除區間范圍，排除了由于單側二次風量差壓值較小而造成測量精確度下降的原因。

c.比較A、B兩側二次風量測量值出現跳變現象的頻率，兩者在時間上并不同步，且觸發頻率也不同，即相對于B側二次風量測量值，A側二次風量測量值更容易出現跳變現象。

d.單側二次風量測量值跳變幅度較大，嚴重時接近600 t/h，影響自動調節回路的正常投運以及運行人員的監控判斷。二次風量測量值跳變情況如圖2所示。

圖2 二次風量測量值跳變情況

2.3 二次風量測量值偶發性瞬時突降情況

在二次風量測量裝置相對穩定運行的時間段，還會出現單側二次風量測量值偶發性瞬間突降現象，突降幅度為50～150 t/h。

比較A、B二次風量測量值出現偶發性瞬間突降現象的頻率，與二次風量測量值跳變情況相似，即A側二次風量測量值出現偶發性瞬間突降現象更加頻繁。分析單側二次風量測量值出現偶發性突降現象的頻率，同樣在時間上呈現不確定性，時間間隔短至1～2 h，長至1～2天。

以出現偶發性突降現象較為頻繁的A側二次風量為例，統計A側二次風量測量值突降情況如表2所示。

表2 A側二次風量測量值突降情況 t/h

3 問題原因

觀察二次風量測量裝置前后直管段距離較長，且無彎頭、風門擋板等設備。此外，通過分析二次風量測量值跳變、突降前后風煙系統相關壓力、流量等系統參數以及風機動葉等執行機構動作情況，能夠排除由于系統及人為原因造成二次風量異常變化。綜上所述，從測量介質及測量裝置本身的結構分析具體原因如下。

a.鍋爐空預器積灰嚴重，二次風經過空預器加熱后，夾雜大量飛灰進入二次風道內，測量裝置迎風面取樣管道更容易進灰。

b.由于二次風道截面積較大，在多點矩陣測量裝置測量不同位置截面的壓力時存在壓差，且這個壓差將會在測量裝置水平布置的總引壓管內形成微循環，從而將二次風道內的飛灰引入總引壓管內。經過長時間累積，部分灰粒沉積，逐步堵塞總引壓管。

c.測量裝置水平布置總引壓管無保溫等防護措施，遇降雨等天氣，環境溫度較低，引壓管內凝結水汽與沉積的灰粒容易形成小積塊，造成吹掃效果不佳。

d.測量裝置內部垂直段與分支引壓管呈封閉的倒Y字型結構。灰粒在倒Y字型結構接口處逐步積累，當積灰量達到一定值時，會出現瞬間“塌灰”現象，分支引壓管出現短時堵塞，造成測量壓差突變，二次風量測量值瞬時突降。

結合機組停運期間對測量裝置總引壓管割管檢查情況，管內確實存在較為嚴重的積灰現象，且積灰局部呈現積塊狀。比較A、B兩側測量裝置總引壓管積灰情況，A側測量裝置總引壓管積灰程度更為嚴重，這也直接驗證了A側測量裝置比B側測量裝置更容易出現跳變、突降等現象。測量裝置水平段引壓管積灰情況如圖3所示。

圖3 測量裝置水平段引壓管積灰情況

4 改造方案及應用情況

4.1 測量裝置水平總引壓管改造

為避免灰粒在測量裝置水平總引壓管沉積，同時考慮測量裝置上方存在鋼梁等因素，將總引壓管由水平布置改造成M型布置。在M型總引壓管中間凹陷處安裝一個測量筒，將3臺差壓變送器的引壓管統一匯集至該測量筒。測量裝置由于內部微循環帶至總引壓管段的飛灰能夠隨時回落至二次風道內，避免飛灰在總引壓管堆積。同時，在總引壓管及測量筒外部增強保溫，防止管內灰粒形成小積塊。改造前后測量裝置總引壓管結構如圖4所示。

(a)改造前

4.2 測量裝置內部倒Y字型結構改造

為避免飛灰在測量裝置內部垂直段與分支引壓管封閉的倒Y字型結構內積累，在倒Y字型結構處焊接一段垂直取樣管，并在其末端切割剖口面，使得該位置的積灰能夠及時回落至二次風道內。改造前后測量裝置內部倒Y字型結構如圖5所示。

圖5 測量裝置內部倒Y字型結構

通過對測量裝置內外部2個部位優化改造，提升了測量裝置自身的防積灰性能；另一方面，隨著鍋爐空預器換熱元件完成更換，空預器積灰量減少，確保了測量裝置長周期穩定運行。觀察測量裝置改造后二次風量測量情況，測量值準確可靠，能及時、快速反映二次風道內風量變化。改造后二次風量測量值變化趨勢如圖6所示。

圖6 改造后二次風量測量值變化趨勢

5 結束語

通過燃煤機組鍋爐二次風量異常測量現象原因分析，開展測量裝置改造實踐，優化測量裝置構造，保證了二次風量測量結果準確性，提高了自動調節系統投入率；運行人員能夠根據測量結果及時調整設備，使鍋爐長期運行在安全經濟工況。