声波吹扫在锅炉二次风量测量中的应用

张琴玲

(淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司，安徽 淮南 232131)

0 引言

在火力发电厂中,锅炉送风系统的二次风具有风道大、流速低、风量大、直管段短、含尘等特点。要准确并稳定测量二次风量,测量装置的选型和安装是关键。目前,我国火力发电厂多采用差压测量原理进行风量测量,包括放大型皮托管测量装置、机翼测量装置(也叫“阵列式测量装置”)及插入式威力巴均速管流量测量装置等。差压测量原理测量二次风量,存在的一个最大问题是测量装置易堵灰,一旦堵灰,就会造成测量偏差,严重时会导致数据偏差较大,引起保护误动及自动调节异常,威胁机组安全稳定运行。

凤台电厂二期2台660 MW超超临界火电机组锅炉为上海锅炉厂生产的超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。二次风量装置是防堵型阵列风量测量装置,基于S型皮托管测量原理,安装在锅炉两侧二次风道上,通过测量迎风面“全压”和背风侧“静压”之间的差压,利用伯努利方程计算出风速,进一步计算出风量。从机组投产开始,2台机组一直存在二次风量测量数据跳变和偏差大的问题,使机组的安全稳定运行存在较大隐患。

1 相关问题及分析

1.1 存在的问题

锅炉二次风量测量取样装置安装于锅炉28 m热二次风母管上,左右侧风道各1套,分别引出3路引压管到3个差压变送器。取样装置为网格式布置的防堵型阵列装置,基于S型皮托管测量原理。单侧风量测量装置分成3片,每片有12个取样孔,共36个取样孔。“全压”侧取样孔和“背压”侧取样孔均为36个。每个取样孔内安置了清灰器,在管道内气流的冲击下清灰器作无规则摆动,起到自清灰作用。

在经过动力场风量标定后,A,B侧各3个风量测点,A侧风量平均值480 t/h左右,3个测点最大偏差20 t/h左右；B侧风量平均值540 t/h左右,3个测点最大偏差20 t/h左右；机组并网带负荷后,两侧风量均有1个测点与其余2个测点偏差增大,其中A侧二次风量1与同侧其余2个测点的最大偏差为80 t/h,B侧二次风量3与同侧其余两个测点的最大偏差为130 t/h,且偏差随着时间越来越大。

1.2 原因分析

现场检查测量回路不存在泄漏现象,进一步检查发现,风道上风量装置的均压管温度达到100 ℃以上,故判断均压管内有气体流动。均压管将3片取样装置连接起来,因3片取样装置安装位置处于风道的内外侧,由于风道直管段距离短及流场方向改变,造成风道内外侧流速不一致,从而压力大小也不一样,理论上外侧压力偏大于内侧。而风量取样装置内外侧取样孔也会形成差压,从而使得取样装置的均压管因差压而产生气体流动。

因A侧二次风量1和B侧二次风量3取压管都处于靠近风道外侧的位置,正好处于均压管内气体流动拐角处,且管内气体有一部分压力直接分到靠外侧的取压管,造成外侧取压管压力均高于其余2个取压管的压力,因全压测量均压管比静压测量均压管的压力大,外侧取样管正负压侧的压力增加的大小表现为正压侧增加幅度大于负压侧增加幅度,故外侧风量变送器的测量值高于内侧和中间2个风量变送器,与先前的测量数据相匹配。

为验证分析过程的正确性,在机组运行时将外侧的均压管用带压堵漏的方式灌满胶,只通过中间和内侧2片取样装置测量,结果显示对应外侧的取样孔的风量变送器测量值与其他2点测量值一致。

2 取样装置优化措施

2.1 第一阶段优化

将风道外部均压箱由原来的φ32方形不锈钢管改为φ50圆形管,原有梯形均压箱改为三角形均压箱,在均压箱上部增加一个“T”型支架用于仪表管取压。在内部的树形阵列取样器中将3片独立的取样器用连通管进行连接。

这些优化措施的好处有以下3点：

(1) 在风道内部将内外侧差压进行平衡。

(2) 取消均压箱的横管段,使得即使有带灰气体在外部均压箱中流动,也不会在均压箱斜管段积存,管径的增大和形状的改变也会减小灰尘在均压箱管段的积存的可能性。

(3) 均压箱上部的“T”型架内气体静止不流动,不会对测量产生干扰,提高了测量的准确性。

第一阶段改造后解决了同侧3个风量信号因烟道内外差压造成1个测点与其余2个测点偏差持续增大的问题,但运行一段时间后,仍会有1个月左右继续出现测量信号一次大幅跳变、多次小幅跳变的情况,且两侧测点2出现小幅波动的频次比其他测点多。

2.2 第二阶段优化

分析二次风量测点2小幅波动频次较高的原因可能为正压侧取样管路与下管道在一条线上,受影响较大。另外,检修进入风道内部发现取样装置负压侧积灰比较严重,判断为负压侧因取样口为平口,振打棒露出取样管的长度偏短,可能影响清灰效果。于是利用机组检修机会,将振打棒末端延长同时焊上小铁块,增加振打棒的长度和重量,达到振打清灰的作用。另外,还将二次风量测点2的正压侧取样管右移,使其与下管路错开,避免上下管道直接连通。

经过上述改造后,二次风量测点故障出现的频次减少了,测点2小幅跳变的频次也和其余测点基本一致了。在机组检修期间对进风道内部进行检查,发现负压测取样管积灰机会情况仍然存在,因此还需要寻求进一步解决装置积灰的方法。

3 在线吹扫装置的应用

3.1 装置工作原理

在线自动吹扫装置由声能器、扩声筒、气路控制箱及电控单元组成。该装置利用声波清灰技术,以0.4～0.6 MPa的压缩空气为动力源,使发声体内部的高强度钛合金膜片自激振荡,并在谐振腔内产生振动,将压缩空气的势能转换成低频声能,发出低频高能声波,通过扩声筒放大,由空气介质把声能传递到二次风量取样管,使取样管内的积灰由紧密变为疏松,在重力或二次风的作用下脱离附着体表面,达到有效清灰的目的。

电控单元接受DCS系统发出的吹扫指令,控制电磁阀得失电。当发出吹扫指令时,电磁阀得电导通,压缩空气携带的能量通过声波发生头转化为声强大小145～155 dB,声波范围直径约6 m的高声强声波,去振动破碎取样管内附着的积灰。

3.2 声波吹扫应用方案

凤台电厂在2019年4号机组C修时,在A,B侧二次风道上分别加装了一套在线声波吹扫装置。该吹扫装置安装在空预器出口热二次风箱的水平管道顶部,位于二次风量测量装置后1 m处。

为实现远方控制吹扫,在4号机组DCS风烟系统画面增加了A/B侧二次风量吹扫控制按钮和状态显示。通过运行操作员手动吹扫操作,并在控制逻辑中增加保护性逻辑：

(1) 机组升降负荷过程中,不允许投入二次风道声波吹灰器；

(2) 二次风道声波吹灰器每次吹扫时间为120 s,两侧声波吹灰器投入互锁,即：当A/B侧二次风道声波吹灰器运行时禁止投入B/A侧二次风道声波吹灰器；

(3) 吹扫时对应侧三取中二次风量数值保持当前值(三个单点不作保持),吹扫完成后用三取中实时值与上述保持值进行比较,偏差在20 t/h内退出保持,如若两者偏差大于50 t/h并持续3 min,则触发“X侧二次风量异常”大屏报警,该大屏报警功能增设在主要参数异常报警模块中。

3.3 应用效果

在对二次风量进行吹扫时,二次风量信号稳定无跳变,真正实现了无扰吹灰。为确保安全,目前对二次风量进行吹扫是通过运行人员手动点击画面按钮进行,吹扫间隔为每周一次。该智能吹扫装置在凤台电厂4号炉二次风量测量中应用后,测量信号稳定,极大降低了机组运行的安全风险。

4 结束语

凤台电厂二期2台超超临界660 MW火电机组的二次风量测量装置经过多次改进,逐步解决了二次风量测量的同侧测点偏差大问题,也在一定程度上改善了装置积灰情况,最终通过增加声波吹灰装置,并对控制逻辑进行无扰设计,将积灰情况彻底改善,解决了困扰凤台电厂多年的风量跳变技术难题,也极大地减少了维护工作量。目前凤台电厂二期3,4号机组A,B侧二次风量测量均已安装吹扫装置,运行情况良好。