電廠鍋爐常用風量測量裝置的比較與應用

崔玉民

（華能濟寧運河發(fā)電有限公司，山東 濟寧 272057）

0 引言

隨著火力發(fā)電廠自動化水平的不斷提高，各電廠對風量自動調節(jié)投入率的要求也在提高。目前國內(nèi)常用的風量測量裝置類型有：機翼型、文丘里、巴類（阿牛巴、威力巴）、全截面插入多點式自清灰風量測量裝置和熱擴散式等幾種。

鍋爐風量匹配合理，燃燒工況就會明顯改善，并且節(jié)約能源。對于燃燒過程來說，一、二次風量配風不均勻，會造成著火提前、燃燒器燒損、爐膛結渣等情況的發(fā)生。特別是一次風量過大會導致鍋爐滅火和造成燃燒系統(tǒng)的管道磨損，影響機組運行的穩(wěn)定性和安全性。而風量測量對電站鍋爐運行的經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保水平等均有重要作用。

1 常用風量測量裝置原理及特點

目前國內(nèi)常用的風量測量裝置類型有：機翼型、文丘里、巴類（阿牛巴、威力巴）、全截面插入多點式自清灰風量測量裝置和熱擴散式等幾種。上述常用的風量測量裝置除熱制式外，都是采用差壓式測量原理，其感壓體是一個帶有感壓空間，當風管內(nèi)有氣流流動時，風量測量裝置的迎風面感壓空間受氣流沖擊，在此處氣流的動能轉換成壓力能，因而迎面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱為“全壓”，背風面感壓空間由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)的壓力為風管內(nèi)的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓。差壓的大小與管內(nèi)風量（速度）的大小有關，風量越大，差壓越大；風量小，差壓也小，風量的大小與差壓的大小成正比的關系。因此，只要測量出差壓的大小，再找出差壓與風量（速度）的對應關系，就能正確地測出管內(nèi)的風量（速度）。

1.1 機翼型風量測量裝置原理及特點

機翼型風量測量裝置由機翼及一段矩形風道構成，為壓差型測量方式。感壓體是一個帶有感壓孔的空間，機翼式風量測量裝置測量的理論基礎是在充滿流體的管道中，固定放置一個流通面積小于管道截面積的節(jié)流件，則管道內(nèi)流體在通過該節(jié)流件時就會造成局部收縮，在收縮處流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后將產(chǎn)生一定的壓力差。對于一定形狀和尺寸的節(jié)流件、一定的測壓位置和前后直管段、一定的流體參數(shù)情況下，節(jié)流件前后的差壓△P與流量Q之間關系符合伯努利方程。

機翼型風量測量裝置占用面積大，導致截流大，增加了風機電耗，不利于風機的節(jié)能，在熱風道含塵氣流測量中由于感壓孔灰塵只進不出，較容易堵塞。

1.2 文丘里風量測量裝置原理及特點

文丘里效應的原理則是當風吹過阻擋物時，在阻擋物的背風面上方端口附近氣壓相對較低，從而產(chǎn)生吸附作用并導致空氣的流動。把氣流由粗變細，以加快氣體流速，使氣體在文氏管出口的后側形成一個“真空”區(qū)，真空區(qū)靠近工件時會對工件產(chǎn)生一定的吸附作用。

風道式文丘里風量測量裝置因阻力大、信號放大倍數(shù)較小等缺點目前已較少使用，文丘里風量測量裝置為壓差型測量方式，因在負壓測點取在內(nèi)文丘里喉部，很容易堵塞。

1.3 巴類風量測量裝置原理及特點

巴類風量測量裝置是基于皮托管測速原理發(fā)展而來的一種流量傳感器，為壓差型測量方式。感壓體是一個帶有感壓孔的小空間，其灰塵只進不出，慢慢地沉積下來，時間一久就會逐步地堵塞取壓口，隨著時間地推移，堆積的高度越來越高，最終無法正常工作，需要重新吹掃后才能工作運行。所以平時的吹掃維護工作量較大，影響風量投自動，但在直管段比較理想和不含灰塵的情況下使用效果較好。

圖1、圖2、圖3分別是威力巴、阿牛巴、德爾塔巴等的探頭模型圖。

圖1 威力巴流體模型圖

圖2 阿牛巴流體模型圖

圖3 德爾塔巴探頭模型圖

由于電廠的熱風道沒有足夠的直管段，當機組負荷發(fā)生變化時，管道內(nèi)的速度場也會發(fā)生相應的變化，會造成氣流不穩(wěn)定，流場冷熱態(tài)差別大，從測量的準確性來說，對于熱二次風而言僅僅插入一組是肯定不夠的，從而會影響到測量的準確性和自動調節(jié)的投入率。

1.4 全截面插入多點式自清灰風量測量裝置原理及特點

全截面插入多點式自清灰風量測量裝置，在風道截面上嚴格按標準采用等截面多點測量原理，測量截面的平均速度，再根據(jù)各測量管道截面尺寸的大小、直管段長度等因素來確定測量點數(shù)。解決了含塵氣流風量測量中的堵塞問題，風量測量裝置本身具有利用流體動能進行自清灰防堵塞的功能，不需要外加氣體進行吹掃，無論氣體含塵濃度多大，均可長期運行且免維護。與其他流量計相比，插入式多點測量裝置最突出的優(yōu)點是對直管段的要求比較低，在完全沒有直管段的情況下，為一種較好的測量方式。

全截面插入多點式自清灰風量測量裝置是基于靠背測量原理，感壓部件插入管內(nèi)，當有氣流通過時，迎風面測量氣流的動能（全壓），背風側測量氣流的靜壓力（靜壓），全、靜壓差的大小與風量的之間有相互對應關系，利用這一原理正確測出管內(nèi)風量。

對于熱風和混合風中的含塵氣流的測量，要長期準確地測量出管內(nèi)風量，首先要解決的是測量裝置的防堵塞問題。全截面插入多點式自清灰風量測量裝置增設了自清灰裝置，即在測量管的垂直段內(nèi)懸掛了自清灰棒，該棒可以在管內(nèi)氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動，起到自清灰作用，圖4所示。

圖4 自清灰風量測量裝置

1.5 熱擴散式風量測量裝置原理及特點

熱擴散式風量測量裝置有溫度敏感元件，利用傳熱原理，其中加溫棒（RTD）升溫或冷卻有一個過程，所以它的測量滯后性較大，不能快速、及時地反映風速、風量的變化。

圖5 熱擴散式風量測量裝置

熱擴散式風量測量裝置（圖5）只測了一個點的速度，并不能代表整個風道的平均速度，即使經(jīng)過標定，得到修正，但當機組負荷發(fā)生變化時，管道內(nèi)的速度場也會發(fā)生相應的變化，和原標定值不一樣，而標定試驗時也不可能在全部負荷下都做標定，其誤差無法消除。如果采取增加幾個測點的方法，那價格要成倍增加。熱擴散式雖然解決了含塵氣流風量測量中的堵塞問題，但價格較貴。

2 鍋爐測風測量點的布置

按照國家有關全截面測量點的布置規(guī)定，根據(jù)風道的大小進行等截面測量布點，且要求水平和垂直方向都要考慮測量點布置。

例如：對于大截面風道（如熱二次風5 000mm×4 600 mm），僅有幾個測量點是遠遠不夠的，為了提高測量的準確度，應在大風道截面上按國家標準采用等截面多點測量，測得截面的平均速度。測量裝置將多個等截面測量點在風道內(nèi)進行連接，最后正、負壓側各引出一根總引壓管，分別與差壓變送器相連，以測得該截面上的平均風量，圖6所示。圖中“O”表示實際測量點和分布位置，共分成16個小截面，每個截面上都分別布置測量點。

圖6 等截面多點測量測點布置

3 計算數(shù)學模型

式中：Q為風量；K為風量測量裝置系數(shù)；A為風量測量裝置安裝處的面積，m2；T為風量所對應的風溫，℃；ΔP為風量測量裝置輸出差壓，Pa；P為風量所對應的壓力，Pa。

上述數(shù)學模型對各風管的風量進行壓力和溫度的實時修正。根據(jù)各臺鍋爐的設計要求，風量Q的單位可以分別為m3/h，t/h或Nm3/h。

從上述數(shù)學模型中可以看出，風量值與風量測量裝置輸出差壓值之間為正比例的非線性關系。

4 全截面插入多點式自清灰風量測量裝置應用

華能濟寧運河發(fā)電有限公司3、4號鍋爐，由于風道布置受空間限制，改用全截面插入多點式自清灰風量測量裝置，由于在風道截面上嚴格采用標準的網(wǎng)格要求進行多點式布置、且測量裝置本身具備的自清灰和防堵塞功能，壓損很小，裝置性能可靠，取得了良好的使用效果，風量顯示穩(wěn)定。

其中冷一次風量管道尺寸為Ф1 020×4 mm，采用了全截面9點布置，圖7所示。

圖7 冷一次風量管道測點布置

熱二次風量尺寸為5 000mm×4 100mm，采用了全截面16點布置，圖8所示。

圖8 熱二次風量管道測點布置

5 結語

根據(jù)改造后多年的使用情況來看，只要在改造施工過程中嚴格保證了風量、風速測量變送器取樣管嚴密，風量、風速測量裝置在運行中能夠準確測量。現(xiàn)在，只在每年的大小修中，對變送器進行校驗時安排對風量、風速測量裝置取樣管進行一次常規(guī)吹掃，即可保證其全年的正常運行。