宋天陽

摘 要：測量循環(huán)流化床鍋爐膛密相區(qū)的壓力時， 高溫流動的固體容易堵塞測壓點和測量管線，影響鍋爐的正常運行。本文對爐膛密相區(qū)測點堵塞原因進行查找分析，研究分析了自動壓力補償式防堵裝置的工作原理，介紹正確安裝測量裝置避免各測點間測量誤差，研究表明自動補償式風壓測量裝置能夠準確、連續(xù)和可靠進行床壓測量監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐;壓力補償;防堵裝置;床壓測量

中圖分類號： TK229.66 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-187-4

0 ?引言

某發(fā)電公司裝有2臺由某公司（引進ALSTOM技術(shù)）制造480t/h 循環(huán)流化床鍋爐，于2006年6月投產(chǎn)使用。該機組床壓測點取樣為鍋爐廠附帶的花瓶式防堵取壓裝置，在使用過程中一直存在測量偏差或者無法測量問題。為了確保機組安全穩(wěn)定運行，解決機組正常運行時密相區(qū)床壓測量不準確、測量裝置堵塞等問題，決定對流化床鍋爐密相區(qū)床壓測點測量準確性展開研究。研究方向如下：

①循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量不準原因;

②循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量裝置的選型論證;

③循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量裝置施工布置研究;

④補償式風壓測量防堵吹掃裝置準確性研究。

1 ?查找密相區(qū)床壓測量不準原因

在現(xiàn)場對該發(fā)電公司流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量方式進行了調(diào)查研究，主要是對測點的安裝位置、風壓取壓裝置的選用、平時發(fā)生故障的現(xiàn)象等進行分析，現(xiàn)場存在如下測量不準問題：

①循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)床壓測量裝置使用的是型號比較落后的花瓶式取壓裝置，由于密相區(qū)床壓為正壓且測量方式較為落后，此產(chǎn)品不適用循環(huán)流化床鍋爐測量床壓，在機組啟動后容易發(fā)生堵塞，是測量不準確的主要原因;

②循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測點布置不合理，安裝時未能完全安裝圖紙進行，在風帽上方、下方和同一水平方向均有布置，其測量裝置安裝角度也不盡相同，是測量不準確的重要原因;

③鍋爐運行年數(shù)比較長，存在澆筑料磨損脫落現(xiàn)象，部分取壓管已經(jīng)長期暴露在爐墻澆注料外面，在高溫、高磨損的情況下取壓裝置外露部分產(chǎn)生了溝、槽、凹和坑等磨損問題，這也是影響測量準確性的原因;

④爐膛密相區(qū)運行工況復雜，高溫、高濃度及正壓，床料向各個方向流動，而現(xiàn)有的取壓裝置沒有吹堵功能，高溫、高濃度的床料進入取壓管后，就可能冷卻堆積黏結(jié)在管壁上，長時間運行取壓管就會慢慢堵塞;

⑤測孔光潔度達不到安裝質(zhì)量規(guī)范要求，有部分爐膛風壓測量裝置取壓管傾斜度也不符合要求，個別爐膛密相區(qū)風壓取壓裝置測量管伸入位置超出爐墻澆注料，導致磨損嚴重。

2 ?自動補償式防堵測量裝置測量精度研究

根據(jù)以上原因分析，不能準確測量爐膛密相區(qū)床壓的主要原因是測量裝置容易被堵塞。就循環(huán)流化床鍋爐來說，爐內(nèi)密相區(qū)床壓為正壓，流化狀態(tài)的固體床料具有一般流體性質(zhì)，流動的物料極易堵塞測壓裝置和測壓管線，故采用常規(guī)的測量裝置不能進行準確、可靠地連續(xù)測量。為確保壓力測量真實、準確、可靠和連續(xù)測量，測量壓力應采取壓力補償、防堵的方式進行，以提高壓力測量的精度。

2.1 自動補償式防堵風壓測量裝置的原理

目前技術(shù)比較成熟、使用比較廣泛的是自動補償式防堵風壓測量裝置，以某廠家的BFC系列補償式風壓測量防堵吹掃裝置為例，該裝置由三部分組成：防堵取樣吹掃裝置、壓力補償裝置及流量、壓力指示調(diào)節(jié)裝置，如圖1所示。

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圖1 ?壓力補償、防堵測量系統(tǒng)示意圖

壓縮空氣通過減壓閥和氣水分離器去除水分后穩(wěn)壓連續(xù)向測點反吹，使B測壓點不發(fā)生堵塞現(xiàn)象，利用流體力學的動壓補償方法，消除因反吹掃空氣在測量管線內(nèi)流動而產(chǎn)生管內(nèi)壓差⊿P ，從而測出真實的壓力值。B點的高溫高濃度粉塵顆粒無法進入到取樣管道，整個測量裝置形成了一個完全與之補償?shù)墓ぷ鲄^(qū)域，這就是壓力補償式風壓測量防堵強吹掃裝置的最大特點。

理想正壓流體在有勢體積力作用下作定常運動時，運動方程（即歐拉方程）沿流線積分而得到的表達運動流體機械能守恒的方程。對于重力場中的不可壓縮均質(zhì)流體，方程為p+ρgh+ρv2=c式中p、ρ、v分別為流體的壓強、密度和線性速度;h為鉛垂高度;g為重力加速度;c為常量。上式各項分別表示單位體積流體的壓力能p、重力勢能ρgh和動能ρv2，在沿流線運動過程中，總和保持不變，即總能量守恒。對于氣體，可忽略重力，方程簡化為p+ρv2=c（常量），各項分別稱為靜壓、動壓和總壓。顯然，流動中速度增大，壓強就減小;速度減小，壓強就增大;速度降為零，壓強就達到最大（理論上應等于總壓）。

壓力變送器的取樣點A到測壓管B之間，流體進入管道中的氣體流動受到阻力時，將產(chǎn)生一定的壓降⊿P，根據(jù)流體的性質(zhì)Δp=ρδv2/g;式中：V為氣體的流速（與流量成正比）;g為重力加速度;δ為修正的阻力系數(shù)（這個系數(shù)與管子的材料、管徑、光潔度及長短有關(guān)系，對于已確定的風壓測量裝置可以認為系數(shù)不變）;ρ為流動氣體的密度（可以認為不變）。

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圖2 ?自動補償式風壓測量裝置補償原理圖

根據(jù)圖2示意圖，對自動補償式風壓測量裝置補償原理進行推導：從數(shù)學模式中推導分析，從理論上認識壓力補償器測量、防堵、吹掃的原理：

∵ p1+ρv=p2+ρv

∴ Δp補償=p1-p2=ρ（v-v）

要使Δp補償=Δp阻力即p2=p3

則ρ（v-v）=ρδv/g

推導出v=v（1+δ/g）

∵ Q=S1v1=S2v2

∴ S2=S1/

設k=1/

則S2=kS1

從以上推導可以知道：對于確定的風壓測量裝置來說，δ為修正的阻力系數(shù)可以認為是常數(shù)，則k=1/為常數(shù)，所以管道截面積S2與S1存在固定的系數(shù)關(guān)系，對于某一確定的測量裝置只要調(diào)整好測量裝置的節(jié)流孔面積，就能使得△P補償=△P阻力，與反吹掃壓縮空氣的流量無關(guān)，從而達到自動補償?shù)哪康摹?/p>

2.2 建立曲線圖形分析

設補償壓力為Pb，調(diào)整節(jié)流孔面積，使Pb=-ρδv2/（2g），見圖3中Pb曲線;設補償后壓力Pc，Pc=Pb+△P，見圖3 中Pc曲線。

從曲線中看出圖中Ⅳ～Ⅳ直線左側(cè)補償后壓力Pc近似為零;另外在圖中可以看出（根據(jù)廠家的經(jīng)驗數(shù)據(jù)）： I～I，直線右側(cè)為不堵塞區(qū)，即流量大于1m3/h。Ⅲ～Ⅲ，直線右側(cè)為不燒毀區(qū)，即流速大于2m3/h。Ⅳ～Ⅳ，直線左側(cè)為補償線性區(qū)，一般在直線I～I與直線Ⅳ～Ⅳ間調(diào)節(jié)流量值，補償裝置達到有效的工作狀態(tài)。

在圖1中：設壓力變送器的取樣點A壓力為PA，測壓管B點的壓力為PB，則PA=PB+△Pc，因為自動補償后Pc約等于0，所以A點壓力PA等于B點壓力PB，PA的值不受反吹掃氣體流量、氣源壓力改變的影響。

3 ?測點安裝布置，自動補償取壓裝置施工技術(shù)規(guī)范

3.1 測點高度的確定

床壓測點安裝位置不當、測點堵塞會造成測量不準確。床壓是循環(huán)流化床鍋爐控制的一個非常重要的參數(shù)。一般所說的床壓是指爐內(nèi)密相區(qū)下部的床壓。密相區(qū)下部床壓測點安裝的高度不同對同樣的料層厚度其反映出的床壓值是不同的。

本次測試的循環(huán)流化床鍋爐料層靜止層厚度為800mm，若把測點安裝的靠近風帽頂部，離布風板近一些，能夠測量的厚度就多一些，就準確些，但因為風帽有200mm的高度，若安裝在風帽下面或者接近風帽高度的話，容易受到風帽風孔的影響，所以綜合考慮，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，密相區(qū)下部床壓測點安裝離布風板上表面距離為260mm測量較為準確。

3.2 如何保證測點安裝布置

由于需要測量爐膛密相區(qū)床壓，在不同高度的床壓是不同的，所以需要減小取壓點安裝高度誤差;循環(huán)流化床鍋爐密相區(qū)澆筑厚度根據(jù)位置的不同而有所差異，前、后墻斜面的厚度要大于側(cè)墻厚度，返料口附近的澆筑料要厚些，錐體的傾斜角度也不一樣，為了保證取樣裝置在同一角度和高度，避免在爐膛內(nèi)部澆筑后測點高度誤差過大，因此在安裝前應根據(jù)設計施工圖紙確定同一層每一個測點的澆鑄位置。床壓測量裝置的取壓點高度誤差應<10mm。

3.3 確保壓力測點澆筑質(zhì)量

當溫度達到800℃以上時，插入爐膛內(nèi)部的取壓裝置前端將變軟，因此取壓裝置安裝時應避免取樣管插入爐膛內(nèi)部，這為測點澆筑質(zhì)量帶來一系列問題?，F(xiàn)在準備選用的自動補償式風壓取樣裝置的外徑是18mm，可以用內(nèi)徑20mm的不銹鋼取樣管先埋在澆筑料里面，將不銹鋼管前端縮回澆筑料20-50mm，前端縮回部分的澆筑料需光滑，在烘爐階段風壓自動補償測量裝置先不進行安裝，待烘爐結(jié)束后再安裝。這樣施工安裝及以后更換裝置都比較方便，把風壓測量裝置插到預埋的不銹鋼管內(nèi)，根據(jù)深度安裝牢固，最后將取壓管尾部圓環(huán)焊在預埋管上，這樣就能將取樣裝置固定且不漏風。

3.4 施工應參考遵循的技術(shù)規(guī)范

根據(jù)《DL/T_5190.5-2004電力建設施工及驗收技術(shù)規(guī)范：熱工自動化》中第4.3.3條規(guī)定，測量帶有灰塵或氣粉混合物等介質(zhì)的壓力時，應采取具有防堵和/或吹掃結(jié)構(gòu)的取壓裝置。取壓管的安裝方向應符合下列規(guī)定：在垂直的管道、爐墻或者煙道上，取壓管應傾斜向上安裝，與水平線所成的夾角應該大于30o。第4.3.4條，風壓的取壓孔徑應與取壓裝置外徑相符，以防堵塞。取壓裝置應有吹掃用的堵頭和可拆卸的管接頭。第4.3.5條，壓力取源部件的端部不得超出被測設備或管道的內(nèi)壁（測量動壓者例外），取壓孔和取源部件均應無毛刺。

根據(jù)《DLT_5210.4-2009_電力建設施工質(zhì)量驗收及評價規(guī)程_第4部分：熱工儀表及控制裝置》煙、風、煤粉管道壓力取源裝置驗收規(guī)定：測孔直徑與取壓管內(nèi)徑偏差0.5～1mm;測孔光潔度應光滑、無毛刺;爐膛取壓伸入位置與爐墻內(nèi)壁齊平;取壓裝置應嚴密不漏。

根據(jù)《DLT_1314-2014_循環(huán)流化床鍋爐測點布置導則》5.2.3壓力測定位置和數(shù)量中5.2.3.1中要求：測點布置分為兩層，以布風板上表面為基準，下層壓力取壓孔高度為200～260mm。

3.5 自動補償式風壓測量裝置設備安裝使用規(guī)范

安裝過濾減壓閥和流量、壓力指示調(diào)節(jié)裝置的恒氣流控制箱采用壁掛式安裝，并應與水平面垂直安裝，確保流量控制器正常指示。安裝人員不可隨意打開恒氣流控制箱，更不能隨意調(diào)節(jié)減壓器和流量控制器。

管路連接應采用 14*2的無縫鋼管、不銹鋼管或金屬軟管，連接（焊接）前必須用壓縮空氣將管內(nèi)的垃圾、塵埃吹掃干凈，確保管內(nèi)清潔?？刂葡渑c測壓點之間的長度不受距離限制。

恒氣流控制箱的活絡接頭焊接時應擰下，以免高溫損壞箱內(nèi)的聯(lián)絡管路。

管路間有焊接的地方一定要焊好無漏氣，連接部分加密封墊以確保各連接點無漏風現(xiàn)象。

吹掃取樣頭管路上：安裝取樣頭末端與管道內(nèi)壁齊平即可，爐膛上安裝：一般與水平傾斜角度大于30度。爐膛外側(cè)高于爐膛內(nèi)側(cè)，吹掃取樣頭前端縮回爐墻內(nèi)保溫層或水冷壁表面20～50mm。

4 ?自動補償式風壓測量裝置試驗數(shù)據(jù)

4.1 自動補償式風壓測量裝置靜態(tài)試驗研究

表1 ?試驗數(shù)據(jù)

[＼&壓縮空氣流量m3/h＼&壓縮空氣壓力MPa＼&爐前左三

測得風壓kPa＼&爐后左一

測得風壓kPa＼&改變壓縮

空氣流量＼&0

0.5

1.0

1.5

2.0＼&0

0.1

0.1

0.1

0.1＼&-0.0756

-0.0753

-0.0751

-0.0745

-0.0815＼&-0.0417

-0.0420

-0.0401

-0.0453

-0.0480＼&改變壓縮

空氣壓力＼&2.0

2.0

2.0＼&0.1

0.15

0.2＼&-0.0815

-0.0823

-0.0835＼&-0.0480

-0.0483

-0.0515＼&]

在某電廠#2循環(huán)流化床鍋爐上安裝了兩組自動補償式風壓測量裝置，在安裝靜態(tài)調(diào)校完畢后，對其測量準確性進行試驗，試驗步驟是分別改變壓縮空氣流量及改變壓縮空氣壓力觀察對測量結(jié)果的影響。試驗時取壓裝置外面沒有床料，相當于測量爐膛內(nèi)部壓力，當時試驗時爐膛有一定的負壓，試驗數(shù)據(jù)在就地壓力表、流量計及壓力變送器上讀取。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，在風壓自動補償裝置工作范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)準確自動補償、能夠準確反映測量風壓。

4.2 自動補償式風壓測量裝置冷態(tài)試驗

為了研究自動補償式風壓測量裝置在密相區(qū)能否準確測量，項目組進行了冷態(tài)流化試驗來觀察測量特性，在床料流化后，自動補償式風壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)與常規(guī)的風壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)相吻合，變化趨勢、響應時間、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與常規(guī)測量裝置相一致。為進一步確認自動補償式風壓測量裝置測量的準確性，在床料流化過程中，短時間把自動補償式風壓測量裝置的反吹掃壓縮空氣全部關(guān)掉，DCS上顯示的情況是在停止及投運壓縮空氣時抖動一下后，馬上恢復原來測量值，所以該裝置是能夠準確測量風壓的。

表2 ?流化時密相區(qū)試驗數(shù)據(jù)

[＼&壓縮空氣流量m3/h＼&壓縮空氣壓力MPa＼&爐前左三

測得風壓kPa＼&爐后左一

測得風壓kPa＼&停止反吹＼&0＼&0＼&3.61＼&3.52＼&改變壓縮

空氣流量＼&0.5

1.0

1.5

2.0＼&0.1

0.1

0.1

0.1＼&3.61

3.61

3.61

3.61＼&3.52

3.52

3.52

3.52＼&改變壓縮

空氣壓力＼&2.0

2.0

2.0＼&0.1

0.15

0.2＼&3.61

3.61

3.61＼&3.52

3.52

3.52＼&]

4.3 熱態(tài)運行觀察

在某電廠#2循環(huán)流化床鍋爐運行后，對裝自動補償式風壓測量裝置的床壓測點進行了觀察，自動補償式風壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)與常規(guī)的風壓測量裝置測到的數(shù)據(jù)相吻合，變化趨勢、響應時間、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與常規(guī)測量裝置相一致，能真實地在線測量到各個測點的壓力值。經(jīng)過兩個多月的試運行，自動補償式風壓測量裝置運行穩(wěn)定，沒有發(fā)生高溫狀態(tài)壓力測量管路堵塞和管路氧化燒毀等損壞的現(xiàn)象，而同期投運的常規(guī)測量裝置已經(jīng)有堵塞失效現(xiàn)象。

5 ?研究過程中總結(jié)的經(jīng)驗及過程中存在的問題

①自動補償式風壓測量裝置解決了爐膛密相區(qū)床壓測量裝置堵塞的問題，能夠在高溫高濃度的環(huán)境下能夠連續(xù)運行。

②施工安裝不夠規(guī)范，因為這次是研究，受到時間及現(xiàn)場實際空間限制，取壓裝置管道布置不是很規(guī)范，希望在整體改造時一并解決。

③測量位置的確定，因為利用#2爐停爐消缺期間進行研究試驗，時間比較倉促，未參與試驗研究的密相區(qū)床壓的測點使用原有測點，在測點的高度位置方面沒有選擇;鍋爐運行年數(shù)比較長，澆筑料存在磨損脫落現(xiàn)象，對測量也有一定的影響。

④建議氣源分配控制裝置的控制箱柜門改成有觀察窗口的，方便巡檢;柜門的鎖建議改成旋轉(zhuǎn)開啟的，利于維護。

6 ?結(jié)束語

某發(fā)電公司循環(huán)流化床鍋爐爐膛密相區(qū)床壓測量使用自動補償式防堵風壓測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)準確在線測量的要求;徹底解決了測量裝置在多粉塵和高溫狀態(tài)下測壓管路堵塞和氧化燒毀的問題，保證了設備和控制系統(tǒng)的正常連續(xù)運行;自動補償式防堵風壓測量裝置能準確測量循環(huán)流化床爐膛密相區(qū)的床壓變化，為運行人員通過床壓值來指導判斷熱態(tài)運行時對爐內(nèi)料層厚度的控制提供了依據(jù)，為鍋爐安全經(jīng)濟運行提供了保障，也具備了鍋爐優(yōu)化燃燒、自動低床壓燃燒的可行性。

參 考 文 獻

[1] 岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論、設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2] 虞江洲.BFC-系列補償風壓測量吹掃防堵取樣裝置[J].中國儀器儀表，2006.8.

[3] 李清波.循環(huán)流化床鍋爐床壓補償監(jiān)控技術(shù)的應用[J].電力建設，2004.7.

[4] 彭木生.壓力補償防堵測量裝置的應用[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學院學報，2007.12.