燃煤電廠飛灰含碳煤粉取樣器，鍋爐煤粉取樣器裝置常見故障分析

      鍋爐飛灰含碳量是反映火力發(fā)電廠燃煤鍋爐燃燒效率的重要指標(biāo)，實(shí)時(shí)檢測飛灰含碳量將有利于指導(dǎo)運(yùn)行正確調(diào)整風(fēng)煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；合理控制飛灰含碳量的指標(biāo)，有利于降低發(fā)電成本，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)測量飛灰取樣采用撞擊法進(jìn)行，取樣代表性及采樣精度差。而無動力自抽式采樣方法，運(yùn)用伯努利方程特性，實(shí)現(xiàn)無需外加動力的邊界取樣方式，取樣代表性好，無現(xiàn)場灰樣污染。本文就此取樣方式的原理及使用維護(hù)進(jìn)行闡述，并就現(xiàn)場常見故障問題進(jìn)行了分析改造，提升了煤粉取樣器，鍋爐煤粉取樣器裝置的使用效率。
1、概述
      燃煤發(fā)電廠鍋爐在運(yùn)行過程中，對燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行取樣測量其含碳量百分比，飛灰含碳量能反應(yīng)燃煤鍋爐燃燒效率的，有利于指導(dǎo)運(yùn)行正確調(diào)整風(fēng)煤比，提高鍋爐燃燒控制水平；通過實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐飛灰含碳量，及時(shí)調(diào)增鍋爐運(yùn)行參數(shù)，可在一定程度上降低發(fā)電成本，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
      鍋爐飛灰含碳量在線檢測裝置在指導(dǎo)電廠安全運(yùn)行、節(jié)約燃料成本、降低煤耗、包括產(chǎn)生環(huán)境效益等方面發(fā)揮了越來越重要的作用。
      傳統(tǒng)煤粉取樣器，鍋爐煤粉取樣器裝置為撞擊式取樣，即在鍋爐現(xiàn)場的空預(yù)器出口煙道的開出符合要求的孔洞，焊接直管道，利用灰樣自身的重力，在取樣直管段沉積的特性實(shí)現(xiàn)灰樣收集。傳統(tǒng)采樣方式因取樣原理的限制，故取樣顆粒偏大，取樣代表性不足且灰樣滯后，難以準(zhǔn)確反應(yīng)鍋爐燃燒工況。
      目前的燃煤電廠鍋爐多采用無動力、自抽式等速取樣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對飛灰含碳量的實(shí)時(shí)在線取樣、取樣代表性好。
2、煤粉取樣器，鍋爐煤粉取樣器裝置原理及應(yīng)用
      目前國內(nèi)300MW機(jī)組以上鍋爐空預(yù)器出口設(shè)計(jì)兩個(gè)煙道排放煙氣的特點(diǎn)，飛灰在線測碳裝置設(shè)計(jì)均采用兩套獨(dú)立的飛灰取樣器裝置。
2.1煤粉取樣器，鍋爐煤粉取樣器裝置原理
      飛灰含碳取樣裝置根據(jù)伯努利方程特性原理（見圖1）。在取樣調(diào)節(jié)噴嘴處形成相對與吸氣嘴處更低的壓力。從而形成吸氣嘴→旋流集塵器→調(diào)節(jié)噴嘴→引射管的飛灰和氣體的混合物流向。而飛灰經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的旋流集塵器內(nèi)進(jìn)行旋流，實(shí)現(xiàn)飛灰的收集。裝置取樣時(shí)，自動取樣切換閥關(guān)閉。不取樣時(shí)，自動取樣切換閥打開與大氣相同，因煙道內(nèi)為負(fù)壓，大氣通過旋流集塵器→調(diào)節(jié)噴嘴→引射管達(dá)到反吹效果。
      通過控制噴嘴的調(diào)節(jié)控制引射力的大小，從而控制抽取速度與煙道內(nèi)煙氣的流速相等，從而達(dá)到“等速取樣”的效果，所取灰樣具有代表性。
圖一：采用伯努利方程原理的飛灰含碳取樣器裝置
2.2現(xiàn)場應(yīng)用
      2.2.1煤粉取樣器，鍋爐煤粉取樣器裝置現(xiàn)場的安裝在空預(yù)器出口與除塵器之前煙道，一般選擇在垂直煙道或水平煙道直管段上。特殊情況下也可安裝在空預(yù)器入口煙道。但要滿足在煙道內(nèi)取樣點(diǎn)處，迎著氣流方向上，距離取樣吸嘴前后不能有障礙物（如隔板，大型支撐梁等），在距離取樣嘴其它方向上0.5米內(nèi)不能有導(dǎo)流板。
      2.2.2飛灰含碳取樣裝置安裝在空預(yù)器出口垂直煙道處。煙道開孔焊接連接法蘭，取樣裝置插入煙道內(nèi)，將圖1連接板固定連接法蘭盤上。現(xiàn)場連接法蘭盤超出空預(yù)器煙道保溫層20cm。
      取樣原理決定了裝置在安裝是需保證吸氣嘴→取樣管→旋流集塵器→排氣管間回路與大氣壓的隔絕，故相關(guān)部件內(nèi)部在保證通暢的同時(shí)，連接處需密封完好。
3、煤粉取樣器裝置主要故障及解決方法
      采用全自動飛灰取樣器裝置4年多，在使用過程中，不斷地總結(jié)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，逐步改造完善設(shè)備功能，使設(shè)備可靠性了很大的提升。煤粉取樣器裝置使用過程中，主要的故障表現(xiàn)為“堵”和“漏”，即取樣回路的堵塞和相關(guān)元器件的磨損穿孔。
      燃煤電廠空預(yù)器出口處煙氣溫度達(dá)到110~150℃之間，而現(xiàn)場的室外環(huán)境溫度與排煙溫度相比有很大的溫差。因此含水分的高溫灰氣混合煙氣在接觸到溫度相對較低的取樣管路管壁時(shí)，會瞬間的冷凝并與灰樣在管壁逐步粘結(jié)形成阻塞。當(dāng)不取灰樣時(shí)，氣路與大氣想通，室溫氣源進(jìn)入氣路，其中的水汽也會與灰氣混合粘結(jié)管壁。而部分部件在較高的溫度環(huán)境下，對高速高溫?zé)煔獾臎_刷磨損耐受力也會有一定程度的下降。在長時(shí)間的工作后會被磨損變薄、甚至斷裂。堵塞和磨損并非發(fā)生在全部位置，而是根據(jù)現(xiàn)場的工作環(huán)境，出現(xiàn)在相應(yīng)的位置上。
      3.1煤粉取樣器裝置煙氣回路的堵塞集中發(fā)生在取樣管根部，位于連接板和旋流集塵器間部位。堵塞出現(xiàn)在連接板左側(cè)5cm~右側(cè)10cm約15cm的范圍內(nèi)。而調(diào)節(jié)噴嘴與引射孔之間部位為另一堵灰點(diǎn)。不難發(fā)現(xiàn)，此兩處皆為冷熱交匯的集中部位。
      3.1.1盡量減少連接法蘭的長度，以不影響法蘭盤與連接板的安裝為基礎(chǔ)。使取樣裝置適當(dāng)內(nèi)嵌至保溫層一定深度，經(jīng)過機(jī)械傳熱保持設(shè)備的溫度，減少溫差。并定制適當(dāng)功率及大小形狀的加熱裝置對取樣管根部、旋流集塵器和排氣管局部進(jìn)行加熱。進(jìn)一步縮小設(shè)備與煙氣的溫度差異。保證這兩次堵點(diǎn)的溫度緩降，達(dá)到煙氣中水汽不凝結(jié)，通過引射回流至煙道的目的。
      3.1.2針對不取灰時(shí)大氣進(jìn)入回路導(dǎo)致的粘結(jié)灰樣現(xiàn)象，在自動取樣切換閥前加裝一套帶自限溫的空氣過濾預(yù)熱單元。達(dá)到過濾空氣的水汽并加熱空氣的效果。當(dāng)不取樣時(shí)，加熱后的干燥空氣通過調(diào)節(jié)噴嘴→引射管時(shí)，由于溫降較小、水汽含量低、徹底解決了不取樣時(shí)的粘結(jié)灰樣現(xiàn)象。
      3.2而煤粉取樣器裝置漏點(diǎn)則集中在排氣管90°轉(zhuǎn)折位置和取樣管迎煙氣方向。針對磨損點(diǎn)，則定制方案和防磨材料。在材質(zhì)選擇上選用304不銹鋼材料，并在飛灰取樣器迎煙氣方向、排氣管90°轉(zhuǎn)折位置加裝防磨陶瓷，達(dá)到防磨效果，延長使用壽命。
      經(jīng)過上述的優(yōu)化和改進(jìn)，煤粉取樣器裝置的堵塞周期從原來的2個(gè)月延長至現(xiàn)在的12個(gè)月。而設(shè)備部件的平均使用壽命則由原來的1年左右延長到了目前的3年多。
      針對飛灰含碳取樣器裝置的故障分析和處理時(shí)成功的，減少了設(shè)備的維護(hù)量，提高了可靠性，保證飛灰的正常取樣。