磨煤機一次風量測量裝置改造及應用

何曙勇，李志堅

（神華國華浙能發電有限公司，浙江 寧波 315612）

磨煤機一次風量測量裝置改造及應用

何曙勇，李志堅

（神華國華浙能發電有限公司，浙江 寧波 315612）

為解決因風道布置不合理引起的流場紊亂和難以準確測量風量的問題，對一次風量測量裝置進行改造，將混風道測量裝置由熱導式氣體流量計改為多點差壓，冷、熱風道采用熱導式測量，取得了較好的效果。

一次風速；流量計；改造；風量測量；磨煤機

國華寧海電廠一期工程4×600 MW機組的鍋爐設備采用上海鍋爐廠有限公司引進美國CE公司燃燒技術生產的SG2028/17.47-M9xx亞臨界壓力控制循環鍋爐，制粉系統配置6臺HP-983型中速磨煤機。自機組投產以來，磨煤機一次風流量測量不準的問題一直困擾著機組安全運行。因測量偏差較大，影響一次風量自動調節的正常投入，運行人員也無法及時調整鍋爐燃燒。在機組變負荷過程中，為防止因磨煤機入口一次風量不足、一次風壓力偏低而造成磨煤機出粉不暢，只能維持高風量運行，從而影響鍋爐燃燒與運行的經濟性，同時造成磨煤機與一次風管磨損等問題。為此，電廠一直致力于改造一次風量測量裝置，也考慮了多種方案，但效果均不理想。最終將測量裝置由混風道熱導式氣體流量計改為多點差壓式和冷、熱風道熱導式測量，解決了風量測量不準問題。

1 風量測量裝置原理

該廠磨煤機使用的一次風量測量裝置共有2種類型，分別為美國進口的MT86HT型熱擴散式氣體流量計（以下簡稱熱導式）和國產的多點差壓式流量計（以下簡稱差壓式）。

1.1 熱導式流量計

熱導式流量計的測量原理是基于流體流過發熱物體時，發熱物體的熱量散失量與流體的流量呈一定的比例關系。具體來說，流量計的傳感器有2只標準級的鉑熱電阻，1只用做熱源，1只用來測量流體溫度，流體流過時，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關系，通過儀表可以把這種關系轉換為表征流量的線性輸出。通過測量2個鉑熱電阻之間的溫差△T，可導出溫差和流量的關系。

這種類型的風量測量裝置有以下特點：

（1）用一種穩定性很高的鉑熱電阻傳感器代替體積、溫度、壓力3種傳感器，提高了測量精度及穩定性，在流量計制造過程中無需很高的機加工精度，而此精度在傳統的流量計制造過程中則十分關鍵。

（2）有較寬的量程比，可高達100∶1，遠高于差壓式（6∶1）、渦流式（10∶1），這點對于氣體的流量計量有著無可比擬的優勢。

（3）對氣體潔凈度要求不高，且便于安裝及清潔維護。

（4）壓力損失小，可忽略不計，特別適用于遠距離管道輸送及某些要求管道壓力損失極低的特殊場合。

（5）氣體溫度適用范圍廣，采用溫度自補償設計，介質溫度可達400℃。

1.2 多點差壓式流量計

基于靠背管測量原理，測量裝置安裝在管道上，其探頭插入管內，當管內有氣流流動時，迎風面受氣流沖擊，在此處氣流的動能轉換成壓力能，因而迎面管內壓力較高，其壓力稱為 “全壓”，背風側由于不受氣流沖壓，管內的壓力為風管內的靜壓力，稱其為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，大小與管內風速有關，風速越大，差壓越大。風速與差壓的關系符合伯努利方程，可導出一次風量為：

式中：Q為風量，kg/s；ΔP為差壓流量計差壓，Pa；Px為混風靜壓，Pa；t為混風溫度，℃；S為混風道截面積，m2；k為差壓流量計標定系數。

2 風量測量裝置的改造

機組原設計是在混風道內安裝熱導式質量流量計作為一次風測速元件。在機組投運之初，發現運行中顯示的一次風量偏小，當調節擋板開度增大時，一次風量并不隨之增加，在調節擋板的部分開度區域，風量的變化甚至是反向的，給運行操作和一次風投自動造成困難。

表1是浙江省電力試驗研究院對1號爐5臺磨煤機一次風量測量裝置的標定結果，標定在磨煤機運行狀態下進行，位置選取在磨煤機入口一次風管。

由表1可以看出，各臺磨煤機入口風量與實測風量相差較大，不能滿足現場要求。

經過認真分析，認為導致磨煤機一次風流量測量不準的根本原因是磨煤機冷風與熱風混合的直管段太短，導致冷熱風混合不均勻，流速不穩，測量偏差太大。為此，根據設備廠家的圖紙，先后在1號機和2號機的磨煤機一次風管道上安裝了導流板，目的是增強冷熱風的混合，使測量元件處的溫度混合均勻，但改造效果不佳，未能根本解決測量不準問題。

表1 一次風量測量裝置標定結果t/h

而后在3號機大修時，再次對磨煤機一次風量測量裝置進行改造，將B，D，E，F磨的混風道熱導式流量計移至熱一次風道上。在A，C，F磨煤機上各加裝1套差壓式多點防堵風量測量裝置，測點安裝在磨煤機入口處的混合風管道上。多點式風量測量裝置的差壓變送器信號送至DCS，用于觀察判斷混合風量，不參與自動調節。風量自動仍采用原來熱導式裝置的信號。

改造后對3號機作能耗診斷試驗，磨煤機進口一次風量熱態測量結果見表2。

流量系數為實測流量與DCS表盤流量的比值，可表征在線流量計的測量準確性。由表2可見，B，C，D，E磨煤機的流量系數在0.92～1.0，即表盤流量比實測流量略大。而A，F磨煤機的流量系數明顯偏小，表盤流量偏離實測值較遠，原因可能是A，F磨煤機進口風道結構特點有所不同。兩種流量計實測流量系數比較見表3。

表3 兩種流量計實測流量系數比較

由此可見，磨煤機處于穩定運行工況時，熱導式熱量計的平均流量系數為0．95，其測量精度明顯高于差壓式流量計。

在磨煤機一次風量測量過程中，對差壓式流量計與熱導式流量計的動態準確性進行了比較，結果如圖1所示。

圖1 F磨煤機熱導/差壓式流量計動態特性

對同時安裝了差壓式與熱導式流量計的F磨進行變擋板試驗，在3個小時的時間段內，機組負荷和給煤量保持不變，冷熱一次風門共發生3次變化。時間段1，冷風擋板不變，熱風門關小，此時差壓式流量隨熱風門的開度減小而減小，并在較短時間內達到穩定狀態；而熱導式流量隨熱風門關小也相應減小，但存在明顯的過調現象，經過15～20 min之后才回復并達到穩定狀態。時間段2，冷熱風門同時關小，此時差壓式流量和熱導式流量均減小，但差壓式流量穩定速度更快。時間段3的情況與時間段2類似。

圖2為安裝熱導式流量計的B磨煤機現場測試一個多小時的DCS記錄數據，測試期間機組負荷保持不變，給煤量恒定。在22∶05時，冷熱風門同時開大，其中熱風門開至50%后保持不變，而冷風門迅速開至50%穩定2 min后，再次開大至90%，稍穩定后關小到65%左右。期間，熱導式流量計的測量值隨著冷熱風門開度的變化，呈先增后降并再次上升的態勢，其變化趨勢明顯與實際不符。當熱風門開度穩定、冷風門再次開大時，實際風量增大，熱導式流量計的測量值反而下降；而當冷風門關小、實際風量減小時，熱導式流量計的測量值不降反升，其動態特性存在明顯問題。

圖2 B磨煤機熱導式流量計動態特性

圖1和圖2說明，在磨煤機變工況期間，差壓式流量計動態響應特性較好，而熱導式流量計的動態特性差、響應速度慢、穩定周期長，存在著明顯的超調、過調現象。而且，當風門擋板快速頻繁變化時，熱導式流量計的定性變化規律甚至與實際情況相反。熱導式流量計的這種特性將嚴重影響一次風量的自動控制品質，甚至誤導運行人員，影響制粉系統的安全經濟運行。

通過磨煤機進口一次風量熱態測量試驗，可得出以下結論：

（1）表盤一次風量普遍比實測一次風量略大。受風道布置結構影響，磨煤機A和F的表盤風量與實測風量相差較大，且不同工況下流量系數一致性較差。

表2 磨煤機進口風量系數試驗結果

（2）各臺磨煤機混合風道的速度場與溫度場非常不均勻，冷熱風分層現象明顯，客觀上造成一次風量測量不準。

（3）熱導式流量計穩態下測量精度較高，但動態特性差，穩定速度慢，存在明顯的超調、過調現象，嚴重影響一次風量控制品質。

2008年6月，在3號機小修時再次對磨煤機一次風量測量系統進行改造，在B，D，E，F磨煤機的冷風風道上各增加一套熱導式測風裝置，混合風量為熱一次風量和冷一次風量之和，并在其后的磨煤機一次風量標定中對準確性進行了測量。試驗結果表明，按照這種方式測量的風量較準確，測量響應速度較快，并解決了調節過程中熱導式流量計的測量值反向變化問題。

目前，1、2號爐的所有磨煤機一次風量測量裝置均改為多點差壓式流量計，3號爐根據不同的風道類型，分別采用了熱導式和多點差壓式流量計，具體布置位置見表4。4號爐將熱導式流量計從混風管道移至熱風管道，通過流量換算公式轉換為混風流量，一次風量還存在測量不準問題，有待進一步改進。

表4 3號爐磨煤機一次風測量裝置布置

3 結論

從差壓式流量計與熱導式流量計的對比看,熱導式流量計對風量反應靈敏，能感應到風量的微小變化，反應速度快，符合自動投入的要求。但安裝在混風風道時，易受混風溫度不均勻的影響而導致測量不準。

差壓式流量計的測量主要取決于風壓變化。當風量微小變化時，由于風壓變化很小，差壓式流量計就不如熱導式流量計靈敏，但因為不受溫度變化的影響，因此更適合在混風風道中應用。

1、2、3號爐的磨煤機一次風量測量裝置經改造后，測量準確性明顯提高，冷熱風門的開度變化均能正確反映到風量上，反應速度也較快。從自動擾動試驗來看，已完全能夠正常投入風門自動。一次風量測量裝置的改造也改善了制粉系統和燃燒器噴口的磨損情況，減少了制粉系統的檢修次數，對電廠的節能減排具有重要意義。

[1] 譚杰．磨煤機一次風量測量系統改造[J]．華電技術，2008（2）∶61－63．

（本文編輯：龔 皓）

Improvement and Application of Primary Air Flow Meter

HE Shu-yong，LI Zhi-jian
（Shenhua Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd，Ningbo Zhejiang 315612，China）

Improvement of primary air flow meter is performed in order to solve the problem of flow field disorder and the difficulty in air flow measurement caused by unreasonable layout of air duct.Multipoint differential pressure flow meter is used for mixed air duct instead of thermal conduction flow meter and thermal conduction flow meter for cold and hotair ducts.And desired effectis achieved.

primary air；flow meter；improvement；air flow measurement；coal mill

TK223.25

：B

：1007-1881（2010）10-0043-04

2010-02-05

何曙勇（1975-），男，浙江寧波人，工程師，從事發電廠集控運行工作。