多點陣列式防堵型風(fēng)量測量裝置 在325MW火力發(fā)電機(jī)組鍋爐上的應(yīng)用研究

張濤

（甘肅電投張掖發(fā)電有限責(zé)任公司，甘肅 張掖 734000）

張掖發(fā)電公司現(xiàn)有2臺300MW級國產(chǎn)燃煤機(jī)組，擴(kuò)容改造后發(fā)電機(jī)額定功率325MW，2臺機(jī)組鍋爐二次風(fēng)道A、B側(cè)各配備一套風(fēng)量測量裝置，采用插入式文丘利管測量裝置，分別安裝于兩側(cè)二次風(fēng)道內(nèi)。由于裝置自身存在設(shè)計上的缺陷，導(dǎo)致測量含有顆粒物質(zhì)、灰塵的通流介質(zhì)時，容易造成裝置取樣管堵塞，影響風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性，同時由于裝置采用單點測量，而二次風(fēng)道橫截面積較大，當(dāng)通流介質(zhì)短時期流量不均時，也容易造成風(fēng)量測量失真。從運行參數(shù)分析來看，由于該測量裝置自建廠使用至今，已連續(xù)運行18年之久，測量元件長期磨損、在穩(wěn)定工況運行下，鍋爐兩側(cè)風(fēng)量偏差較大，經(jīng)常性地發(fā)生風(fēng)量低報警，特別是在機(jī)組啟爐、停爐過程中，由于風(fēng)機(jī)啟停，擋板開關(guān)，風(fēng)量變化較大，風(fēng)量測量更為不準(zhǔn)確，作為鍋爐重要監(jiān)視及聯(lián)鎖保護(hù)參數(shù)，測量不準(zhǔn)將會造成鍋爐設(shè)備損壞及鍋爐滅火等非停事件的發(fā)生，這都對鍋爐的安全穩(wěn)定運行造成了極大的影響。

1 原二次風(fēng)量測量裝置問題分析及改造策略的提出

1.1 原二次風(fēng)量測量裝置在投入運行中存在的問題

伴隨著機(jī)組投入使用年限的增加，設(shè)備磨損及管路堵塞情況逐年加劇，DCS 畫面顯示鍋爐A、B兩側(cè)風(fēng)量曲線逐漸存有偏差，在負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，A側(cè)風(fēng)量174.960t/h、B側(cè)247.515t/h，偏差量在70t/h左右，并且時常存在波動情況，并觸發(fā)風(fēng)量低120t/h軟光字報警。

尤其是在負(fù)荷較低的情況下，隨著風(fēng)機(jī)出力減小，擋板開度變化，實際二次風(fēng)量發(fā)生瞬間變動，使得 DCS 側(cè)風(fēng)量曲線瞬間發(fā)生劇烈波動尤為明顯，特別是在鍋爐啟、停爐過程中，由于風(fēng)量波動不穩(wěn)定，易造成風(fēng)量低觸發(fā)MFT保護(hù)動作。2020年10月18日，我公司在1#機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)的過程中，就發(fā)生一起因為運行人員在低負(fù)荷時，關(guān)閉低氮燃燒器SOFA風(fēng)門，使得風(fēng)煙系統(tǒng)各參數(shù)波動，鍋爐B側(cè)二次風(fēng)量多次波動至0t/h，導(dǎo)致鍋爐總風(fēng)量低觸發(fā)MFT（主燃料跳閘）保護(hù)動作的不安全事件，嚴(yán)重威脅了鍋爐及機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

因此在機(jī)組運行時，檢修人員需要退出風(fēng)量保護(hù)定期對取樣裝置的測量管路進(jìn)行吹掃檢查；在機(jī)組停運檢修時，檢修人員需要進(jìn)入二次風(fēng)道內(nèi)部對風(fēng)量測量裝置上積灰、附著板結(jié)物進(jìn)行清除，增加了大量的檢修維護(hù)工作如圖1所示。

圖1 插入式文丘利風(fēng)量測量裝置內(nèi)部積灰情況

1.2 原二次風(fēng)量測量裝置存在問題的原因分析

張掖發(fā)電公司鍋爐二次風(fēng)量測量裝置采用插入式三喉頸文丘利管測量方式如圖3所示。這種測量裝置由于喉頸很窄，對于不純凈的通流介質(zhì)進(jìn)行測量時，通流介質(zhì)中若含有顆粒物質(zhì)、灰塵易導(dǎo)致風(fēng)量測量裝置迎風(fēng)面取壓導(dǎo)管堵塞，造成風(fēng)量測量偏差、數(shù)值不真實，同時由于該裝置采用單點測量，僅能夠采樣二次風(fēng)道橫截面上的一點進(jìn)行流速測量，當(dāng)通流介質(zhì)流量、壓力局部不均勻時易造成風(fēng)量測量輸出信號波動、失真情況。再加之鍋爐啟、停爐時，冷、熱態(tài)的變化，所形成的水氣與測風(fēng)裝置感壓管路中的灰塵會形成硬塊，難以清除。

圖2 插入式三喉徑文丘利管測量裝置示意圖

圖3 鍋爐熱二次風(fēng)道平面布置圖

張掖發(fā)電公司送風(fēng)機(jī)投入自動的調(diào)節(jié)邏輯中，設(shè)計了實際風(fēng)量值與風(fēng)量指令設(shè)定值偏差大解除風(fēng)量自動的判斷條件條件，同時還設(shè)計有風(fēng)量低于25%延時30秒觸發(fā)MFT （主燃料跳閘）的保護(hù)邏輯。由于二次風(fēng)量測量不準(zhǔn)確，不但影響了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的風(fēng)煤配比，還降低了整個機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自動投入率，加大了運行人員的操盤負(fù)擔(dān)，對機(jī)組經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、安全地運行也造成了極大影響。因此，為保障機(jī)組安全可靠運行，在機(jī)組檢修期間，檢修人員對1#鍋爐的二次風(fēng)量測量裝置進(jìn)行了技術(shù)改造。

1.3 開拓思路、新二次風(fēng)量測量裝置改進(jìn)方案的提出

通過調(diào)研并實際結(jié)合張掖發(fā)電公司鍋爐二次風(fēng)道情況，認(rèn)為可在1#鍋爐空預(yù)器出口A、B側(cè)二次風(fēng)道上各安裝1套帶防堵和自清灰、多點矩陣式風(fēng)量測量裝置，具體實施方案如下：在鍋爐熱二次風(fēng)道截面上設(shè)計垂直、水平均勻分布風(fēng)量測量孔16個，鍋爐熱二次風(fēng)道截面尺寸為490mm*2301mm，其設(shè)備安裝所需的二次風(fēng)道布置圖如4所示。

以便于OA學(xué)術(shù)資源的發(fā)現(xiàn)、獲取、利用為出發(fā)點，依托目前部分院校圖書館數(shù)字資源加工室，對資源進(jìn)行科學(xué)高效、規(guī)范統(tǒng)一的組織管理是提高OA學(xué)術(shù)資源利用效率的有效措施?？紤]到軍隊網(wǎng)絡(luò)安全的特殊性和軍隊院校圖書館OA學(xué)術(shù)資源管理實際，筆者從軍網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)兩方面就軍隊院校圖書館OA學(xué)術(shù)資源的組織展開論述。

防堵型多點陣列式風(fēng)量測量裝置的安裝是在風(fēng)道截面上等間距陣列布置16個測點，將16個風(fēng)量測量探頭的正壓側(cè)與正壓側(cè)相互連接、負(fù)壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)相互連接，再分別接至正負(fù)壓母管上，再由母管各引出一組正、負(fù)壓信號測量管至差壓變送器，差壓測量信號通過差壓變送器遠(yuǎn)傳至DCS側(cè)，最后通過DCS邏輯組態(tài)搭建風(fēng)量計算數(shù)學(xué)模型來完成風(fēng)量的最后計算，從而可算的風(fēng)道內(nèi)的實際風(fēng)量。

具體測量技術(shù)原理如下：將測量裝置安裝在管道上，當(dāng)管道內(nèi)有氣流流動時，迎風(fēng)面受氣流沖擊，在此處氣流的動能轉(zhuǎn)換成壓力能，因而迎風(fēng)面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱為“全壓”，背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，其大小與管道內(nèi)風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大，差壓越大；風(fēng)速小，差壓也小，風(fēng)速與差壓的關(guān)系符合伯努利方程：

式中：v表示風(fēng)速，單位為m/s；

k表示測量裝置系數(shù)；

△P表示差壓，單位為Pa；

ρ表示氣體密度，單位為kg/m3；

由于我公司DCS側(cè)邏輯組態(tài)中釆用t/h作為二次風(fēng)量的單位,即DCS側(cè)需要計算質(zhì)量流量，因此確定DCS側(cè)邏輯中二次風(fēng)量的計算數(shù)學(xué)模型為：

式中: G—被測風(fēng)量的質(zhì)量流量,單位為t/h；

K—風(fēng)量測量裝置的流量系數(shù)；

A—風(fēng)道通流截面積,單位為m2；

△P—風(fēng)量測量裝置測量輸出的差壓,單位為Pa；

t—被測風(fēng)量的溫度,單位為℃；

Px—被測風(fēng)量風(fēng)道內(nèi)的壓力,單位為Pa。

接收風(fēng)量變送器遠(yuǎn)傳的差壓信號，按照風(fēng)量計算數(shù)學(xué)模型，在DCS系統(tǒng)中應(yīng)用OVATION功能組態(tài)模塊技術(shù)實現(xiàn)算法邏輯的搭建，最終來完成二次風(fēng)量的計算如圖4所示。

圖4 DCS側(cè)二次風(fēng)量計算邏輯

2 優(yōu)化改造技術(shù)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性

對于測量含有顆粒物質(zhì)、灰塵的氣流，為了解決堵塞問題，改進(jìn)后的二次風(fēng)量測量裝置裝設(shè)了防堵塞裝置，即在垂直段內(nèi)安置了清灰器，在管道內(nèi)氣流的沖擊下使清灰器作無規(guī)則擺動，起到自清灰作用。

改進(jìn)后的二次風(fēng)量測量裝置，它即解決了差壓式流量測量裝置測點布置單一、容易堵塞的問題，又繼承了差壓式流量測量裝置接收測量信號同步性好、可靠性高，性能穩(wěn)定地優(yōu)勢，能夠在不同工況下及時地反映出風(fēng)道內(nèi)風(fēng)量的真實大小，以保證測量的準(zhǔn)確性，提高鍋爐的自動投入水平，使機(jī)組風(fēng)煤配比最為優(yōu)良。

改進(jìn)后的二次風(fēng)量測量裝置由于采用了在風(fēng)道截面積上等距離分別布置16個測點的方式，即“等距網(wǎng)格法”測量原理其布置如圖5所示，其優(yōu)點是可測得同一風(fēng)道截面上的平均速度，反應(yīng)速度快，測量準(zhǔn)確，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地反映出風(fēng)道內(nèi)的實時風(fēng)量，并且壓力損失小，可以減輕送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)出力，節(jié)約用電量，使機(jī)組在相同負(fù)荷下保持較為經(jīng)濟(jì)的運行。

圖5 16點矩陣式風(fēng)量測量裝置示意圖

3 技術(shù)改造的成熟程度、適用范圍和安全性

多點陣列式防堵型風(fēng)量測量裝置和其它風(fēng)量測量裝置相比較而言，具有較大的先進(jìn)性和穩(wěn)定性，且具有較高的市場競爭力。目前我公司1#機(jī)組鍋爐二次風(fēng)量測量系統(tǒng)已改造完成，并取得了良好的效果，今年準(zhǔn)備利用機(jī)組檢修機(jī)會，在2機(jī)#組鍋爐上進(jìn)行改造安裝，其具有良好的推廣性，運行安全穩(wěn)定，已經(jīng)廣泛地在全國其它電廠進(jìn)行推廣，在安全、節(jié)能方面都取得了很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4 推廣應(yīng)用情況及存在問題

表2 B側(cè)二次風(fēng)量標(biāo)定

改造后的二次風(fēng)量測量裝置在機(jī)組進(jìn)行動力場試驗時，使用了標(biāo)準(zhǔn)皮托管進(jìn)行了等截面多點現(xiàn)場實際測量標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果如表1、2所示。

表1 A側(cè)二次風(fēng)量標(biāo)定

由上述標(biāo)定結(jié)果的表格可以看出，實際現(xiàn)場測量風(fēng)量和DCS顯示風(fēng)量基本一致，實時風(fēng)量偏差值在均在1t/h左右，說明改造后風(fēng)量測量裝置測量穩(wěn)定性好、測量準(zhǔn)確度高。同時，調(diào)整送風(fēng)機(jī)動葉開度就地實際測量，并結(jié)合DCS側(cè)風(fēng)量顯示值，由表格數(shù)據(jù)得知在不同工況下風(fēng)量測量裝置調(diào)節(jié)線性度很好，可以滿足不同工況下機(jī)組運行的需求，經(jīng)過流量系數(shù)K修正后的風(fēng)量值更為真實地反映出實際的風(fēng)量值，為鍋爐安全穩(wěn)定地運行打下了堅實的基礎(chǔ)。

改造后的風(fēng)量測量裝置經(jīng)過查調(diào)近1年的運行參數(shù)、趨勢來看，其測量裝置運行穩(wěn)定，A、B兩側(cè)二次風(fēng)量偏差明顯減小，從原來偏差70t/h左右減小到偏差15t/h左右，并且波動明顯減弱，可滿足磨煤機(jī)的運行要求。風(fēng)量調(diào)節(jié)自動控制投入正常,提高了鍋爐熱效率，降低了煤耗。

5 結(jié)語

張掖發(fā)電公司對1#鍋爐二次風(fēng)量測量裝置改造完成，徹底解決了裝置測量含灰、含顆粒物質(zhì)的介質(zhì)時容易造成取樣管堵塞的問題和由于通流介質(zhì)短時期流量不均造成風(fēng)量測量失真的問題。同時，由于改造后風(fēng)量測量具有自動清除灰塵的能力，也減輕了大量的檢修維護(hù)工作量。從安全角度避免了由于風(fēng)量測量失真造成鍋爐安全事故的發(fā)生，從經(jīng)濟(jì)角度可以節(jié)能降耗，提高機(jī)組自動化運行水平，使機(jī)組長周期地保持經(jīng)濟(jì)、高效的運行。