爐膛壓力煤粉取樣器堵灰原因及改進(jìn)
針對(duì)電廠一期4×600MW機(jī)組爐膛壓力煤粉取樣器長(zhǎng)期堵灰的問題，進(jìn)行深入的分析研究，并根據(jù)煤粉取樣器堵灰的原因，提出用吹氣測(cè)量法進(jìn)行改造，終取得良的遙遙。
1、概述
電廠一期4×600MW鍋爐是由鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界壓力、中間再熱、2028th單汽包強(qiáng)制循環(huán)固態(tài)排渣煤粉爐，采用PFD1(Y)型防堵風(fēng)壓煤粉取樣器和變送器測(cè)量爐膛壓力。風(fēng)壓煤粉取樣器裝置配有BFC1ba型補(bǔ)償式風(fēng)壓取樣防堵吹掃裝置。壓力開關(guān)共8個(gè)，其中6只用于保護(hù)，另2只用于報(bào)警，變送器共有4只，其中3只參與自動(dòng)調(diào)節(jié)，另1只用于監(jiān)視。自商業(yè)運(yùn)行以來(lái)，出現(xiàn)過多次因壓力煤粉取樣器堵灰造成爐膛負(fù)壓測(cè)量不準(zhǔn)的現(xiàn)象，影響爐膛壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)及運(yùn)行人員對(duì)鍋爐爐膛壓力的監(jiān)視，嚴(yán)重時(shí)可能使機(jī)組保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，直接威脅到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2、爐膛壓力煤粉取樣器的積灰原因分析
按照經(jīng)驗(yàn)判斷，煤粉取樣器裝置堵塞后，在沒有遙遙堵死的情況下，其內(nèi)的壓力會(huì)緩慢上升。拆開取樣口進(jìn)行檢查，可見防堵煤粉取樣器裝置內(nèi)積灰嚴(yán)重。用鐵絲將灰捅掉，并且用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，爐膛負(fù)壓測(cè)量恢復(fù)正常。為解決此問題，從多角度出發(fā)對(duì)煤粉取樣器的堵灰原因進(jìn)行深入分析。
2.1爐內(nèi)煙氣場(chǎng)對(duì)負(fù)壓測(cè)點(diǎn)的影響
圖1為鍋爐等溫模型中各垂直分速和水平分速分布圖。由圖中可以看出I區(qū)的垂直分速不太均勻，其中心的垂直分速理論上是向下的；Ⅱ區(qū)的垂直分速逐漸恢復(fù)至斷層上部，其中心的垂直分速接近低；Ⅲ區(qū)的垂直分速較均勻，中心也達(dá)到平均垂直分速；IV區(qū)在水平煙道處，其水平分
速較大。由于IV區(qū)和Ⅲ區(qū)之間處于屏區(qū)，該區(qū)是煙氣水平分速和垂直分速交界處，且受屏區(qū)的影
響，該區(qū)也是一個(gè)煙氣素流區(qū)。在引風(fēng)機(jī)的抽吸作用下，煙氣經(jīng)過折焰角后，在測(cè)點(diǎn)位置存在滯
流區(qū)域，灰塵不易被煙氣帶走，反而會(huì)充斥在爐墻壁附近，這是該壓力取樣測(cè)點(diǎn)容易積灰的基本因素。
2.2爐膛壓力煤粉取樣器裝置介紹
電廠一期爐膛壓力煤粉取樣器裝置采用PFD1(Y)型防堵風(fēng)壓煤粉取樣器，安裝示意如圖2所示。煤粉取樣器與爐墻間的夾角為30度左右，也就是與水平角度約為60度，符合規(guī)程規(guī)定的“與水平角度不得小于45度”的要求。這樣設(shè)計(jì)的目的是，利用煤粉取樣器跟水冷壁的夾角a越小，沿煤粉取樣器向爐膛內(nèi)的重力分量F1就越大的力學(xué)原理，見圖2的力學(xué)分析所示F1=G×cosa可見，根據(jù)以上原理分析，當(dāng)煤粉取樣器內(nèi)出現(xiàn)浮灰的堆積時(shí)，浮灰在重力分量F1的作用下，應(yīng)該會(huì)自動(dòng)滑落至爐膛內(nèi)，從而達(dá)到防堵的目的。但從實(shí)際的應(yīng)用遙遙看，卻根本無(wú)法達(dá)到這種防堵的遙遙。原來(lái)爐膛內(nèi)環(huán)境較為干燥并且到處充斥著浮灰，浮灰會(huì)隨著爐膛內(nèi)煙氣的流動(dòng)發(fā)生相互碰撞和摩擦而帶上一定量的電荷，這樣部分浮灰會(huì)相互吸引、沉積并吸附在煤粉取樣器內(nèi)，另外大部分的浮灰是松散狀態(tài)的，在堆疊過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定部分會(huì)自動(dòng)散落在其它較為穩(wěn)定的浮灰周圍，這些散落的浮灰又反過來(lái)加固了相對(duì)穩(wěn)定的浮灰，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)緩慢堆高并變得穩(wěn)定。這樣的堆積方式，形如山坡上形成的積雪，因?yàn)樵诘撞啃纬梢粋€(gè)非常穩(wěn)定的大鈍角三角形結(jié)構(gòu)，當(dāng)浮灰逐漸堆積起來(lái)后，自然形成一個(gè)較為穩(wěn)定的堆積物而不容易滑落，終在取樣管內(nèi)大量沉積堆高進(jìn)而導(dǎo)致堵塞。
2.3吹灰器對(duì)爐膛壓力測(cè)點(diǎn)的影響
鍋爐長(zhǎng)伸縮吹灰器對(duì)爐膛負(fù)壓測(cè)點(diǎn)的影響，如如圖3鍋爐爐膛內(nèi)煙氣混流狀況所示。圖3中的a和b分別為爐膛上部長(zhǎng)伸縮吹灰器(長(zhǎng)吹)。根據(jù)吹灰器廠家提供的數(shù)據(jù)，這種IK525型長(zhǎng)吹的壓力在(0.8～1.5)MPa之間(我公司將其整定在0.8MPa),吹灰時(shí)輻射半徑在2500mm左右，圖3而其與爐膛負(fù)壓測(cè)點(diǎn)相距為2600mm左右，從理論上講，長(zhǎng)吹的運(yùn)行對(duì)測(cè)點(diǎn)影響不大。但為了驗(yàn)證吹灰對(duì)爐膛壓力測(cè)點(diǎn)的影響程度，在吹灰結(jié)束后打開煤粉取樣器的悶頭檢查煤粉取樣器內(nèi)的積灰情況，發(fā)現(xiàn)煤粉取樣器內(nèi)有大量水跡，原本的干浮灰也被打濕灰，粘在煤粉取樣器內(nèi)壁。這是因?yàn)榇祷視r(shí)大量的水蒸汽隨爐膛壓力的波動(dòng)進(jìn)入煤粉取樣器內(nèi)，由于煤粉取樣器的溫度遠(yuǎn)低于爐膛內(nèi)溫度，水蒸汽便在煤粉取樣器內(nèi)凝結(jié)成水，并被干浮灰吸附，而隨后進(jìn)入煤粉取樣器內(nèi)的浮灰更是迅速覆蓋粘在煤粉取樣器內(nèi)部，吹灰器停用一段時(shí)間，水分干枯后，形成一個(gè)重量如泡沫般的致密固體堵塞在煤粉取樣器內(nèi)。為了進(jìn)一步說(shuō)明問題，將煤粉取樣器內(nèi)積灰清理干凈后，停用長(zhǎng)吹二周，檢查爐膛負(fù)壓煤粉取樣器測(cè)點(diǎn)受堵的情況，沒有發(fā)現(xiàn)煤粉取樣器內(nèi)由水和浮灰混合形成的重量如泡沫般的致密固體，但煤粉取樣器的底部，仍然有大量的浮灰沉積，這說(shuō)明吹灰器吹灰加劇了煤粉取樣器的堵塞情況，但是吹灰器的停用并不能遙遙解決爐膛壓力煤粉取樣器的堵灰現(xiàn)象。
3、爐膛壓力煤粉取樣器堵灰的解決方法
(1)煤粉取樣器的改進(jìn)。根據(jù)以上的堵灰原因分析，對(duì)煤粉取樣器進(jìn)行了改進(jìn)一是將煤粉取樣器的外部進(jìn)行保溫處理；二是將煤粉取樣器的管徑由原來(lái)的φ40改為①60。改進(jìn)后的煤粉取樣器積灰情況依然，只是因?yàn)槊悍廴悠鞯墓軓綌U(kuò)大，積灰的時(shí)間變得稍微長(zhǎng)了點(diǎn)，這種簡(jiǎn)單的改進(jìn)方法無(wú)法遙遙治
理爐膛壓力煤粉取樣器的堵灰現(xiàn)象。
(2)為了遙遙解決爐膛壓力煤粉取樣器堵灰的問題，需要對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)。而吹氣測(cè)量法應(yīng)該是一種不錯(cuò)的選擇，其測(cè)量原理如圖4所示
凈化后的壓縮空氣經(jīng)過減壓閥后，進(jìn)入恒流器，再經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計(jì)后，以一定流量均勻地送入吹氣測(cè)量管，當(dāng)長(zhǎng)吹氣測(cè)量管內(nèi)氣體壓力高于其下端到液面的液柱靜壓時(shí)，該吹氣測(cè)量管下端便連續(xù)不斷地吹出氣泡，由于吹氣量很小，在忽略管道阻力等其它影響因素的情況下，可以認(rèn)為差壓變送器的高壓腔所受的壓力等于長(zhǎng)吹氣測(cè)量管內(nèi)的壓力。由于另外一個(gè)吹氣測(cè)量管插入較淺且不和液體接觸，雖然有一定流量的氣體通過，但是在忽略了管道阻力等因素影響的情況下，差壓變送器低壓腔所受的壓力就等于大氣壓力(測(cè)量環(huán)境在常壓時(shí)),即不受壓力。因此，差壓變送器所測(cè)量的差壓值△P就等于長(zhǎng)吹氣測(cè)量管下端到液面的液柱靜壓值。這就是吹氣測(cè)量法的基本原理，該測(cè)量原理在真空測(cè)量系統(tǒng)中遙遙適用。
根據(jù)吹氣測(cè)量法原理改造后的爐膛壓力測(cè)量系統(tǒng)如圖5所示。這里利用了原來(lái)的測(cè)量取樣管道，嵌入安裝φ16的儀表管，這樣做的另一個(gè)處是，嵌入式的安裝取樣管路可以起到很的保溫作用，可以防止因吹灰時(shí)，蒸汽在取樣管路內(nèi)結(jié)露而造成的積灰現(xiàn)象。
需要說(shuō)明的就是由于引壓管中的吹掃空氣是流動(dòng)的，所以既要遙遙吹掃空氣在測(cè)量管道和煤粉取樣器內(nèi)的壓力差△P近似為低，還要克服吹掃管道的阻力，這樣才能不影響被測(cè)壓力的大小，又能遙遙測(cè)量管道的暢通。要做到這一點(diǎn)，就要遙遙吹掃氣流始終恒定不變，同時(shí)要進(jìn)行多次測(cè)量才可以實(shí)現(xiàn)，出于安全考慮，在風(fēng)壓
煤粉取樣器裝置中應(yīng)用的自動(dòng)防堵吹掃裝置就是一個(gè)很的選擇，因?yàn)閴毫土魉俜€(wěn)定才能使壓縮空氣吹掃帶來(lái)的附加誤差△E相對(duì)穩(wěn)定且控制在小值。在工程計(jì)算時(shí)，壓力為0.30.4MPa時(shí)，氣體在管中的流速大約為78米秒，通常取6.5米秒計(jì)算。以φ16×2的引壓管直徑計(jì)算，每小時(shí)流過氣體流量=截面積×流速，算出氣體通流能力大約為4.7立方米小時(shí)，在試驗(yàn)中我們將壓縮空氣壓力減壓至0.1MPa,并通入大8升分鐘(0.48立方米小時(shí))的空氣量進(jìn)行吹掃，由于4.7立方米小時(shí)遠(yuǎn)大于0.48立方米小時(shí)，測(cè)量出的值比實(shí)際值僅偏大20Pa左右，這點(diǎn)誤差在實(shí)際中是可以忽略不計(jì)的。而在實(shí)際的應(yīng)用中，我們是以2升分鐘左右的流量進(jìn)行吹掃就可以達(dá)到預(yù)期遙遙，因此帶來(lái)的測(cè)量誤差更是微乎其微。
4、煤粉取樣器改造后遙遙
目前這一改造在電廠一期#3機(jī)組在去年12月進(jìn)行部分煤粉取樣器改造至今已接近一年，從來(lái)未出現(xiàn)過堵灰現(xiàn)象，且測(cè)量遙遙遙遙。這種改造的方法簡(jiǎn)單，，測(cè)量遙遙，遙遙意逐步推廣到其它機(jī)組的爐膛壓力煤粉取樣器當(dāng)中。
