英正飛

（華潤電力（常熟）有限公司，江蘇 常熟 215536）

圖1 最初的電動(dòng)方式防堵取壓裝置Fig.1 The original electric way anti-blocking pressure-taking device

0 引言

華潤電力（常熟）有限公司1/2/3 號(hào)機(jī)組鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)三井巴布科克能源公司技術(shù)生產(chǎn)的HG1980/25.4－YM1 型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，設(shè)計(jì)煤種為大同或神府煤礦的煙煤。

鍋爐研磨系統(tǒng)為正壓直吹式制粉系統(tǒng)，對(duì)沖燃燒方式，配備4 臺(tái)上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)的雙進(jìn)雙出型鋼球磨煤機(jī)，前后墻各布置4 層三井巴布科克公司生產(chǎn)的低NOX 軸向旋流燃燒器（LNASB），每層各有8 只，分別對(duì)應(yīng)于4 臺(tái)磨煤機(jī)。正常運(yùn)行中根據(jù)負(fù)荷情況分別運(yùn)行3 臺(tái)或4 臺(tái)磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)有雙進(jìn)雙出、單進(jìn)雙出和單進(jìn)單出三種運(yùn)行方式，靈活可靠。

煤粉分離器壓力測(cè)點(diǎn)經(jīng)常堵塞，采樣電動(dòng)防堵取樣裝置效果不好，仍經(jīng)常發(fā)生堵塞的情況，每次只能等磨煤機(jī)停運(yùn)手動(dòng)清堵，給日常維護(hù)帶來很大的工作量。

因此，找到一種成本更低、不堵塞、安全可靠、完全免人工清理維護(hù)的煤粉分離器壓力測(cè)量方式成為一個(gè)探索研究課題。

1 連續(xù)吹掃自動(dòng)補(bǔ)償防堵取壓裝置的工作原理

1.1 項(xiàng)目必要性

煤粉分離器壓力是磨煤機(jī)運(yùn)行的重要監(jiān)視參數(shù)，在鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中起著重要作用。

煤粉分離器壓力取壓管路改造前采用電動(dòng)防堵壓力取樣裝置。主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、定時(shí)器、軸承、螺旋桿等組成，工作中由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿定時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)來清除取壓管道中的煤粉。電動(dòng)防堵取壓裝置的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件容易發(fā)生故障，特別是螺桿經(jīng)常發(fā)生斷裂現(xiàn)象，其防堵方式是被動(dòng)的。

如果能找到一種主動(dòng)的防堵方式，避免煤粉進(jìn)入到壓力取樣裝置中，從而徹底解決堵塞問題，這對(duì)提高設(shè)備可靠性、減少維護(hù)工作量和降低維護(hù)成本具有直接和間接的意義。

1.2 工作原理

最初的電動(dòng)方式防堵取壓裝置如圖1 所示。

步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將進(jìn)入壓力取樣裝置中的煤粉推回到煤粉分離器中。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，因呼吸現(xiàn)象，煤粉不僅在主通道中存在，在整個(gè)取樣裝置中都會(huì)充斥著煤粉。步進(jìn)電機(jī)、軸承、螺桿長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后都是故障點(diǎn)，特別是螺桿阻力大時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生斷裂。原防堵取壓裝置不僅防堵效果不理想而且故障頻發(fā)，維護(hù)工作量大。連續(xù)吹掃自動(dòng)補(bǔ)償防堵壓力取樣裝置如圖2 所示，主要包括：帶壓力補(bǔ)償功能的取壓管及配氣箱兩部分。

連續(xù)吹掃自動(dòng)補(bǔ)償防堵測(cè)量裝置的基本工作原理如圖2 所示，使用儀用壓縮空氣對(duì)壓力取樣裝置進(jìn)行連續(xù)在線吹掃，徹底杜絕煤粉進(jìn)入取壓裝置中，達(dá)到可靠防堵的效果。裝置能夠自動(dòng)補(bǔ)償吹掃流量帶來的壓力變化，使測(cè)壓位置（B）處的測(cè)壓值與取壓位置（A）處的真實(shí)壓力值相等，達(dá)到精確測(cè)量的目的。

圖2 中的A 與L 是壓縮空氣連續(xù)吹掃通道上的兩個(gè)部分，其中L 為真實(shí)壓力取壓位置截面，A 為吹掃管出口測(cè)壓位置截面。由伯努利方程可得：

式（1）中，Δpx為A ～L 截面之間的阻力損失。

由于A、L 兩截面氣體的流動(dòng)差、密度差均可以忽略，所以：

故式（1）可簡(jiǎn)化、改寫成：

圖2 連續(xù)吹掃自動(dòng)補(bǔ)償防堵壓力取樣裝置Fig.2 Continuous blow-sweep automatic compensation anti-blocking pressure sampling device

表1 靜態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試試驗(yàn)Table 1 Static data test

由式（3）可知，只要使得：

就能實(shí)現(xiàn)A 截面的壓力測(cè)量相當(dāng)于L 截面的爐內(nèi)真實(shí)壓力的測(cè)量，即：

由于可以近似認(rèn)為：

所以由流量連續(xù)方程可推出：

另一方面，由流體力學(xué)阻力計(jì)算方法表明：A ～L 截面之間的阻力損失與沿程阻力系數(shù)、局部阻力系數(shù)、流體密度、動(dòng)能有關(guān)。設(shè)Z 為A ～L 截面之間的“總等效阻力系數(shù)”，則阻力損失Δpx可用下式表達(dá)：

將式（6）～（8）代入式（4），經(jīng)初步整理后可得：

對(duì)式（9）進(jìn)一步化簡(jiǎn)后可得有效補(bǔ)償條件：

式（1）～式（10）中：PA、PL分別為A、L 截面的壓力；ρA、ρL分別為A、L 截面吹掃氣體的密度；VA、VL分別為A、L 截面吹掃氣體的流速；HA、HL分別為A、L 截面位置的標(biāo)高；Z 為A ～L 吹掃段總等效阻力系數(shù)；SA、SL分別為A、L 截面的通流面積；g 為重力加速度。

由式（10）可知：有效補(bǔ)償條件與吹掃流量無關(guān)。因此，測(cè)量效果不受氣源壓力、氣體流量變化的影響。

壓力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方法：通過取樣管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)與試驗(yàn)標(biāo)定，使取樣管結(jié)構(gòu)條件精確滿足式（10），最終使得取樣點(diǎn)壓力（PA）的測(cè)量相當(dāng)于爐內(nèi)真實(shí)壓力（PL）的測(cè)量。

根據(jù)以上自動(dòng)補(bǔ)償式防堵壓力測(cè)量裝置工作原理和數(shù)據(jù)分析，從理論上保證了該裝置壓力測(cè)量結(jié)果不受吹掃氣體流量和吹掃氣源壓力變化的影響。因此，可以將傳統(tǒng)壓力測(cè)量方法變?yōu)閹нB續(xù)自動(dòng)吹掃功能的測(cè)量方法是可行的，這可以確保測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2 裝置改造后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

裝置安裝完畢后，為了實(shí)際驗(yàn)證吹掃氣體在不同工況下壓力和流量下對(duì)壓力測(cè)量裝置測(cè)量精度的影響，進(jìn)行了靜態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試試驗(yàn)。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)只要保證壓縮空氣始終向煤粉分離器內(nèi)部流動(dòng)即可起到防堵效果。運(yùn)行時(shí)壓力設(shè)置在0.2 MPa，吹掃流量設(shè)置在1m3/h。實(shí)際運(yùn)行時(shí)吹掃壓力和流量是波動(dòng)的，甚至有可能誤動(dòng)作，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知，只要吹掃流量不超過2.0m3/h，測(cè)量精度是可以滿足要求的。將壓力表和流量計(jì)都開到上限時(shí)最大誤差為-63Pa。

2019 年5 月對(duì)2 號(hào)爐C 磨煤機(jī)防堵取樣裝置進(jìn)行了改造，通過兩個(gè)月運(yùn)行該裝置在免人工維護(hù)的情況下，取壓管路未發(fā)生過堵塞現(xiàn)象，壓力測(cè)量的靈敏度、準(zhǔn)確度及運(yùn)行穩(wěn)定可靠性都能滿足連續(xù)運(yùn)行的要求。

3 結(jié)束語

2 號(hào)爐C 磨煤機(jī)煤粉分離器壓力測(cè)量裝置改造完成后，在免維護(hù)的情況下已連續(xù)可靠運(yùn)行兩個(gè)多月。有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

使用儀用壓縮空氣在線吹掃，主動(dòng)防堵，徹底杜絕了煤粉進(jìn)入到取壓裝置中，做到了完全免人工吹掃維護(hù)。

其壓力補(bǔ)償是在一次元件完成，無需在控制系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算修正，測(cè)量精度不受儀用壓縮空氣壓力、流量影響。當(dāng)吹掃壓力0.2Mpa、吹掃流量小于2m3/h 時(shí)，測(cè)量誤差不超過2Pa。

改造工作量小，安裝方便，將原有電動(dòng)式防堵壓力取樣裝置拆除后，利用原有法蘭換成現(xiàn)有取壓管即可。

連續(xù)吹掃自動(dòng)補(bǔ)償裝置因沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，設(shè)備的可靠性大為提高、減少了設(shè)備維護(hù)的工作量、降低了設(shè)備維護(hù)成本。

采用連續(xù)吹掃自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞綔y(cè)量煤粉分離器壓力，通過改造證明：是一套先進(jìn)、性能穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)的壓力測(cè)量系統(tǒng)，可以在同類型火電機(jī)組和應(yīng)用環(huán)境下推廣使用。