利用连续吹扫自动补偿压力测量方式解决煤粉分离器压力测点堵塞问题的探索

英正飞

（华润电力（常熟）有限公司，江苏 常熟 215536）

图1 最初的电动方式防堵取压装置Fig.1 The original electric way anti-blocking pressure-taking device

0 引言

华润电力（常熟）有限公司1/2/3 号机组锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克能源公司技术生产的HG1980/25.4－YM1 型超临界参数变压运行直流锅炉，设计煤种为大同或神府煤矿的烟煤。

锅炉研磨系统为正压直吹式制粉系统，对冲燃烧方式，配备4 台上海重型机器厂生产的双进双出型钢球磨煤机，前后墙各布置4 层三井巴布科克公司生产的低NOX 轴向旋流燃烧器（LNASB），每层各有8 只，分别对应于4 台磨煤机。正常运行中根据负荷情况分别运行3 台或4 台磨煤机，每台磨煤机有双进双出、单进双出和单进单出三种运行方式，灵活可靠。

煤粉分离器压力测点经常堵塞，采样电动防堵取样装置效果不好，仍经常发生堵塞的情况，每次只能等磨煤机停运手动清堵，给日常维护带来很大的工作量。

因此，找到一种成本更低、不堵塞、安全可靠、完全免人工清理维护的煤粉分离器压力测量方式成为一个探索研究课题。

1 连续吹扫自动补偿防堵取压装置的工作原理

1.1 项目必要性

煤粉分离器压力是磨煤机运行的重要监视参数，在锅炉的安全、经济运行中起着重要作用。

煤粉分离器压力取压管路改造前采用电动防堵压力取样装置。主要由电动机、减速器、定时器、轴承、螺旋杆等组成，工作中由电动机带动螺杆定时转动来清除取压管道中的煤粉。电动防堵取压装置的各个运动部件容易发生故障，特别是螺杆经常发生断裂现象，其防堵方式是被动的。

如果能找到一种主动的防堵方式，避免煤粉进入到压力取样装置中，从而彻底解决堵塞问题，这对提高设备可靠性、减少维护工作量和降低维护成本具有直接和间接的意义。

1.2 工作原理

最初的电动方式防堵取压装置如图1 所示。

步进电机带动螺杆转动，将进入压力取样装置中的煤粉推回到煤粉分离器中。实际运行时，因呼吸现象，煤粉不仅在主通道中存在，在整个取样装置中都会充斥着煤粉。步进电机、轴承、螺杆长时间运转后都是故障点，特别是螺杆阻力大时经常会发生断裂。原防堵取压装置不仅防堵效果不理想而且故障频发，维护工作量大。连续吹扫自动补偿防堵压力取样装置如图2 所示，主要包括：带压力补偿功能的取压管及配气箱两部分。

连续吹扫自动补偿防堵测量装置的基本工作原理如图2 所示，使用仪用压缩空气对压力取样装置进行连续在线吹扫，彻底杜绝煤粉进入取压装置中，达到可靠防堵的效果。装置能够自动补偿吹扫流量带来的压力变化，使测压位置（B）处的测压值与取压位置（A）处的真实压力值相等，达到精确测量的目的。

图2 中的A 与L 是压缩空气连续吹扫通道上的两个部分，其中L 为真实压力取压位置截面，A 为吹扫管出口测压位置截面。由伯努利方程可得：

式（1）中，Δpx为A ～L 截面之间的阻力损失。

由于A、L 两截面气体的流动差、密度差均可以忽略，所以：

故式（1）可简化、改写成：

图2 连续吹扫自动补偿防堵压力取样装置Fig.2 Continuous blow-sweep automatic compensation anti-blocking pressure sampling device

表1 静态数据测试试验Table 1 Static data test

由式（3）可知，只要使得：

就能实现A 截面的压力测量相当于L 截面的炉内真实压力的测量，即：

由于可以近似认为：

所以由流量连续方程可推出：

另一方面，由流体力学阻力计算方法表明：A ～L 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Δpx可用下式表达：

将式（6）～（8）代入式（4），经初步整理后可得：

对式（9）进一步化简后可得有效补偿条件：

式（1）～式（10）中：PA、PL分别为A、L 截面的压力；ρA、ρL分别为A、L 截面吹扫气体的密度；VA、VL分别为A、L 截面吹扫气体的流速；HA、HL分别为A、L 截面位置的标高；Z 为A ～L 吹扫段总等效阻力系数；SA、SL分别为A、L 截面的通流面积；g 为重力加速度。

由式（10）可知：有效补偿条件与吹扫流量无关。因此，测量效果不受气源压力、气体流量变化的影响。

压力自动补偿的实现方法：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（10），最终使得取样点压力（PA）的测量相当于炉内真实压力（PL）的测量。

根据以上自动补偿式防堵压力测量装置工作原理和数据分析，从理论上保证了该装置压力测量结果不受吹扫气体流量和吹扫气源压力变化的影响。因此，可以将传统压力测量方法变为带连续自动吹扫功能的测量方法是可行的，这可以确保测量信号的准确性和稳定性。

2 装置改造后的试验数据

装置安装完毕后，为了实际验证吹扫气体在不同工况下压力和流量下对压力测量装置测量精度的影响，进行了静态数据测试试验。

实际运行时只要保证压缩空气始终向煤粉分离器内部流动即可起到防堵效果。运行时压力设置在0.2 MPa，吹扫流量设置在1m3/h。实际运行时吹扫压力和流量是波动的，甚至有可能误动作，通过现场试验可知，只要吹扫流量不超过2.0m3/h，测量精度是可以满足要求的。将压力表和流量计都开到上限时最大误差为-63Pa。

2019 年5 月对2 号炉C 磨煤机防堵取样装置进行了改造，通过两个月运行该装置在免人工维护的情况下，取压管路未发生过堵塞现象，压力测量的灵敏度、准确度及运行稳定可靠性都能满足连续运行的要求。

3 结束语

2 号炉C 磨煤机煤粉分离器压力测量装置改造完成后，在免维护的情况下已连续可靠运行两个多月。有以下几方面优点：

使用仪用压缩空气在线吹扫，主动防堵，彻底杜绝了煤粉进入到取压装置中，做到了完全免人工吹扫维护。

其压力补偿是在一次元件完成，无需在控制系统中进行计算修正，测量精度不受仪用压缩空气压力、流量影响。当吹扫压力0.2Mpa、吹扫流量小于2m3/h 时，测量误差不超过2Pa。

改造工作量小，安装方便，将原有电动式防堵压力取样装置拆除后，利用原有法兰换成现有取压管即可。

连续吹扫自动补偿装置因没有转动部件，设备的可靠性大为提高、减少了设备维护的工作量、降低了设备维护成本。

采用连续吹扫自动补偿的方式测量煤粉分离器压力，通过改造证明：是一套先进、性能稳定可靠、实用性强的压力测量系统，可以在同类型火电机组和应用环境下推广使用。