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)，對沖燃燒方式，配備4 臺上海重型機(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，分別對應(yīng)于4 臺磨煤機(jī)。正常運(yùn)行中根據(jù)負(fù)荷情況分別運(yùn)行3 臺或4 臺磨煤機(jī)，每臺磨煤機(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。

煤粉分離器壓力測點(diǎn)經(jīng)常堵塞，采樣電動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量方式成為一個探索研究課題。

1 連續(xù)吹掃自動補(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防堵壓力取樣裝置。主要由電動機(jī)、減速器、定時(shí)器、軸承、螺旋桿等組成，工作中由電動機(jī)帶動螺桿定時(shí)轉(zhuǎn)動來清除取壓管道中的煤粉。電動防堵取壓裝置的各個運(yùn)動部件容易發(fā)生故障，特別是螺桿經(jīng)常發(fā)生斷裂現(xiàn)象，其防堵方式是被動的。

如果能找到一種主動的防堵方式，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

最初的電動方式防堵取壓裝置如圖1 所示。

步進(jìn)電機(jī)帶動螺桿轉(zhuǎn)動，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，在整個取樣裝置中都會充斥著煤粉。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)吹掃自動補(bǔ)償防堵測量裝置的基本工作原理如圖2 所示，使用儀用壓縮空氣對壓力取樣裝置進(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。裝置能夠自動補(bǔ)償吹掃流量帶來的壓力變化，使測壓位置（B）處的測壓值與取壓位置（A）處的真實(shí)壓力值相等，達(dá)到精確測量的目的。

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 兩截面氣體的流動差、密度差均可以忽略，所以：

故式（1）可簡化、改寫成：

圖2 連續(xù)吹掃自動補(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 截面的壓力測量相當(dāng)于L 截面的爐內(nèi)真實(shí)壓力的測量，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：

對式（9）進(jìn)一步化簡后可得有效補(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，測量效果不受氣源壓力、氣體流量變化的影響。

壓力自動補(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）的測量相當(dāng)于爐內(nèi)真實(shí)壓力（PL）的測量。

根據(jù)以上自動補(bǔ)償式防堵壓力測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)壓力測量方法變?yōu)閹нB續(xù)自動吹掃功能的測量方法是可行的，這可以確保測量信號的準(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壓力測量裝置測量精度的影響，進(jìn)行了靜態(tài)數(shù)據(jù)測試試驗(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的，甚至有可能誤動作，通過現(xiàn)場試驗(yàn)可知，只要吹掃流量不超過2.0m3/h，測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2 號爐C 磨煤機(jī)防堵取樣裝置進(jìn)行了改造，通過兩個月運(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 號爐C 磨煤機(jī)煤粉分離器壓力測量裝置改造完成后，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)，測量誤差不超過2Pa。

改造工作量小，安裝方便，將原有電動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)吹掃自動補(bǔ)償裝置因沒有轉(zhuǎn)動部件，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)吹掃自動補(bǔ)償?shù)姆绞綔y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。