手摇式螺旋飞灰取样器装置在锅炉上的应用分析 

       手摇式螺旋飞灰取样器装置在锅炉上的应用分析，锅炉烟气飞灰取样器装置是监测锅炉燃烧效率的重要设备，取样正确与否关系到锅炉的经济运行。分析了目前各燃煤电厂锅炉飞灰取样器装置存在的弊端、原因及改进方向。着重介绍了漳平电厂将锅炉“撞击式飞灰取样器装置”改造为“手摇式螺旋飞灰取样器装置”的方案和方法，以及改造后的应用与比对试验情况。
      燃煤锅炉是工业生产中的重要设备，尤其是燃煤发电厂燃料成本占发电成本的70%,因此，锅炉的经济运行显得尤为重要。锅炉主要热损失是排烟损失q?和机械不完全燃烧损失q,排烟损失q?可挖掘潜力已不多，大部分燃煤电厂把提高锅炉效率的重点放在降低机械不完全燃烧损失q?上，判断机械不完全燃烧损失q?的主要指标是锅炉飞灰中的可燃物含量。为了判断燃煤锅炉的燃尽情况，各厂在锅炉尾部烟道均装有飞灰取样器装置，对烟气中的飞灰进行取样，后将灰样化验并计算出飞灰中的可燃物含量，再依据可燃物含量来判断燃煤锅炉的燃尽程度及燃烧效率，为锅炉节能降耗提供依据。因此，飞灰取样器装置能否准确取样至关重要，它是观察锅炉燃尽情况的眼睛，是锅炉一个重要装置。
2目前国内飞灰取样器装置使用情况及存的问题
      目前，国内大部分燃煤锅炉的飞灰取样器装置基本上采用简易的“撞击式飞灰取样器装置”,漳电公司也是采用这种装置（连云港市宏琦电力辅机有限公司生产的手动螺旋式煤粉取样器、等速飞灰取样器装置、固定式煤粉取样器装置质量有保证），结构如图1所示。该飞灰取样装置具有结构简单的优点，但由于该装置的取样头里的气流是不流动w=0,与来流w?不一致，来流在流经取样头时将流向外侧绕过取样头，如图2所示。而飞灰中可燃物(炭颗粒)与纯灰的质量相差很大，经漳电公司业技术人员测试，纯灰的密度为2.3t/m3,未燃尽的炭颗粒密度为1.1t/m3,在惯性力的作用下，密度大的颗粒易冲破流线进入取样头，密度小的颗粒则易被烟气带走流向外线，造成取样偏差，测量得到的飞灰可燃物数据偏小很多。
      经该公司比对试验，相对误差达40%以上，且无规律，难以用修正系数来修正，取样结果缺乏代表性和科学性，常出现自相矛盾的数据。如依据此数据来判断或计算燃烧效率，将误导运行人员对锅炉燃烧工况调整，同时也会误导各种实验、检修、技改的结果和决策。为提高飞灰取样的代表性，有些企业将“撞击式飞灰取样器装置”改为“旋风子式等速取样装置”,使样灰的代表性得到大幅度提高，但由于其还存在分离效率问题，还有部分质量较小的飞灰(主要为炭颗粒)仍较难捕捉下来，在一定程度上仍会影响飞灰取样的代表性，还可能会造成抽气泵损坏及环境污染。
3改造方法
3.1锅炉设备简介
      锅炉为东方锅炉厂生产的DG1025-17.4-Ⅱ18型，锅炉是亚临界参数国产化循环流化床汽包炉，自然循环，单炉膛，一次中间再热，汽冷式旋风分离器，平衡通风，压力平衡点位于炉膛出口处。露天布置，燃煤，固态排渣，受热面采用全悬吊方式，钢架为双排柱钢结构。除灰为电袋除尘器。设计燃用闽西本地无烟煤。锅炉主要技术参数见表1。
表1锅炉主要技术参数
锅炉主要参数 单位 B-MCR
(高连续负荷) B-ECR
(额定负荷) 高加切除
汽包压力 MPa 18.72 18.72 18.72
过热蒸汽流量 t/h 1025 945.6 786.53
过热蒸汽压力 MPa.g 17.4 17.4 17.4
过热蒸汽温度 ℃ 540 540 540
再热蒸汽流量 t/h 839.222 773.636 770.269
再热蒸汽进/出口压力 MPa.g 3.817/3.622 3.518/3.338 3.55/3.369
再热蒸汽进/出口温度 ℃ 326.7/540 317.9/540 326.2/540
给水温度 ℃ 280.6 275.1 177.9
3.2确定改造方案
      为了克服“撞击式飞灰取样器装置”及“旋风子式等速取样装置”的不足，我公司相关技术人员对各种飞灰取样器装置进行认真研究及比较，认为飞灰取样要有代表性，一定要采用等速取样方法，同时，也要克服“旋风子式等速取样装置”的不足，着重从分离装置上进行研究及优化，自创出一种新的锅炉飞灰取样器装置——手摇式螺旋飞灰取样器装置，它的特点是将“旋风子式等速取样装置”的分离装置加以改造，在内部增加了一道布袋分离装置，将两种不同方式的分离器有机地结合起来，成为旋布式分离器。抽气的动力源力求简单，利用飞灰取样点处烟道与引风机进口挡板前处烟道之间有1000~1200Pa压差做抽气的动力源，抽气管路接到引风机进口挡板前。装置系统阻力是成功的关键，为了减小系统阻力，选择抽气管及取样枪枪管管径为取样枪枪头口径的2倍和1.2倍，旋布式分离器设计阻力≤700Pa,保证抽气的动力有20%的余量作调节。
3.3装置主要结构
      该手摇式螺旋式飞灰取样器装置主要由四部分组成(见图3)。一部分为取样器装置，主要由取样枪及连接管路组成。取样枪枪头采取变截面设计，降低枪管内烟气流速，自动补偿枪头进口段总阻力损失，可实现静压零位等速取样；取样枪另一端通过连接管路与旋布式分离器进口斜管相连。二部分为分离装置，是该装置的主体，主要由旋布式分离器、灰样桶及进出口控制阀门组成。旋布式分离器外腔为旋风子分离器，内腔为布袋分离器。旋布式分离器上部与抽气、吹气管路相连接；下部与灰样罐相连接。三部分为抽气、吹气管路及控制阀门组成。四部分为测量仪表(“U”型差压计、出口压力表),主要作用是对设备各部位的工作压力进行监测，为使用人员的调整操作提供依据。
      1—尾部水平烟道：2—不锈钢取样枪；3—枪头；4—压力取样管：5—橡胶管；6—“U”型测压计；7一进口斜管；8—旋布分离器：9一外圈：10—内圈；11—外腔；12—内腔：13—滤布袋；14—滤袋架：15一端盖；16一下法兰；17—上法兰；18一连接螺栓；19—滤袋架短节；20—压力表；21一下锥体；22—灰样罐；23—进样门；24一取样门；25一引出管；26—抽气控制阀；27一抽气管：28一吹扫管；29一吹扫控制阀。
3.4手摇式螺旋式飞灰取样器装置设备工作原理
      利用锅炉引风机或抽气泵的负压做动力源，通过管路、控制阀门及旋布式分离器将负压传递至飞灰取样枪头处，烟道里夹带着飞灰的烟气在负压作用下进入取样枪，调整抽气控制阀开度让“U”型差压计指标为“0”,使飞灰取样枪枪头进口处的烟气流速与烟道里的烟气流速达到一致，达到等速取样状态；烟气经管路引入旋布式分离器，先在外腔，在旋风子分离器处进行离心气、灰分离，此时分离下来主要为粗颗粒的飞灰；后烟气又进入内腔，又在布袋分离器处进行二次气、灰分离，此时分离下来主要为细颗粒的飞灰。在需要取灰样时开启吹扫控制阀，对布袋分离器进行反吹清灰。锅炉负荷变化时，引风机进口挡板前的负压及取样点烟道负压会随着锅炉负荷的变化而同步变化，即负荷高，负压大；负荷低，负压小，基本保持飞灰取样点处烟道与引风机进口挡板前处烟道之间差压不变，形成了自调节功能，负荷变化时不需对装置等速状态进行调整。通过两级分离器的高效分离，使整个飞灰分离效率接近100%,进一步提高了飞灰取样器的代表性。
3.5手摇式螺旋式飞灰取样器装置安装及使用
      我公司于2013年9月～10月，利用锅炉检修机会在#5锅炉左右烟道上各安装了一套手摇式螺旋飞灰取样器装置，同年12月开始投入试用。试用期间对装置系统各点压力进行测量，旋布式的阻力约为600Pa,整个系统阻力约为700Pa,与设计预期相符。2014年3月底~4月初组织技术人员进行比对试验，试验结果装置取样的准确性有了大幅度提高。同年4月中旬，利用该装置对锅炉进行燃烧调整试验，该装置较真实地反映锅炉飞灰可燃物的情况，在试验中摸清锅炉许多原先无法弄清的燃烧工况情况，使运行人员燃烧工况调整有了方向，经燃烧优化调整，锅炉降低飞灰可燃物约3%,提高锅炉效率1.55%,降低供电煤耗5.9g/kw,h。
3.6误差比对试验
      手摇式螺旋飞灰取样器装置投入试用后，为了更全面了解、掌握及验证该装置的性能，我公司组织相关技术人员于2014年3月底至4初，对该飞灰取样装置进行了比对试验，试验共进行12次。
3.6.1试验方法及试验
      经分析，储灰仓是收集锅炉电袋除尘器除下来的飞灰集中地，在灰仓中取的灰样应有很高的代表性，可做为比对试验的“真值”。试验过程中定时对“手摇式螺旋飞灰取样器装置”、原有的“撞击式飞灰取样器装置”、“灰仓”三个地点同时进行取样，后由化学分析班化验出飞灰中可燃物含量.
3.6.2误差计算及分析
      依据上表数据计算“撞击式飞灰取样器装置”、“手摇式螺旋飞灰取样器装置”各自对锅炉飞灰取样的准确性情况如下：撞击式飞灰取样器装置绝对误差为10.65%-19.94%=-9.29%;相对误差为-9.29÷19.94×100%=-46.59%手摇式螺旋飞灰取样器装置绝对误差为19.01%-19.94%=-0.93%;相对误差为|-0.93÷19.94×100%—4.66%从计算结果看，“撞击式飞灰取样器装置”的取样误差极大，准确性很差：而“手摇式螺旋飞灰取样器装置”的取样误差只有“撞击式飞灰取样器装置”取样误差的1/10,准确性得到大幅度提高。
      从试用到误差比对试验，及燃烧调整试验的现场应用和试验结果看，手摇式螺旋飞灰取样器装置大大提高了锅炉飞灰取样的代表性、真实性，能较好地满足运行人员对锅炉燃烧的工况调整，有较好的应用价值，尤其是适用于循环流化床锅炉以及飞灰电可燃物较高的锅炉的飞灰取样。