炉膛压力煤粉取样器堵灰原因及改进 

     针对电厂一期4×600MW机组炉膛压力煤粉取样器长期堵灰的问题，进行深入的分析研究，并根据煤粉取样器堵灰的原因，提出用吹气测量法进行改造，终取得良好的效果。
1、概述
     电厂一期4×600MW锅炉是由锅炉厂生产的亚临界压力、中间再热、2028t/h单汽包强制循环固态排渣煤粉炉，采用PFD-1(Y)型防堵风压煤粉取样器和变送器测量炉膛压力。风压煤粉取样器装置配有BFC-1-b-a型补偿式风压取样防堵吹扫装置。压力开关共8个，其中6只用于保护，另2只用于报警，变送器共有4只，其中3只参与自动调节，另1只用于监视。自投入商业运行以来，出现过多次因压力煤粉取样器堵灰造成炉膛负压测量不准的现象，影响炉膛压力自动调节及运行人员对锅炉炉膛压力的监视，严重时可能使机组保护拒动或误动，直接威胁到机组的安全稳定运行。
2、炉膛压力煤粉取样器的积灰原因分析
     按照经验判断，煤粉取样器装置堵塞后，在没有完全堵死的情况下，其内的压力会缓慢上升。拆开取样口进行检查，可见防堵煤粉取样器装置内积灰严重。用铁丝将灰捅掉，并且用压缩空气进行吹扫，炉膛负压测量恢复正常。为解决此问题，从多角度出发对煤粉取样器的堵灰原因进行深入分析。
2.1炉内烟气场对负压测点的影响
     图1为锅炉等温模型中各垂直分速和水平分速分布图。由图中可以看出I区的垂直分速不太均匀，其中心的垂直分速理论上是向下的；Ⅱ区的垂直分速逐渐恢复至断层上部，其中心的垂直分速接近零；Ⅲ区的垂直分速较均匀，中心也达到平均垂直分速；IV区在水平烟道处，其水平分
速较大。由于IV区和Ⅲ区之间处于屏区，该区是烟气水平分速和垂直分速交界处，且受屏区的影
响，该区也是一个烟气素流区。在引风机的抽吸作用下，烟气经过折焰角后，在测点位置存在滞
流区域，灰尘不易被烟气带走，反而会充斥在炉墙壁附近，这是该压力取样测点容易积灰的基本因素。
2.2炉膛压力煤粉取样器装置介绍
     电厂一期炉膛压力煤粉取样器装置采用PFD-1(Y)型防堵风压煤粉取样器，安装示意如图2所示。煤粉取样器与炉墙间的夹角为30度左右，也就是与水平角度约为60度，符合规程规定的“与水平角度不得小于45度”的要求。这样设计的目的是，利用煤粉取样器跟水冷壁的夹角a越小，沿煤粉取样器向炉膛内的重力分量F1就越大的力学原理，见图2的力学分析所示：F1=G×cosa可见，根据以上原理分析，当煤粉取样器内出现浮灰的堆积时，浮灰在重力分量F1的作用下，应该会自动滑落至炉膛内，从而达到防堵的目的。但从实际的应用效果看，却根本无法达到这种防堵的效果。原来炉膛内环境较为干燥并且到处充斥着浮灰，浮灰会随着炉膛内烟气的流动发生相互碰撞和摩擦而带上一定量的电荷，这样部分浮灰会相互吸引、沉积并吸附在煤粉取样器内，另外大部分的浮灰是松散状态的，在堆叠过程中出现的不稳定部分会自动散落在其它较为稳定的浮灰周围，这些散落的浮灰又反过来加固了相对稳定的浮灰，时间长了会缓慢堆高并变得稳定。这样的堆积方式，形如山坡上形成的积雪，因为在底部形成一个非常稳定的大钝角三角形结构，当浮灰逐渐堆积起来后，自然形成一个较为稳定的堆积物而不容易滑落，终在取样管内大量沉积堆高进而导致堵塞。
2.3吹灰器对炉膛压力测点的影响
     锅炉长伸缩吹灰器对炉膛负压测点的影响，如如图3锅炉炉膛内烟气混流状况所示。图3中的a和b分别为炉膛上部长伸缩吹灰器(长吹)。根据吹灰器厂家提供的数据，这种IK525型长吹的压力在(0.8～1.5)MPa之间(我公司将其整定在0.8MPa),吹灰时辐射半径在2500mm左右，图3而其与炉膛负压测点相距为2600mm左右，从理论上讲，长吹的运行对测点影响不大。但为了验证吹灰对炉膛压力测点的影响程度，在吹灰结束后打开煤粉取样器的闷头检查煤粉取样器内的积灰情况，发现煤粉取样器内有大量水迹，原本的干浮灰也被打湿灰，粘在煤粉取样器内壁。这是因为吹灰时大量的水蒸汽随炉膛压力的波动进入煤粉取样器内，由于煤粉取样器的温度远低于炉膛内温度，水蒸汽便在煤粉取样器内凝结成水，并被干浮灰吸附，而随后进入煤粉取样器内的浮灰更是迅速覆盖粘在煤粉取样器内部，吹灰器停用一段时间，水分干枯后，形成一个重量如泡沫般的致密固体堵塞在煤粉取样器内。为了进一步说明问题，将煤粉取样器内积灰清理干净后，停用长吹二周，检查炉膛负压煤粉取样器测点受堵的情况，没有发现煤粉取样器内由水和浮灰混合形成的重量如泡沫般的致密固体，但煤粉取样器的底部，仍然有大量的浮灰沉积，这说明吹灰器吹灰加剧了煤粉取样器的堵塞情况，但是吹灰器的停用并不能彻底解决炉膛压力煤粉取样器的堵灰现象。
3、炉膛压力煤粉取样器堵灰的解决方法
     (1)煤粉取样器的改进。根据以上的堵灰原因分析，对煤粉取样器进行了改进：一是将煤粉取样器的外部进行保温处理；二是将煤粉取样器的管径由原来的φ40改为①60。改进后的煤粉取样器积灰情况依然，只是因为煤粉取样器的管径扩大，积灰的时间变得稍微长了点，这种简单的改进方法无法彻底治
理炉膛压力煤粉取样器的堵灰现象。
     (2)为了彻底解决炉膛压力煤粉取样器堵灰的问题，需要对测量方法进行改进。而吹气测量法应该是一种不错的选择，其测量原理如图4所示：
     净化后的压缩空气经过减压阀后，进入恒流器，再经过转子流量计后，以一定流量均匀地送入吹气测量管，当长吹气测量管内气体压力高于其下端到液面的液柱静压时，该吹气测量管下端便连续不断地吹出气泡，由于吹气量很小，在忽略管道阻力等其它影响因素的情况下，可以认为差压变送器的高压腔所受的压力等于长吹气测量管内的压力。由于另外一个吹气测量管插入较浅且不和液体接触，虽然有一定流量的气体通过，但是在忽略了管道阻力等因素影响的情况下，差压变送器低压腔所受的压力就等于大气压力(测量环境在常压时),即不受压力。因此，差压变送器所测量的差压值△P就等于长吹气测量管下端到液面的液柱静压值。这就是吹气测量法的基本原理，该测量原理在真空测量系统中同样适用。
     根据吹气测量法原理改造后的炉膛压力测量系统如图5所示。这里利用了原来的测量取样管道，嵌入安装φ16的仪表管，这样做的另一个好处是，嵌入式的安装取样管路可以起到很好的保温作用，可以防止因吹灰时，蒸汽在取样管路内结露而造成的积灰现象。
     需要说明的就是：由于引压管中的吹扫空气是流动的，所以既要保证吹扫空气在测量管道和煤粉取样器内的压力差△P近似为零，还要克服吹扫管道的阻力，这样才能不影响被测压力的大小，又能保证测量管道的畅通。要做到这一点，就要保证吹扫气流始终恒定不变，同时要进行多次测量才可以实现，出于安全考虑，在风压煤粉取样器装置中应用的自动防堵吹扫装置就是一个很好的选择，因为压力和流速稳定才能使压缩空气吹扫带来的附加误差△E相对稳定且控制在小值。在工程计算时，压力为0.3-0.4MPa时，气体在管中的流速大约为7-8米/秒，通常取6.5米/秒计算。以φ16×2的引压管直径计算，每小时流过气体：流量=截面积×流速，算出气体通流能力大约为4.7立方米/小时，在试验中我们将压缩空气压力减压至0.1MPa,并通入大8升/分钟(0.48立方米/小时)的空气量进行吹扫，由于4.7立方米/小时远大于0.48立方米/小时，测量出的值比实际值仅偏大20Pa左右，这点误差在实际中是可以忽略不计的。而在实际的应用中，我们是以2升/分钟左右的流量进行吹扫就可以达到预期效果，因此带来的测量误差更是微乎其微。
4、煤粉取样器改造后效果
     目前这一改造在电厂一期#3机组在去年12月进行部分煤粉取样器改造至今已接近一年，从来未出现过堵灰现象，且测量准确可靠。这种改造的方法简单，成本低廉，测量准确，现在意逐步推广到其它机组的炉膛压力煤粉取样器当中。