燃煤鍋爐一體式風速測量裝置的實現及效果

周義剛王 森 周連升王桂林邊 疆

（1國網天津市電力公司電力科學研究院 天津 300384 2天津市電力科技發展有限公司 天津 300384）

引言

風粉兩相流體存在于燃煤鍋爐的燃料制備和輸送過程中，需要進行連續不間斷的監測，以保證維持正常的流速范圍，不發生堵塞等影響安全運行的問題及各輸送風粉管道的風速分布不均產生。

目前，在電站鍋爐風粉混合物流速的在線和移動測量方法中普遍采用的是將多種型式的靠背管深入到風粉管道的中心進行測量，雖然型式多樣，但測量原理是一致的，采用多種形式的目的是由于兩相流中含有較高濃度的粉塵或煤粉，測量過程中容易發生測量端的堵塞，而采用防堵的措施。測量元件出口的全壓和靜壓端的壓力信號通過傳壓管傳遞到現場布置的測量儀器中，通過測量儀器計算得出各路風速和風量值。采用現在的測量模式進行電站鍋爐風速測量，不僅由于現場布置測量設備和附件管路復雜，需要較多的工作人員，測量時間長，而且在測量過程中，極易發生漏粉的情況，造成環境污染，對測量人員的健康造成危害。

在流速和流量測量領域，國內外都朝著設備的高集成度和高精度測量、便攜性強、易使用的方向發展，單一設備和較少的測量人員即可完成測量工作。該套測量系統就是基于這種理念下進行開發的設備，主要作用是針對燃煤鍋爐的兩相流風速進行測量和燃燒調整，以期達到優化爐內動力工況，提高燃燒效率，減輕局部結焦，減少爐膛熱力型NOx的產生。

專業測量人員使用一體式兩相流風速測量裝置的能將鍋爐各角的風量精細調整調整到基本一致的狀態，使鍋爐燃燒區域的風速和煤粉濃度分布更加合理，提高了鍋爐運行的安全性、經濟性和環保性。

1 測量設備主要設計參數

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2 測量原理及裝置組件構成

分析軟件通過Com口接收差壓數據和溫度數據，根據多址區分多路終端的數據。差壓與風速的關系根據伯努利方程計算得出

其中V為風速，△P為差壓 (通過傳感器測量得出)，γ0為介質密度，K為校核系數，通過低速環形風洞進行標定得出）。

測量裝置由殼體、差壓傳感器、電路板、電磁閥、數據模塊、鋰電池組、無線傳輸天線、電源開關、反吹掃按鈕、指示燈等組件構成。

3 測量裝置功能

一體化風速測量裝置由1個服務端設備和4個終端測量設備構成。

3.1 終端設備

終端中采用2種傳感器，一種是用于測量風速的微差壓傳感器，另一種為測量介質溫度的熱電阻傳感器。測量裝置的基本原理是通過微差壓傳感器檢測壓力信號，根據差壓信號通過計算得出風速數據，同時輔以熱電阻傳感器實時檢測溫度補償風速計算，以提高風速測量結果的準確度。

微差壓傳感器在測量過程中存在“漂移”現象，因此在電路設計中增加自動漂零補償電路來消除傳感器的“漂移”問題。測量終端電路設計見圖1

測量終端的射頻發送板實現信號的采集、處理、發送，信號傳輸距離達到800米。

圖1 測量終端電路設計框圖

測量前端工作在兩相流的風煤環境中，長時間使用會發生感壓孔的堵塞，影響測量數據的準確性。為此測量裝置在終端內設計了反吹功能，利用外置氣泵定時或不定時吹掃傳壓管，保證測量裝置連續正常的工作。

3.2 服務端設備

服務端采用便攜式計算機和無線串口服務器組成，用于接收測量終端采集的數據并計算風速，風量等參數，控制反吹閥工作，并生成測量報告。測量、采集、計算分析、統計導出見流程圖及界面圖2

圖2 一體式兩相流風速測量裝置工作流程及界面圖

3.3 優化校準

一體化風速測量裝置組裝完成后，在低速環形風洞實驗室，使用L型標準皮托管和HM7750高精度電子微壓計進行多次校準，校準數據曲線見圖3通過多次校準修正系數，測量裝置測量準確度達到現場實用效果。

圖3 風洞實驗校準曲線

圖4 一體化風速測量裝置現場測試應用

3.4 應用效果

使用該測量裝置在天津軍糧城熱電有限公司亞臨界機組的燃煤鍋爐進行磨煤機風粉管道風速調平的使用。每臺中速磨煤機布置有四根一次風粉管道，便攜式一體化風速測量裝置安裝在豎直的直管段上，測量系統的布置及連接見圖4,通過對編號為E的磨煤機進行多次測量和調整。測量結果見表1。

表1 E磨煤機一次風速調平前測量數據表

從測量結果看出，#1粉管的風速過低，偏差為-11.12%，#4粉管的風速過高，偏差為6.44%，均高于±5%的范圍，經過調整后重新進行測試，測試結果見表2。

表2 E磨煤機的一次風速調平后測量數據表

從測試結果可以看出，經過調整后，各粉管的風速偏差均在±5%之內，滿足風速偏差要求。

結語

實現了兩相流風速測量裝置的便攜式和一體化的結構設計，采用反吹和信號采集的無線傳輸方式保證了探頭連續測量和數據的自動記錄，比使用普通測速管和電子微壓計組合有不可比擬的優勢，節省了測量時間和人員數量，提高了測量效率，降低了周圍空間環境的煤塵污染。

通過現場實際使用，具備了為燃煤鍋爐燃燒優化調整提供準確測量、操作簡便、功能設置齊全的專業測試設備。