摘要：某廠有兩臺1 000 MW超超臨界機組，分別于2010年和2011年投產(chǎn)，兩臺機組共設(shè)置12套傳統(tǒng)均速管型二次風(fēng)量測量元件。自投用該風(fēng)量裝置以來，運行狀況一直不好，特別容易出現(xiàn)取樣孔堵灰、積灰并導(dǎo)致風(fēng)量波動跳變大的情況，因此需頻繁吹掃。為解決該風(fēng)量測量異常問題，重新設(shè)計了風(fēng)量測量元件的結(jié)構(gòu)型式，提高了風(fēng)量測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，減少了風(fēng)量測量故障缺陷，保證了鍋爐運行安全，有利于機組的經(jīng)濟安全運行。

關(guān)鍵詞：超超臨界機組;二次風(fēng)量測量;穩(wěn)定性;實踐應(yīng)用

中圖分類號：TM621.2" " 文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）24-0086-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.021

0" " 引言

風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)量值對于整個燃煤電廠的運行效率有著至關(guān)重要的影響。在傳統(tǒng)的風(fēng)道系統(tǒng)中，均速管型單點風(fēng)量測量技術(shù)應(yīng)用廣泛。然而，由于鍋爐燃燒風(fēng)道中摻混有大量煤灰粉塵的特殊性，加上風(fēng)道內(nèi)氣體流場存在不均勻、紊流與旋流的情況，傳統(tǒng)的風(fēng)量測量方法往往不能準(zhǔn)確、高效地測量含煤灰粉塵風(fēng)道的風(fēng)量，并且存在很多問題，如測量精度低、測量范圍窄、維護難度大等。這不僅影響了電廠的運行效率，還可能導(dǎo)致不必要的能源浪費和環(huán)境污染。例如，某廠兩臺機組共設(shè)置12套傳統(tǒng)均速管型二次風(fēng)量測量元件，其屬于插入式差壓測量元件。該元件自基建投用以來，運行狀況一直不好，很容易出現(xiàn)取樣孔堵灰、積灰，導(dǎo)致風(fēng)量波動跳變、風(fēng)量壞點的異常情況，嚴(yán)重時會聯(lián)鎖機組AGC協(xié)調(diào)控制退出的故障事件。該風(fēng)量測量方式設(shè)計的固有缺陷造成了送風(fēng)自動運行控制效果差、檢修維護工作量大等故障情況頻繁出現(xiàn)，特別是晚班低負(fù)荷時該異常情況尤其嚴(yán)重，因此如何提高氣體流量測量的準(zhǔn)確度顯得尤為重要。

1" " 設(shè)備現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的風(fēng)道系統(tǒng)中，風(fēng)量測量技術(shù)通常采用的是單點測量方式，這種方式主要存在以下幾個問題：首先，由于風(fēng)道中含有大量的煤灰粉塵，傳統(tǒng)的測量方式往往會受到粉塵干擾，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確;其次，由于測量點的數(shù)量有限，這種測量方式很難全面準(zhǔn)確地反映風(fēng)道的風(fēng)量情況;此外，這種測量方式反應(yīng)速度較慢，不能實時監(jiān)控風(fēng)道的運行狀態(tài)，不利于電廠的高效率穩(wěn)定運行。

某廠原先使用的二次風(fēng)量測量元件為傳統(tǒng)均速管型，正壓側(cè)和負(fù)壓側(cè)上面留有壓力取樣孔，因該取樣孔孔徑細(xì)小（2.5 mm），鍋爐熱二次風(fēng)攜帶的粉塵很容易堵塞正、負(fù)壓側(cè)取樣孔，并在元件內(nèi)部積灰（內(nèi)部沒有排污設(shè)計，容易積灰，清理困難），經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)量偏高或偏低的跳變情況，所以該測量元件的測量方式已不滿足現(xiàn)場需求。

同時，取樣孔內(nèi)積灰影響鍋爐二次風(fēng)正常監(jiān)視及運行，需要頻繁人工吹掃。吹掃周期在每周1～2次，情況嚴(yán)重時需隔天吹掃。如果堵塞很嚴(yán)重，風(fēng)量跳變大，DCS上顯示壞點，還會影響二次風(fēng)量送風(fēng)自動，導(dǎo)致機組AGC協(xié)調(diào)控制退出，降低自動投入率，并影響技術(shù)監(jiān)督統(tǒng)計。為減少機組運行中二次風(fēng)量測量出現(xiàn)異常的情況，在機組停機時和日常預(yù)防性維護工作中，都需對所有二次風(fēng)量元件進行吹掃和檢查，但效果很不理想，導(dǎo)致在機組啟動后和正常運行時仍需頻繁人工吹掃，特別是夜班低負(fù)荷時該異常情況非常嚴(yán)重。該類型的二次風(fēng)量元件工作穩(wěn)定性較低，日常維護工作量大，對爐膛的安全燃燒、鍋爐燃燒效率及機組運行負(fù)荷都產(chǎn)生了較大負(fù)面影響，是機組正常運行的重大隱患。

2" " 相關(guān)問題分析及項目實施試驗

為了解決上述問題，本文提出了基于矩陣式多點風(fēng)量測量技術(shù)的方案。矩陣式多點風(fēng)量測量技術(shù)可以在風(fēng)道的多個位置同時進行風(fēng)量測量，從而全面準(zhǔn)確地反映風(fēng)道的風(fēng)量情況。同時，這種技術(shù)可適應(yīng)大風(fēng)量、粉塵含量高的場合，以實時監(jiān)控風(fēng)道的運行狀態(tài)，提高測風(fēng)反應(yīng)速度，為優(yōu)化燃燒控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。此外，矩陣式多點風(fēng)量測量技術(shù)還可有效抵御煤灰粉塵的干擾，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。所以，根據(jù)實際生產(chǎn)需要，對某廠二次風(fēng)量測量進行創(chuàng)新性實踐改造，通過改變風(fēng)量測量和取樣的方式，解決現(xiàn)有問題[1]。通過走訪周邊和其他省內(nèi)百萬機組燃煤電廠，充分調(diào)研二次風(fēng)量測量元件使用情況，并進行比對分析，最終決定選用一種多點取樣的矩陣式分布型式，并增大取樣孔徑，最大程度防止出現(xiàn)傳統(tǒng)式測量常有的堵塞和風(fēng)量驟降故障。

多點矩陣式風(fēng)量測量元件是基于背靠背測量原理：測量裝置安裝在管道上，其探頭插入管內(nèi)，當(dāng)管內(nèi)有氣流流動時，迎風(fēng)面受氣流沖擊，在此處氣流的動能轉(zhuǎn)換成勢能，因而迎風(fēng)面管內(nèi)壓力較高，稱為“全壓”，背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，其大小與管內(nèi)風(fēng)速（量）有關(guān)，風(fēng)速（量）越大，差壓越大;風(fēng)速（量）小，差壓也小，因此，只要測量出差壓的大小，再找出差壓與風(fēng)速（量）的對應(yīng)關(guān)系，就能正確測出管內(nèi)風(fēng)量。由于大風(fēng)道流場相對比較復(fù)雜，為了能更準(zhǔn)確地測得風(fēng)道流量，將風(fēng)道界面模擬等分成N個等份，在每個模擬的截面上布置一個測點，然后將若干個測點測得的差壓進行平均得到整個風(fēng)道內(nèi)平均差壓，再利用系數(shù)修正計算出風(fēng)量Q（m3/h）：

Q=K×A×f（ΔP，T）

式中：K為風(fēng)量計算的數(shù)學(xué)運算模型的總系數(shù);A為風(fēng)量測量裝置安裝處的面積;ΔP為風(fēng)量測量裝置輸出差壓;T為風(fēng)速（量）所對應(yīng)的風(fēng)溫[2]。

將矩陣式風(fēng)量測量技術(shù)投入實踐應(yīng)用，風(fēng)道尺寸W×H（寬×高）：5 000 mm×6 700 mm。首先拆除舊型二次風(fēng)量測量元件;然后在風(fēng)道頂部開設(shè)1 000 mm×

110 mm方孔三個，左右兩側(cè)距離煙道壁600 mm;再在方孔中心處開一個定位槽，定位槽寬50 mm、長110 mm，定位槽寬度不能過大，否則焊接肋板不好固定，影響測量;施工過程中要求清理開孔邊沿殘留毛刺;最后將矩陣式風(fēng)量測量元件插入管道中，調(diào)整元件位置，使焊接肋板卡進定位槽內(nèi)，下表面與管道外表面充分接觸。二次風(fēng)量測量布置設(shè)計如圖1所示。

通過調(diào)整元件接頭方向，最終使流體介質(zhì)流向和元件接頭箭頭指向一致，斜剖口側(cè)在迎風(fēng)面上，使其元件平面垂直于管道橫截面，從而保證各個取壓點都是正對迎風(fēng)面，可以取得準(zhǔn)確且有效的壓力信號，同時可以依靠粉塵自重自動清灰。在實施過程中，先點焊定位，確認(rèn)符合上述安裝要求后，再進行加固滿焊，保證測量元件安裝穩(wěn)固結(jié)實，無晃動。

3" " 設(shè)備改造前后效果對比及創(chuàng)新分析

該矩陣式風(fēng)量測量元件測點壓力均衡，避免了單一取樣時渦流測量誤差引起的數(shù)值變化，測量波動小，精度高，最大允許誤差可控制在±2%至±1%;測量穩(wěn)定性好，測量值真實，適合短直段管道風(fēng)量測量;同時該元件屬于插入式安裝，安全方便。由于取樣孔徑加大加厚，孔徑內(nèi)部可以依靠粉塵自重自動清灰，而不需要另加吹掃裝置。綜上可知，該測量元件測量線性度好、精度高，能滿足二次風(fēng)量投自動的要求。

本實踐應(yīng)用改造項目完成后，已連續(xù)工作四年以上，自改造后風(fēng)量測量穩(wěn)定，夜間低負(fù)荷時取樣點堵塞情況大大減少，從往常的平均一周吹掃1～2次變?yōu)槊吭露ㄆ诖祾?，也無須再就地清理取樣點，運行效果良好。同時，由于二次風(fēng)的測量精度和穩(wěn)定性提高，AGC協(xié)調(diào)控制質(zhì)量提高，煤耗降低，環(huán)保性能也得到了提升。試驗數(shù)據(jù)表明，基于矩陣式分布測量的設(shè)計應(yīng)用方法，具有穩(wěn)定性與安全性高、維護量小等優(yōu)點，在燃煤電廠的含塵風(fēng)道風(fēng)量測量上有一定的應(yīng)用價值。

3.1" " 技術(shù)優(yōu)勢突出

新風(fēng)量測量元件主要創(chuàng)新點在于將矩陣式多點風(fēng)量測量技術(shù)應(yīng)用在含煤灰粉塵較多的風(fēng)道系統(tǒng)中。這種技術(shù)采用先進的矩陣式多點同時測量的方式，可以全面準(zhǔn)確地反映風(fēng)道的風(fēng)量情況，具有精度高和穩(wěn)定性好等特點，能夠滿足燃煤電廠含煤灰粉塵多的風(fēng)道復(fù)雜測量需求。新元件反應(yīng)速度快，可以實時監(jiān)控風(fēng)道的運行狀態(tài)，為優(yōu)化燃燒控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。該實踐應(yīng)用不僅解決了傳統(tǒng)測量方式存在的問題，同時也為燃煤電廠的環(huán)保改造提供了新的思路。對比傳統(tǒng)風(fēng)量測量元件，新元件具有下列明顯優(yōu)勢：

1）精度高：使用插入式布置安裝，矩陣式分布測量結(jié)構(gòu)，測點壓力均衡，矩陣式測量元件的擋風(fēng)面積幾乎可以忽略不計，因此幾乎沒有造成整個風(fēng)道流體的壓力損失，測量效果十分顯著，測量波動小，精度高，最大允許誤差可控制在±2%至±1%，特別適用于煤粉塵含量高的風(fēng)量測量場合，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的風(fēng)量測量。

2）多點測量：采用等截面多點全截面測量探頭，避免了單一取樣時氣體紊流與旋流誤差引起的數(shù)值變化。

3）穩(wěn)定性好：測量穩(wěn)定性好，測量值真實，適合短直段管道風(fēng)量測量，不受安裝環(huán)境的影響。

4）維護簡單：設(shè)備元件屬于插入式安裝，十分方便;由于取樣孔徑加大，取樣管加厚，取樣管內(nèi)部可以依靠自帶的清灰桿實現(xiàn)自動清灰。

針對該實踐項目，第三方檢測機構(gòu)開展了風(fēng)量標(biāo)定試驗，實測標(biāo)定結(jié)果與改造后的矩陣式風(fēng)量測量元件測量結(jié)果基本一致，效果很好。

3.2" " 經(jīng)濟和社會效益優(yōu)勢突出

從經(jīng)濟效益方面來看，矩陣式風(fēng)量測量技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用顯著提高了電廠運行效率，幾乎消除了以前均速管測量帶來的各種問題，避免了取樣管徑過小堵塞灰塵而引起的風(fēng)量驟減、AGC協(xié)調(diào)自動退出甚至影響機組負(fù)荷的情況，使得鍋爐可以安全運行，延長了各聯(lián)動設(shè)備的使用壽命，保障了公司效益，節(jié)省了運營成本和設(shè)備檢修維護成本。

從社會效益方面來看，這次風(fēng)量測量元件創(chuàng)新應(yīng)用為后續(xù)的燃煤電廠風(fēng)道系統(tǒng)和煙氣CEMS流量精準(zhǔn)測量提供了改造思路和實施案例，對火電行業(yè)環(huán)保改造起到了積極的推動作用。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：1）提高了測量精度和穩(wěn)定性，減少了誤差和漏測的情況，保障了安全生產(chǎn);2）降低了設(shè)備維護的工作量和成本，提高了工作效率和效益;3）為優(yōu)化燃燒控制提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，提高了燃煤電廠AGC協(xié)調(diào)控制質(zhì)量，保障了機組效率;4）推動了新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，促進了技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級，與綠色能源的節(jié)能環(huán)保發(fā)電理念相適應(yīng)。

4" " 結(jié)束語

本改造項目完成驗收后已工作四年以上，風(fēng)量測量的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性有極為明顯的提高，風(fēng)量測量故障缺陷顯著減少，維護了鍋爐運行安全，保證了機組長周期安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。矩陣式多點風(fēng)量測量技術(shù)在燃煤電廠含煤灰粉塵風(fēng)道中的實踐應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實意義和發(fā)展前景，對燃煤電廠的風(fēng)道系統(tǒng)精準(zhǔn)測量有著深遠的影響，不僅為電廠帶來了顯著的經(jīng)濟效益，也為社會帶來了重要的環(huán)保效益。二次風(fēng)量采用矩陣式分布測量的設(shè)計應(yīng)用方法，在燃煤電廠的含塵風(fēng)道風(fēng)量測量方面值得大力推廣。

[參考文獻]

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