大型鍋爐風量及風速測量裝置的改造和應用

歐艷清，張軍

(大唐湘潭發電有限責任公司，湖南湘潭411100)

大唐湘潭發電有限責任公司 (以下簡稱“湘潭電廠”)300 MW機組1，2號鍋爐為哈爾濱鍋爐(集團)股份有限公司生產的四角直流燃燒器切向燃燒亞臨界一次中間再熱自然循環汽包爐。原一、二次風及制粉系統熱風的風量測量裝置均采用機翼測風裝置，在運行中容易被灰堵塞，無法吹通，即使停爐后進入風道內部也不能將其完全疏通，因此風量保護和送風自動無法投入，測風裝置不正常，使得對運行人員調整燃燒失去指導意義;且機翼測風裝置占據了風道3/4以上的通風面積，風阻很大，運行很不經濟。原粉管風粉混合后的一次風速測量裝置采用普通的靠背管，也存在測量精度低、易堵塞、疏通困難等缺點，平均2～3 d就要吹1次取樣管，嚴重影響一次風速的測量和監視，給運行人員迅速判斷堵管和斷粉帶來一定的困難。隨著各電廠對風量保護和風量自動調節投入要求的提高，風量及風速測量不準、不可靠的問題顯得尤為突出，故對相關的風量及風速測量裝置進行改造很有必要。

1 改造的可行性分析

1.1 常用風量測量裝置比較分析

(1)巴類 (威力巴、阿牛巴)風量測量裝置為壓差型測量方式，是基于皮托管測速原理發展而來的一種流量傳感器。在測量裝置安裝直管段滿足設計要求且不含灰塵的情況下使用情況較好。對于含塵氣流的測量，因其感壓部分是一個帶有感壓孔的小空間，灰塵只進不出，容易造成測量裝置的堵塞。

(2)機翼型風量測量裝置也是一種壓差型測量方式，由機翼和一段矩形風道構成。感壓部分是一個帶有感壓孔的小空間，灰塵只進不出，容易造成測量裝置的堵塞，且因測量裝置占用面積大而導致截流大，風機電耗明顯增加。

(3)風道式文丘里風量測量裝置因信號放大倍數小、阻力大等缺點目前已很少使用。該測量裝置負壓測點取自內文丘里喉部，也很容易堵塞。

(4)熱擴散式風量測量裝置利用傳熱的原理，但加溫棒 (RTD)的升溫或降溫有一個變化的過程，所以它不能及時、快速地反映風量、風速的變化，測量滯后性較大。

(5)全截面插入多點式自清灰風量測量裝置的測量是基于靠背測量原理，測量裝置一次元件插入風道內，當有氣流流過時，迎風面測量氣流的動能 (全壓)，背風面測量氣流的靜壓，全壓、靜壓差的大小與風量之間有相互對應關系，利用這一原理就能正確地測出風道內風量。其計算數學模型如下:

式中 Q為風量值;K為冷態標定試驗后得出的風量測量裝置的修正系數;A為風量測量裝置安裝處的風道截面積 (m2);T為被測風量的風溫 (℃);△P為風量測量裝置輸出的差壓 (Pa);P為被測風量的壓力 (Pa)。

上述數學模型對各風道的風量進行溫度和壓力的實時修正。而且根據各臺鍋爐的設計要求，風量Q的單位可以分別為t/h，m3/h等。

對于混合風或熱風等含塵氣流的測量，要長期準確地測量出管內風量，需重點解決2個問題:測量裝置的防堵塞問題和測量裝置的耐磨問題。全截面插入多點式自清灰風量測量裝置為了解決測量裝置防堵塞的問題，在測量裝置垂直段內設計、安裝了清灰棒，清灰棒在風道內氣流的沖擊下作無規則擺動，能夠起到自清灰的作用，清灰棒的粗細及自重經出廠前的實驗確定，在實驗臺上按照不同項目風道內設計風速 (量)的范圍實驗得出，清灰棒太粗、太細或太重、太輕都不能滿足要求。引壓接頭與垂直管段連接有1根斜管，垂直管與斜管間有節流孔，而引壓管從斜管上引出，能夠起到很好的二次沉灰作用。為了解決耐磨問題，測量裝置一次元件采用Al2O3耐磨陶瓷，經1 850℃高溫燒結而成，具有很強的耐磨能力。其結構如圖1所示。

圖1 全截面插入多點式自清灰風量測量裝置結構示意圖

對于大截面風道風量的測量 (如熱二次風5 000×4 600 mm2)，測量裝置僅有一個測量點是不能滿足測量要求的，為了提高測量的準確性，必須在大截面風道上嚴格按照相關標準在垂直和水平方向采用等截面多點測量，測出大截面風道的平均速度。測量裝置將多個等截面測量點的正、負壓側在風道內進行連接，最后正、負壓側各引出1根總引壓管，再與差壓變送器相連，從而測出該截面上的平均風量。

1.2 可行性分析

為確保鍋爐風速 (量)測量的準確性及風量保護、送風自動的正常投入，決定對風速 (量)測量裝置進行改造。經調研，發現全截面插入多點式自清灰風量測量裝置具有自清灰、防堵塞、防磨損等多項功能，已在國內不同容量、不同類型的鍋爐上得到了成功應用。與其它風量測量裝置相比，插入式多點測量裝置最突出的優點是對直管段長度的要求很低，即使是在完全沒有直管段的情況下也是一種較理想的測量裝置。由于300 MW和600 MW機組風道布置受空間所限制，例如300 MW機組的熱二次風、磨入口混合風、600 MW機組的制粉系統管道 (負荷風、旁路風管道)等沒有足夠的直管段，造成流場冷、熱態差別大，氣流不穩定，進而影響到測量的準確性;另外熱風或混合風均為含塵氣流，其它常用的風量測量裝置感壓體是一個帶有感壓孔的小空間，其灰塵只進不出極易造成堵塞，使得測量元件的堵塞問題難以得到根本解決。

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照國家相關標準，采用等截面多點測量原理測量出截面的平均速度，再根據各測量風道直管段長度、截面尺寸的大小等因素來確定測量點數，而且很好地解決了含塵氣流風量測量中的耐磨問題和堵塞問題，風量測量裝置本身具備了利用流體動能進行防堵塞自清灰的功能，因此不需要利用任何外加壓縮氣體進行吹掃，無論氣體含塵濃度有多大，均可長期免維護運行。

2 改造和應用情況

2004—2007年，將300 MW機組粉管一次風速測量裝置和風量測量裝置全部更換為全截面插入多點式自清灰風速 (量)測量裝置。改造后風速、風量測量準確，測量裝置在運行中不堵塞，運行人員和相關技術人員對改造后的效果非常滿意。改造后鍋爐風量保護長期正常投入，送風自動也經調試、試驗后具備投運條件。由于取消了機翼測風裝置，風道阻力大大降低，風機電流比改造前明顯下降。

湘潭電廠600 MW機組3，4號鍋爐是東方鍋爐股份有限公司生產的DG1900/25.4-Ⅲ型，前后墻對沖燃燒方式、超臨界參數變壓直流燃煤鍋爐，為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、露天布置、全鋼構架、全懸吊結構Π型布置;制粉系統采用雙進雙出磨煤機冷一次風機正壓直吹式系統，每臺爐配6臺雙進雙出鋼球磨，24個煤粉燃燒器。

在基建階段每臺爐的24套磨煤機出口一次風速測量裝置和每臺磨煤機的入口一次風總風量、磨煤機甲、乙側入口旁路風流量、磨煤機甲、乙側入口負荷風流量 (每臺磨煤機5套)直接采用自清灰的風速和風量測量裝置，投產后磨煤機出口一次風速和磨煤機系統的風量測量準確，風量測量裝置不堵塞，機組的燃燒自動和協調控制均正常投入且調節品質合格。

而在基建階段，3，4號爐風煙系統均采用進口威力巴風量測量裝置，且配套安裝了防堵壓力吹掃裝置，但投產后還是存在所有空預器后的威力巴風量測量裝置 (共44套)易堵、堵后吹不通、測量不準確等問題，且現場所有煤層燃燒器二次風流量和燃盡風流量的測點安裝位置風道直管段長度只有3m多，根本不能達到威力巴風量測量裝置安裝對直管道長度的要求。由于上述風量測量不準，導致3，4號爐的風量保護和送風自動不能投運，風量的測量值對運行人員操作失去指導意義，并且增加自動反吹系統，也不能解決問題。因此，在2009年將3，4號爐所有空預器后的威力巴風量測量裝置全部更換為全截面插入多點式自清灰風量測量裝置。改造后各風量測量準確，風量測量裝置在運行中不堵塞，鍋爐風量保護長期正常投入，送風自動經調試、試驗后具備投運條件，運行人員也可根據風量的實際測量值來調整鍋爐的配風，取得了滿意的改造效果。

湘潭電廠300 MW，600 MW機組的風量測量裝置經改造后現已全部采用了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按照標準的網格要求進行多點式布置，且測量裝置本身具備自清灰和防堵塞功能，測量裝置性能可靠且壓損很小，使用至今風量顯示準確、穩定。

3 結束語

湘潭電廠300 MW機組1，2號爐各有經改造后的20套一次風速測量裝置、6套風量測量裝置在役運行;600 MW機組3，4號爐各有經改造后的24套一次風速測量裝置、52套風量測量裝置在役運行。運行情況表明，只要在改造施工過程中嚴格保證風量、風速測量變送器取樣管嚴密不漏，風量、風速測量裝置在運行中就不會堵塞，確保測量準確。在每年的大小修中對變送器進行校驗的同時對風量、風速測量裝置取樣管進行一次常規吹掃即可保證其全年的正常運行。

〔1〕段泉圣.電站鍋爐送風流量測量方法研究〔J〕.電力標準化與計量，2005，52(2):19-21.

〔2〕謝伯達.關于鍋爐吹管系數計算方法的探討〔J〕.熱力發電.2001，30(4):28-29.