火力发电厂自动补偿式炉膛压力测量装置应用前景分析.pdf

第 3 7卷第 5期 2 0 1 6 年 1 O 月 电力与 能源 6 O 5 火力发电厂 自动补偿式炉膛 压力测量装置应用前景分析 龚 峻 ， 戴一鸣 ， 吴 志刚 江苏国信扬 州发电有限责任公 司， 江苏 扬州 2 2 5 I 3 1 摘 要 传统火力发 电厂炉膛压力测量装 置一 般采 用负压式取样 筒 ， 但 取样筒 由于炉墙 内外温差 及炉 内烟 气 呼吸作用的双重影响极易积灰堵塞 ， 造成 炉膛 压力 测量不准 ， 需要定期 安排检修人员进行人工清理 ， 清理时还 需短时退出炉膛 压力保护功能 ， 给锅炉运行带来较 大的安全 隐患 。采用 自动补偿 式微正压 测量装置 ， 可 以有 效 解决 炉膛 压力测量装置容易堵塞的问题 ， 不但有利 于大幅降低 炉膛压力 测量设备 的维护工作 量 ， 而且更 有 利于提高炉膛压力连续测 量的可靠性 、 改善其动态性 能、 保证其测量精度 ， 从而达到锅炉运行期 间全周 期投用 炉膛压力保 护的 目的 。 关 键词 自动补偿原理 ； 测 量装 置结 构； 静态调试 ； 动态调试 作者简 介 龚 峻 1 9 6 7 ， 男 ， 硕士 ， 主要从事发 电厂设备检修及 技术管理工作 。 中图分 类号 T M6 2 1 ． 2 文献标志码 B 文章编号 2 0 9 5 1 2 5 6 2 0 1 6 0 5 0 6 0 5 0 5 Ap p l i c a t i o n Pr o s p e c t o f Au t o ma t i c Co m p e n s a t i o n Fu r n a c e Pr e s s u r e M e a s u r e me n t De v i c e i n Co a l - Fi r e d Po we r Pl a nt GONG J u n，DAI Yi mi n g，W U Z h i g a n g J i a n g s u Gu o x i n Ya n g z h o u Po we r Ge n e r a t i o n C o ． ，Lt d ．，Ya n g z h o u 2 2 5 1 3 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t The ne g a t i ve pr e s s ur e s a mp l i ng t ube i s us e d as t he c o nve nt i ona l f u r na c e pr e s s u r e me a s ur i n g de vi c e i n c o a l f i r e d p o we r p l a n t s ，b u t t h e d u a l e f f e c t s o f t h e t e mp e r a t u r e d i f f e r e n c e b e t we e n i n s i d e a n d o u t s i d e f u r n a c e wa l l a n d t h e f u r n a c e f l u e g a s r e s p i r a t i o n ma y l e a d t o h e a v y a s h b l o c k ，a s we l l a s i n a c c u r a t e f u r n a c e p r e s s u r e me a s u r e me nt ． The r e f o r e，r ou t i ne ma nu a l c l e a ni ng i s r e q ui r e d，a nd t he t e mpor a r y s t op of f ur na c e pr e s s ur e p r o t e ct i o n dur i ng t he c l e an up r e s ul t s i n t he pos s i bl e s a f e pr ob l e m of t he b oi l e r ope r a t i on．The a ut o ma t i c c o mpe ns a t i o n p r e s s u r e me a s u r e me n t d e v i c e i s c a n e f f e c t i v e l y s o l v e t h e s e p r o b l e m s ，n o t o n l y c o n d u c i v e t o g r e a t l y r e d u c i n g t h e ma i n t e n a n c e wo r k l o a d ，b u t a l s o t o i mp r o v i n g t h e r e l i a b i l i t y o f c o n t i n u o u s me a s u r i n g t h e f u r n a c e p r e s s u r e，a n d i t s d y n a mi c p e r f o r ma n c e a n d me a s u r e me n t a c c u r a c y，s o a s t o a c h i e v e f u l l c y c l e f u r n a c e p r e s s u r e p r o t e c t i o n d u r i n g b o i l e r o p e r a t i o n ． Ke y wo r ds a ut o ma t i c c o mp e n s a t i o n p r i nc i pl e；d e v i c e s t r u c t u r e me a s ur e me n t ；s t a t i c d e b ug g i n g；dy n a mi c d e bu g gi n g 某 火 电厂 1号 、 2号 机组 为 亚 临界 6 3 0 MW 机组 。1 号 、 2号炉各配置 1 O套负压式炉膛压力 测量 装 置 ， 1 0个 负 压 取 样 筒 均 匀 布 置 在 锅 炉 4 8 i n层前墙水冷壁预留的位置上。其中 4个模拟量 测量信号用于 D C S系统炉膛压力 自动控制 系统 ， 6个开关量测量信号用于 D C S系统炉膛压力保 护逻辑 ， 实 现炉膛 压力 越 限跳 闸功 能 。 1号、 2号炉炉膛设计为微负压运行， 炉膛负 压是反映锅炉燃烧工况稳定 与否 的重要参数， 是 运 行人 员控制 和监 视 的重要 参数 。炉 内燃 烧工 况 一 旦发生变化 ， 炉膛负压 随即发生相应变化。因 此 ， 正确 测量 炉膛 压 力 对 于保 证 炉 内燃烧 工 况 的 稳定 、 分析炉 内燃烧 工况特性 、 烟道运行工况 特 性、 分析事故原因均有极其重要 的作用 。 该厂原配套使用的炉膛压力测量装置为负压 式测量原理 ， 取样筒 由于炉墙 内外温差及炉 内烟 气呼吸作用的双重影响极 易积灰堵塞 ， 造成炉膛 压力测量不准 ， 需要定期安排检修人员进行人工 清理 ， 清理时还需短时退出炉膛压力保护功能， 给 锅炉运行带来较大的安全隐患。因此 ， 寻求一种 既不堵塞 ， 又保证测量精度 的炉膛压力测量装置 成 为该 厂 的研究 课题 。 6 0 B 龚 峻， 等 火力发 电厂 自动 补偿 式炉膛压力测量装置应用前景分析 1 自动补偿式微正压测量装置工作原理 1 ． 1项 目必 要性 在炉膛压力取 样筒改造前 ， 原 炉膛压力 测量装 置存在 的主要问题就是取 样筒容易 堵塞 ， 从 而导致 炉膛压力测 量接近失效 ， 一方面直接 影 响炉膛压 力 连续测量 的可靠性 与动态性能 ， 进 而影 响炉膛压 力 调节 品质 与锅炉安全保 护的可靠性 ； 另一 方面相 关 设备 的 日常维 护工作 量 很 大 ， 平 均不 到 3 0天就 要 维护一次 ， 维护时要进行测量信号逻辑隔离、 就地 设备退 出 、 压缩 空气 吹扫 或机 械 清 除积 灰 、 装 置 投 入及测量信号逻辑恢复等多个操作步骤， 每个测点 维护一 次 至少 耗 时半 小 时 ， 期 间 为 防止 人 为 误 操 作 ， 炉膛压 力保护都 处于退 出状 态 。 有效 解 决 炉 膛 压 力 测 量 装 置 容 易 堵 塞 的 问 题 ， 不但有利于大幅降低炉膛压力测量设备的维 护工 作量 ， 而 且更 有 利 于 提 高 炉膛 压 力 连 续 测 量 的可 靠 性 、 改 善 其 动态 性 能 、 保 证 其测 量 精 度 ， 从 而达 到 锅炉运 行期 间全 周期 投用 炉膛 压力 保护 功 能 的 目的 。 1 ． 2 自动 补偿式 防堵 风压 测量 装置 工作 原理 要实现炉膛压力精确、 可靠测量 ， 防堵是一个 技术 关键 点 。 目前 电厂 的防堵取 压装 置一 般采 用 常规 的防堵取样筒 ， 如 花瓶式内置三层防堵结构 的取 样 筒 、 自清 灰取 样 筒 和 微 流 量 连续 吹扫 防堵 装置 吹气量仅为 6 0 I ／ h 等 。这些 产品在防堵 取压上虽有一定效果 ， 但从各 电厂实际使用情况 来看并不十分 明显， 取样筒堵塞现象仍然存在 ， 并 不 能从 根本上 解决 取样 筒 防堵塞 的问题 。 针 对这些 问题 ， 拟 对 1号 、 2号 炉 炉 膛 压力 测 量 装置 进行 改造 ， 保 留原压 力变 送器 、 压力 开关 等 原有 的二次测 量 信 号 通 道 ， 并 计 划 采用 自动补 偿 式 防堵 风压测 量 技术来 彻 底解决 炉膛 压力 测量 取 样筒 的堵塞 问题 。 自动补偿式防堵风压测量装置的工作原理如 图 1 所示， 该装置主要包括炉膛压力一 次测量元 件 取样筒 、 配气箱两部分。 自动补偿式防堵风压测量装置的基本工作原 理为 使用压缩空气对炉膛压力取样筒进行连续 吹扫 ， 彻底杜绝炉膛含尘气体进入取样筒， 达到可 靠 防堵的效果 。通过独特结构 的设计 ， 自动补偿 吹扫流量及其变化对 炉膛压力测量的影 响， 使测 压位置截面 A 处的测 压值 与取压位置截面 L L 图 1 自动 补 偿 式 防 堵 风 压 测 量 装 置 的 工 作 原理 处 的炉 内真 实压力 值相 等 ， 达到精 确测 量 的 目的 。 图 1中的 A 与 L是 压 缩 空 气 连 续 吹 扫 通 道 上的两个截面， 其 中 L为炉内真实压力取压位置 截 面 ， A为 吹扫 管 出 12 1 测 压位 置 截 面 。 由伯 努 利 方 程可 得 P ． P A g H 一 P 【_ 譬 Jg H l 1 式 中 A p A～L截面之间的阻力损失 。 由于 A、 L两截 面气体 的流动位 差 、 密 度差 均 可 以忽 略 ， 得 到 p A g H A g H I J 2 故 式 1 可 简化改 写 成 P P A 一△ P ㈦ 由式 3 可 知 ， 只要使 得 P A 孚 一 A p ㈩ 就 能实 现 A 截 面 的 压 力 测量 等 价 于 L截 面 的炉 内真实 压力 的测 量 ， 即 PA PI 5 由于 可 以近似认 为 IO A lO I 6 所 以由流量 连续 方程 可推 出 V A 一 妾 ㈩ 在另一方面， 由流体力学阻力计算方法可知 ， A～I 截面 之 间 的 阻力 损 失 与 沿 程 阻 力 系 数 、 局 部阻力系数、 流体密度 、 动能有关 。设 Z为 A～L 截 面之 间 的总等效 阻 力 系数 ， 则 阻力损 失 A p 可 表达 为 △ 一 z ．PI 8 将 式 6 ～式 8 代入 式 4 ， 整 理后 可得 峻 ． 等 火力 发电厂 n动补偿式l胪膛 力洲量装置应J f{ 前景 分析 6 0 7 v L I s 7 一 ． ㈩ 答 姜 埘 9 进 一步 化 简后 可 得有效 补 偿条件 2 P F GF 0 1 3进 行 比较 ，扰 动 试验 曲线 如 罔 1至 图 、 一 SL 1 05 式 中 -、 ． p z A、 L 截 丽 的 压 力 ； p -、． 一A、 1 截 面 吹 气 体 的 密 腰 ；VA， V A、 I 截 [ 吹 t 气 体 的 流速 ； H、 ． H ＼ 、 I 献 面佗 置 的标 f岛；Z ＼ ～1 吹扫段总等 效 力系数 ； S 、 ， S A、 I 敲 阿 的通 流 断积 加 速 度 。 f f 1 式 1 0 可 知 ， 有 效 补偿 条 件 与吹 扫 流 量无 关 。 使 得测 效 果不 受气 源压 力 、 气 体流 量 变化 的 影 响 。 力 自动 补偿 的实 现 厅 法 通 过取 样 管 内 部 结构 的 合理 设计 与试 验 标 定 ． 使 取 样管 结 构 条件 精确 满 足式 1 0 ， 最终 使 得 取 样点 力 ．、 的测 量等 价于炉 内真 实压力 ／ j 的测 量 。 根掂 自动补 偿式 防堵 风 测 量 装置 一 1 作 原理 和定 分析数据 ． 理论 I _ 叮 以保 证该 装 置炉 膛 力测量 结果 不受 吹 扫 气 源 力 、 吹扫 气 体 流 量 变 化的影 响 。 此将 传统 的炉 膛压 力 负压式 洲量 方 法 变为 正 式 测 量 方 法技 术上 是 可 行 的 ， 能 够 保 证 测世 f 号的精 确性 和稳 定性 。 2 装置 改造前期试验及数据分 析 f f I 于炉膛 压力 测量 对保 证锅 炉安 全运 行至 关 重要 ， r 2 0 0 8年 2号机组 榆 修 期 间 ， 在 2弓 ‘ 炉编 号 为 I I 、 F 0 1 3的炉 瞠 负 压 测点 附 近 安 装 了 一 只 自动 补 偿 式 防 堵 风 测 量 装 置 ． 信 号 编 号 2 P TGF O l 8 ． 试验 期 间 陔 信 号仅 川 于 D C S显 爪 ． 不参 自动渊 节 同路 。 红装 安 装完 毕 后 ， 为 _r实 际验 证 吹扫 气体 力 、 吹扫 流量 对炉 膛 负 测量 精 度的影 响 ． 机 组冷 念 和热态 T况 下分 别对 该套 自动补 偿式 防堵 啭翼 ‘ 鼍 ～ j 唾* 摹蓬j 譬 鬟■ 曩 鬟 卅● 蛳 A l 蛾P I t ‘ 峨 { 5 l 蜘 h I l 瑚 日 l I 螂 “T ≈ 噶 一 l 槲 c 剐 l 蛳 一 孽 瀚 1 盘 o c 5 P f 呻 ”摧 n删 瞄f ‘ ‘ 。 妻 ‘ l ‘ f 盯 tn l l 锥 } 雠 c* ． I 椭 ●咻 0 羹 4 l即} 彝i ⋯ 鬻I c栅． 。 ． cⅫ ． m “ K P 5 ． 1 ● 1 m C a r l 【i， l |*0 “ ● ” ● ∞ 4 臣l 2 川 l垒 l m】6 l }} I 线 l到 从扰动 比对 数 据 町看 出 ， 只 要将 吹扫 压 力 调 整到 0 ． 1 0 MP a以 下 ． 吹 扫 流 量 调 整 到 3 O ． 0 L ／ rai n以下 ， 采用 自动 补 偿 式 防 堵 风 压 测 量 装 置 的 测点 信号 L j 比对 点 信 号} f } i 线 一 致 ． 说 明对 炉 膛 压 力取 样 筒进行 换 型改造 是 成功 的 。 从 2 0 0 8年至 2 O l 3年 ． 该套 装 置 一 连 续 稳 表 l 在 不 同 实验 条 件 下 的 比 较 数 据 表 6 0 8 冀峻 ， 等 火力 发电厂自动补偿式炉膛 压力测量装置应用前景分析 图 3 区问 7至区间 8曲线图 罔 _1 区间 9曲线 图 l刳 5 Ig帕】1 0曲 线 圈 定运 行 近 6年时 问 ， 经 受 了长 达一 个 A修 周 期 的 时 间考 验 。该装 置在 免人 工维护 的情 况下 连续 运 行 数年 ． 从 未发 生 过堵 塞现 象 ， 测 压 的灵 敏 度 、 静 态精度 、 动态精度及运行稳定性都能满 足连续运 行的要求。 3 技术推广及应用注意事项 在试验验证 该套 自动补偿式防堵风压测量装 置改造 方 案完全 可行 的 基础 上 ， 分 别 于 2 0 1 3年 6 月及 l 1 月进行 了 1 号／ 2号机 组 炉 膛 压力 取 样 装 置全 面改 造 ， 共安 装该 型压 力测 量装 置 2 0套 。改 造 工作 主 要包括 取样 筒安 装 、 配气 箱安 装 、 静 态调 试和动态调试四项 内容 ． 项 目实施要点具体如下 。 3 ． 1 取样 管 安装 注意事 项 安装 应 保 证 取 样 管 与 水 平 面倾 斜 角 为 4 5 。 ， 材料 为 3 0 4不 锈 钢 ． 前端 低 于后端 。 取 样管 与取 压 点采 用 焊接连 接 。取压 点 应选择 在测 压对 象 的金 属壁体上， 壁体内侧为被测流体 ， 将壁体取压点周 边 厚度 处 理到 1 0 n 2 m， 要 求表 面 平 整 ， 厚 度 均 匀 。 在取压点位置 自金属壁体外侧 向内侧钻一斜孔 ， 斜 孔 与 水 平 面 倾 斜 角 为 4 5 。 ， 力 保 斜 孔 通 径 为 1 5 。将 取 样管前 端插 入 斜孔 中 ， 用公 用 配件 4 5 。 三角板 校 准 取 样 管 前倾 斜 角 为 4 5 。 ， 左 右 不 偏 ， 同时校 准取 样管 插入 斜孔 中的长度 为 5 mm。 3 ． 2 配气 箱安 装 注意事 项 配 气 箱安装 位 置 应 选 择 在 无 剧烈 震 动 、 环境 温 度低 于 7 5 ℃ 、 没有 腐 蚀 性 介 质 、 便 于巡 视 观测 的地 方 。配气 箱 与 水平 面垂 直 安 装 ， 以保证 配 气 箱 内吹扫 流量 的控 制与 显示 正常 。 3 ． 3 系统调试 测压 对象 中的被测 流体 静止 时对 本 产品进 行 的调试 为静态 调试 。测 压对 象 中的被 测 流体流 动 时 对本产 品进 行 的调试 为动 态调 试 。 3 ． 3 ． 1 静态 调试 根据 自动补偿式防堵风压测量装置安装的位 置与配气箱的距离决定吹扫空气压力与流量。推 荐选择吹扫压力设定值 吹扫流量为零时 0 ． 1 ～ 0 ． 2 MP a ， 吹扫 流量设 定 值 1 m ／ h 。 静 态调试 步骤 检 查全 程测 量管 路 的密封 ； 在 确认流 量 计读数 为零 的前 提 下 ， 没 定 吹 扫压 力 至 设 定值 0 ． 2 MP a ； 选 择合适 的 微压计 ． 分 别测 试 吹 扫管位 置 为 9 O 、 1 O O 、 l l 0 、 1 2 O 、 1 3 O 、 1 4 0 IT I F n处 的 变 吹 扫 流 量 特 性 ， 依 次 改 变 吹 扫 流 量 值 0 ． 5 、 0 ． 8 、 1 ． 0 、 1 ． 5 n 1 。 ／ h ． 分 别记 录各 流 量 稳 定 时 的 微 压 计 凑数 。 3 ． 3 ． 2动 态调试 动态调试需分两个阶段进行 ， 具体如下 。 动态 调试 第 一 阶 段 ， 测 试 吹 扫 管 的 “ 动 态 零 位” 选择 吹扫 压力 设 定 值 吹 扫 流 量 为零 时 0 ． 1 ～ o ． 2 MP a、 吹 扫 流 量 设定 值 1 m ／ h 、 动 态 调 零 压 力设 定 值 吹 扫 流 量 为 零 时 一 1 0 0 P a 。在 确 认 流量 计读 数 为零 的前 提 下 ， 用气 源 处 理 组 件 的 调 压手柄调节吹扫输 出压 力至设定值 0 ． 2 MP a ， 凋 节 后及 时锁 定调 压 手 柄 。其 次建 立 “ 动 态调 零 压 龚峻， 等 火力发 电厂 自动补偿 式炉膛压 力测量装置应用前景分 析 6 0 9 力实际设定值” 在确认吹扫流量为零的条件下， 将测 压对 象 的被 测压 力调 到动 态调零 压 力名 义设 定值一 1 0 0 P a 或其附近值并尽力维持稳定 ， 此时被 测压力表的实际读数将作为“ 动态调零压力实际 设定值” 。接着优化调整吹扫管“ 动态零位” 松 开吹扫管上 的锁紧螺母 ， 前后反复移动吹扫管 ， 使 被测压 力表读 数逼 近“ 动 态调零压 力 实际设 定 值” ， 并注意尽力保持锁紧螺母处 的密封 ， 当读数 相对稳定后关闭流量计后的出 口阀， 及 时复查吹 扫流量是否到零 、 动态调零压力实际设定值是否 有变动， 当出现不满意 的变动时就需要按新值重 新 进行 优化 调 整 。最 后机 械 锁 定 吹 扫 管 的“ 动 态 零位 ” 。 动态调试第二阶段测试变工况特性 ， 主要测 试一 1 0 0 P a时的变工况特性 首先建立 “ 被测压力 基准值一 1 0 0 P a ” ， 在确认吹扫流量为零 的条件下 ， 将测压对象的被测压力调到实际被测压力值一 1 0 0 P a 或其 附近并尽力维持稳定 ； 然后测试变吹扫流 量工况 ， 用流量计后 的出 口阀依次调节给定吹扫 流量 ， 0 ． 5 、 0 ． 8 、 1 ． 0 、 1 ． 5 m。 ／ h 。最 后 测 试 变 压 力 工 况特 性 依次调 节 给定测 压对 象 的 被测 压力 在一 2 0 0 、 一 3 0 0 、 一 4 0 0 P a ， 依次 参考前 述两个 步骤进 行 测 试 。 通 过 以上静 态 和 动态 调 试 ， 以验 证 该 测 量 装 置在炉膛压力全量程变化范围内的测量精度 ， 保 证 锅炉 运行 安全 。 4结语与建议 该 厂 1号 ／ 2号 机 组 炉 膛 压 力测 量 装 置 改 造 完 成后 ， 在无 人 工 定 期 维 护 的情 况 下 已连 续 可 靠 运 行 2年 多时 间 。 1 使 用压 缩 空 气 连续 吹扫 ， 主动 防 堵 ， 彻 底 避免了粉尘浓度大和炉膛高温造成的测量筒堵塞 和烧毁 。 2 在一次测量元件上使用压力 自动补偿法 ， 无需在机组控制系统 中进行计算修正 ， 测量精度 不 受 吹 扫 气 源 压 力 、 流 量 影 响 。 当补 偿 流 量 为 l m。 ／ h 时 ， 测 量平 均 误 差 控 制 在 0 ． 4 mm 水 柱 以 内 。 3 结构合理 ， 安装方便 ， 直接在水冷壁鳍片 上 取压 即可 。 4 该装置 中任何元 件故 障都不会影响系统 的正常工作 ， 可靠性高。 自动补偿式 防堵风压测量装 置是 一套先进 、 性能稳定可靠的炉膛压力测量系统 ， 既大幅度降 低 了炉 膛压 力测 量装 置 的维护 工作 量 和人 为操 作 风 险 ， 又提 高 了炉膛压 力 测量 的 可靠性 、 炉膛 压 力 调节品质和炉膛压力保护 的可靠性 ， 从而为锅炉 运行提供了极大 的安全保 证。因此 ， 此项测量技 术具有在火 电厂推广使用 的巨大空间和潜力。 收 稿 日期 2 0 1 6 - 0 6 1 4 本 文 编 辑 赵 艳 粉 国家发 改委 、 国家能源局下发 能源技术革命创 新行动计划 2 0 1 6 --2 0 3 0年 和 能源技术革命重 点创新行动路线 图 能源技术革命创新行动计划 2 0 1 6 --2 0 3 0年 明确 了我 国能源技术革命 的总体 目标 到 2 0 2 0年 ， 能源 自主创新能 力 大幅提升 ， 一批关键技术取得重大突破 ， 能源技 术装 备、 关键部件及材 料对外依存度显著降低 ， 我国能源产业 国际竞争 力 明显提升 ， 能源技术创新体系初步形成 ； 到 2 0 3 0年 ， 建成 与国情相适应 的完善 的能源技 术创 新体 系 ， 能 源 自主创 新 能 力 全面提升 ， 能源技术水平整体达到国际先进水平 ， 支 撑我国能 源产 业与生 态环境协 调可持续 发展 ， 进人 世界 能源技术 强 国行列 。 列举 了包括“ 非常规油气和深层 、 深海油气开 发技 术创 新” 、 “ 煤炭清 洁高效利 用技术创 新” 、 “ 二 氧化碳捕 集 、 利用 与 封存技术创新” 、 “ 先进核能技术创新 、 乏燃料后处 理与高放废物 安全处理 处置技术 创新” 、 “ 氢能 与燃料 电池技 术创新 ” 、 “ 先进 储能技术创新” 、 “ 能源互联 网技术创新” 等 1 5 项重点任务 。而 能源技术革命重 点创 新行动路线 图 则 明确 了上述 1 5项重点任 务的具体 创新 目标 、 行动措施 以及战略方 向。 本 刊 讯