0 引言
在火力發(fā)電廠中，如何提高鍋爐的自動調(diào)節(jié)水平、負(fù)荷響應(yīng)速度和燃燒效率，是技術(shù)人員的重點研究課題。為了合理地調(diào)整磨煤機風(fēng)煤比例，提高鍋爐自動化投入率，使鍋爐配風(fēng)合理，燃燒穩(wěn)定，效率提高，就必須長期準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測量鍋爐一二次風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)量以及制粉通風(fēng)量。然而由于一、二次風(fēng)及制粉風(fēng)都是含塵氣流，很容易造成測量裝置堵塞和磨損，加之制粉系統(tǒng)布置空間限制，冷、熱風(fēng)管道沒有足夠的直管段，測點不容易布置等一系列原因，大部分火電廠的一次風(fēng)量測量裝置都無法正常運行。
由于一次風(fēng)量測量不準(zhǔn)確，測量值往往與實際數(shù)值存在很大偏差，造成運行人員燃燒調(diào)整缺乏依據(jù)，很多電廠出現(xiàn)運行人員為了不堵煤，把一次風(fēng)壓、風(fēng)量保持在一個較高的水平，往往造成燃燒器附近水冷壁管局部磨損加劇，進而爆管、機組非停。也有一些火電廠為了降低廠用電，把一次風(fēng)壓、風(fēng)量保持在一個較低的水平，造成磨煤機頻繁堵煤，燃燒器噴口燒壞。
大唐戶縣第二發(fā)電廠通過對各種不同原理的風(fēng)量測量裝置進行研究和使用，進行反復(fù)討論、試驗與改造，取得了攻克這一難題的階段性成果。下面就這一問題進行簡要介紹。
1 幾種常用的測量裝置對比分析
1.1 一次風(fēng)測量裝置工作原理
目前，一次風(fēng)測量裝置有兩大類型，一種是差壓式流量計、另一種是熱式質(zhì)量流量計。差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、經(jīng)典文丘里嘴、文丘里噴嘴等)，在其前后產(chǎn)生壓差，此壓差值與該流量的平方成正比。我廠原采用的超力巴與現(xiàn)在改造選用的改進型雙文丘里管其基本原理相同。熱式質(zhì)量流量計是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關(guān)系來測量流量的儀表，主要用于測量氣體。
1.2 幾種測量裝置的對比分析
大容量鍋爐一次風(fēng)量測量元件多為機翼型、各種巴類、文丘里式和熱式測量裝置。在巴類中，由于均速管(阿牛巴)輸出的差壓信號較小，易堵塞，且分辨率低，一般需要與微差壓變送器配套，測量精度不高。近幾年美國生產(chǎn)的威力巴差壓流量計，在性能上比阿牛巴均速管提高了一大步。但由于受直管段、量程比的限制，在計量上仍存在許多問題，不能滿足用戶的要求。而機翼型測量裝置體積較大，壓損較大，制造工藝比較困難，且易堵塞信號管路，采用標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，在大管徑時，其前后直管段要求很長，成本很高。以下就幾種典型的測量裝置作以詳細(xì)對比分析。
1.2.1 以我廠原測量裝置(超力巴)為例，作為插入式差壓測量裝置的一種，它在測量一次風(fēng)量方面存在固有缺陷如圖1。
圖1 超力巴測量裝置示意圖
從安裝示意圖上已經(jīng)可以清楚的看出這種裝置在流體場不均勻時偏離風(fēng)量實際值較大，這也就是我們以前風(fēng)量顯示存在波動的原因之一;其次，這種裝置取壓口較小長期在一次風(fēng)管道內(nèi)必然出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，需要頻繁吹掃與清理。
1.2.2 機翼型測風(fēng)裝置。這種裝置在國內(nèi)推廣已經(jīng)數(shù)年如圖2。
如圖所示，這種裝置是多點布置動壓管的基礎(chǔ)上改進的，雖然新型的機翼式測量裝置多采用紡錘構(gòu)造，但是通過實踐證明，還是很大的減小了管道通流面積，有較大的壓損，而且機翼式用在磨煤機一次風(fēng)測量方面還沒有徹底解決取壓管堵塞的問題，隨著運行時間的加長也會出現(xiàn)取壓口堵灰缺陷。
1.2.3熱式流量計,自從該類型裝置引進國內(nèi)以來也被許多電廠使用，經(jīng)過多年的應(yīng)用其優(yōu)缺點很突出，它壓損小，測量穩(wěn)定，故障率小，維護工作少;但是響應(yīng)速度慢，受脈動流限制，而且長期運行以后對于電廠的介質(zhì)含粉問題造成的流量計探頭磨損也沒有太好的解決辦法。應(yīng)用于磨煤機一次風(fēng)量控制若調(diào)門開度變化較大測量值將出現(xiàn)偏差，為了解決這個問題有的廠家在管道內(nèi)加裝擾流板使紊亂流影響減少，卻增大了管道壓損。采用多點布置方案也可消除這一問題，但是由于熱式流量計單臺造價高，多點布置所需要成本相當(dāng)大不適宜電廠改造應(yīng)用，因此我們廠只試用了兩組就沒有繼續(xù)推廣。
1.3存在問題分析
通過對以上幾種典型裝置的工作原理與使用情況分析，磨煤機一次風(fēng)量測量存在以下共性問題：
1)測量設(shè)備在帶粉環(huán)境中長期運行時不能滿足防堵要求，必須采用連續(xù)或定期反吹等手段。
2)測量設(shè)備不能耐磨。測量設(shè)備在長期運行過程中易產(chǎn)生變形、磨損，不能保證測量的準(zhǔn)確度，不能為鍋爐的燃燒提供有用的運行參數(shù)。
3)難以保證測量設(shè)備的低壓損，增加了管道原有風(fēng)阻。磨煤機出口各一次風(fēng)管道已經(jīng)根據(jù)風(fēng)阻調(diào)平了各管速度，安裝測量設(shè)備后，附加壓損可能影響原有的運行狀況。
4)流程中的管路受限于空間位置，往往不能滿足流量儀表對直管段長度的要求。
5)流場、溫度壓力變化等因素影響流量儀表的精確度和可靠性。
2 測量裝置選擇
2.1設(shè)備選擇
通過以上分析，對測量裝置的選擇必須要考慮到磨煤機一次風(fēng)流量測量的共性問題。1> 所選設(shè)備必須具有防堵或自清灰功能，減小檢修人員維護工作量;2> 要盡量的減小一次風(fēng)管道壓損，降低截流損失;3> 具有較高的可靠性，磨損率與故障率要小;4> 對直管段要求不大，適合安裝于磨煤機一次風(fēng)管道內(nèi);5> 要能夠避免大直徑管道，流場不均勻，介質(zhì)不穩(wěn)定對儀表的影響。綜合以上要求，我們最終選擇了帶自清掃功能的新型翼型文丘里組合風(fēng)量測量裝置。
2.2裝置特點
針對所要解決的問題對該裝置特點進行分析如下：
1)防堵特性，其結(jié)構(gòu)特性決定該風(fēng)量測量裝置本身具有利用流體動能進行自清灰防堵塞的功能，同時在測量裝置測量室內(nèi)安裝有震動旋鐵，利用一次風(fēng)自身風(fēng)量、風(fēng)壓波動來帶動旋鐵進行清掃，使裝置測量室內(nèi)不會積灰。
2)耐磨特性，裝置材質(zhì)為不銹鋼，表面剖光處理，且正向流體面積小，不易磨損。
3)該裝置以文丘里管改進，保持經(jīng)典文丘里管的特點，壓損小，對直管段要求小，且差壓放大倍數(shù)較大、測量精度高。
4)為了減少流場影響，可以采用組合安裝，即兩組雙文丘里管的布置方式，以滿足流場特性。
5)該裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，其成本造價低，可以在磨煤機停止運行或檢修中改造安裝，適宜于改造工作的進行。
2.3裝置結(jié)構(gòu)與工作原理
裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.
圖3 結(jié)構(gòu)示意圖
如圖所示，左側(cè)指示為風(fēng)道內(nèi)組合布置兩組雙文丘里管，通過測量風(fēng)道內(nèi)的平均動壓來測量風(fēng)量。其正、負(fù)壓引出口分別接入差壓變送器正、負(fù)端。測量差壓換算流量數(shù)學(xué)模型如下：
式中:G---被測氣體體積流量,單位
;
K---風(fēng)量測量裝置流量系數(shù)
A—通流面積,單位 ;
△P—風(fēng)量測量裝置輸出差壓,單位Pa;
t—被測氣體溫度,單位℃;
Px—被測氣體管內(nèi)的壓力,單位Pa。
2.4安裝與調(diào)試
參考儀表安裝規(guī)范，結(jié)合廠家安裝調(diào)試說明，在安裝調(diào)試中也應(yīng)考慮到安裝工藝造成的測量裝置缺陷。對安裝中存在問題分析如下：
1) 應(yīng)滿足該裝置對直管段長度的要求。
2) 安裝中，焊接工藝要精細(xì)，固定要牢靠，避免裝置松動造成的振動磨損。
3) 儀表管路焊接和固定要嚴(yán)密，防止漏風(fēng)影響。
4) 應(yīng)使用水平校準(zhǔn)儀器，保證裝置軸心平行于風(fēng)道軸心，減小截流面積改變造成的測量誤差。
5) 取壓管不應(yīng)存在向下的U型彎，避免長期運行后可能造成的積灰。
冷態(tài)標(biāo)定應(yīng)注意，標(biāo)定孔選取位置要均勻分布，以保證標(biāo)定用測量裝置測量值的準(zhǔn)確，提高對裝置測量值的修正精度。
3 實際運行狀況比較分析
3.1改造前運行狀況分析
圖4為改造前一臺磨煤機一次風(fēng)量與煤量趨勢圖：
如圖所示，當(dāng)機組工況穩(wěn)定，運行人員未進行任何操作的情況下，煤量基本穩(wěn)定在31 時，風(fēng)量測量值波動很大，偶爾還會發(fā)生由于測量裝置堵灰，而造成風(fēng)量突變的情況。而且從測量值來看，對應(yīng)于31 煤量的配風(fēng)量不應(yīng)在圖示的80 左右，可見原測量裝置的測量值不但不準(zhǔn)確而且波動大，不具備參考價值,風(fēng)量自動控制無法正常投入。而現(xiàn)在多數(shù)電廠都按照調(diào)度的要求投入AGC自動控制，運行條件更加苛刻。當(dāng)AGC投入時，若機組用于調(diào)峰，負(fù)荷變化率增大，相應(yīng)煤量變化較大的情況下，這樣的風(fēng)量測量裝置根本無法滿足運行需要。曾對比2008年一季度一次風(fēng)機、引風(fēng)機耗電量，由于一次風(fēng)量調(diào)整不當(dāng)，造成一次風(fēng)機和引風(fēng)機的耗電量幾乎相當(dāng)，一次風(fēng)量明顯過大，這給節(jié)能降耗工作增加了難度。
3.2改造后運行情況分析
圖5為改造后與圖5相同的磨煤機一次風(fēng)量與煤量變化趨勢圖。
如圖所示，由于風(fēng)量測量值穩(wěn)定、準(zhǔn)確，磨煤機一次風(fēng)量自動控制已經(jīng)成功投入，實際運行檢驗說明，以該裝置風(fēng)量測量為反饋的風(fēng)量自動控制運行狀況穩(wěn)定，滿足現(xiàn)在磨煤機運行工況，減少了運行人員對風(fēng)量的人為調(diào)整，提高了磨煤機運行效率，燃燒系統(tǒng)的工況也有大幅度改善。
3.3運行安全性與經(jīng)濟性分析
改造完成以后，一次風(fēng)量測量值準(zhǔn)確，一次風(fēng)量自動控制與燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作穩(wěn)定。通過改造解決了磨煤機一次風(fēng)流量測量裝置存在問題，提高了鍋爐運行的安全性與經(jīng)濟性，主要表現(xiàn)在：
1> 使鍋爐的配風(fēng)合理，燃燒更穩(wěn)定，有效地降低排煙溫度、降低飛灰含碳量、降低煤粉的機械及化學(xué)不完全燃燒熱損失，提高鍋爐效率。
2> 提高了測量的準(zhǔn)確性，增加了鍋爐的自動投入率。運行人員能依據(jù)風(fēng)量的變化做出正確的判斷，有利于鍋爐的安全和經(jīng)濟運行。
3> 有效地控制鍋爐燃燒火焰中心，防止鍋爐局部結(jié)焦，同時也能有效地防止火焰偏斜，很大程度上減少了超溫現(xiàn)象的發(fā)生。有利于安全、經(jīng)濟運行。
4> 合理地調(diào)整磨煤機的風(fēng)煤比例。進入各磨煤機的風(fēng)量大小，能間接地反映出煤量的大小，改善了磨煤機運行工況。
4 存在問題及解決辦法
4.1存在的問題
1> 在改造完成后實際運行中，有個別磨煤機在與其它多數(shù)磨煤機同工況運行時測量風(fēng)量略小，我們對儀表管路進行了檢查并對變送器進行了校驗判斷，初步認(rèn)為是風(fēng)道流體特性存在個別差異，應(yīng)進行重新標(biāo)定，對參數(shù)進行調(diào)整。但是按廠家要求，調(diào)試標(biāo)定必須在機組冷態(tài)的條件進行標(biāo)定，若按照同種方法標(biāo)定必須等到下個檢修周期，系統(tǒng)停止運行時才可以實施。
2> 通過對風(fēng)量測量裝置的改造，雖然在磨煤機一次風(fēng)量與燃燒系統(tǒng)控制方面解決了部分問題，但是一次風(fēng)機耗電量大的狀況依然存在。
4.2解決方法
1> 針對個別風(fēng)量偏小的問題，我們在磨煤機出口對每臺磨正常運行時的風(fēng)速以及風(fēng)量進行了檢測，如下表1。
表1 磨煤機出口風(fēng)速以及風(fēng)量檢測
表1中所示是與圖4、圖5同一臺磨煤機的測量結(jié)果。由于正常運行工況下，測量點在磨煤機出口管道，測量點風(fēng)量為一次風(fēng)量與磨煤機密封風(fēng)量的總和，經(jīng)過計算減去密封風(fēng)量以后的風(fēng)量值與DCS顯示的改進型雙文丘里管風(fēng)量測量值基本一至。通過檢測，使我們在熱態(tài)狀況下的風(fēng)量測量標(biāo)定得以實現(xiàn)，為略微偏小的測量值進行了修正提供了參考數(shù)據(jù)，進一步提高了一次風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性。
2> 通過本次改造，一次風(fēng)量測量不準(zhǔn)確的難題得到解決，一次風(fēng)量自動控制穩(wěn)定性得到大幅度提高，使我們可以在保證一次風(fēng)量可靠、準(zhǔn)確控制的前提下，可以對一次風(fēng)機進行變頻改造，從而減小一次風(fēng)機出口擋板調(diào)節(jié)時造成的截流損失，減少一次風(fēng)機用電能耗，提高運行的經(jīng)濟性。
5 結(jié)束語
通過對磨煤機一次風(fēng)量測量裝置存在問題進行分析并在改造中予以解決，對提高電廠廠安全生產(chǎn)與經(jīng)濟運行起到了良好作用。改造中所選擇的新型翼型文丘里組合風(fēng)量測量裝置經(jīng)過實際運行與實驗，已經(jīng)證實了該裝置在火電廠磨煤機一次風(fēng)測量方面滿足實際生產(chǎn)要求。
參考文獻
[1] 翟秀貞等編著.差壓型流量計.北京：中國計量出版社，1995
[2] 葉江祺編著.熱工測量和控制儀表的安裝.第二版.北京：中國電力出版社，1998
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