循環流化床鍋爐風量公式選擇及應用

孟洛偉

(宜昌東陽光火力發電有限公司，宜昌 443300)

0 引 言

循環流化床鍋爐技術是目前迅速發展起來的一項高效、清潔燃燒技術。在近十多年來在我國得到快速發展。循環流化床鍋爐風量在線測量裝置比較多，而且風量裝置對鍋爐安全運行關系重大，風量準確性尤為重要。由于風量裝置廠家對循環流化床鍋爐運行工藝了解的欠缺，提供的風量公式與現場需求存在一定的偏差，這就為風量測量、風量標定造成了一定困難，不能有效的指導運行調整及故障處理。風量測量公式的規范化及合理選擇對循環流化床鍋爐運行調整、節能降耗、故障處理非常關鍵。我們通過風量測速公式的推導結合循環流化床鍋爐實際運行特點對風量公式的選擇及應用提出建議。

1 循環流化床鍋爐風系統測量的情況

以300 MW等級循環流化床鍋爐為例，風系統主要包括一次風系統、二次風系統、高壓流化風系統、播煤風系統，還有外置床流化風、風水聯合冷渣器流化風、給煤機密封風、火焰檢測吹掃風、排灰錐形閥冷卻風等輔助用風。其中一次風系統、二次風系統、高壓流化風系統、播煤風系統需要準確測量以利于組織燃燒調整、故障判斷。

一次風分左右兩路進風，各設置1臺風量計，共2臺；二次風分左右兩路進風，左右兩路再分為兩層，一般在左右兩路總管各設置1臺風量計，左右上下兩層支管各設置1臺風量計，二次風系統共6臺風量計；高壓流化風供給回料器用風，每個回料器需測量的風量有3個左右，回料器3～4個，風量計共計12臺左右。播煤風供給落煤管，按8根落煤管計算，每根落煤管一般布置3層播煤風，共計24臺風量計，故一臺300 MW等級循環流化床鍋爐裝有50臺左右風量計。尚未考慮擁有外置床、風水聯合冷渣器用風的循環流化床鍋爐爐型，這些部位至少再布置24臺風量計。

2 常見風量公式存在的問題

常見的風量公式主要有以下幾個公式：

(1)某300 MW循環流化床鍋爐風量裝置說明書風量計算公式及DCS組態風量公式為：

(1)

式中，K為修正系數；t為實測風溫；t0為鍋爐設計風溫264 ℃；p為實測風壓；p0為設計風壓14.465 kPa；Δp為風量計測量差壓。該公式將風量修正至設計工況狀態，而不是修正到標準狀況。

(2)某200 MW循環流化床鍋爐風量裝置說明書風量計算公式及DCS組態風量公式為：

(2)

公中，K為修正系數；Δp為風量計測量差壓。該公式未對風量在溫度、壓力變化時提供有效修正。

(3)某135 MW循環流化床鍋爐風量裝置說明書風量計算公式及DCS組態風量公式為：

(3)

式中，K為修正系數；Δp為風量計測量差壓；t為實測風溫。該公式未對風量在壓力變化時提供有效的修正。

(4)鍋爐設計指導風量均折算為標準狀況，所以風量折算標準狀況下，對鍋爐運行才具有重要意義。以上公式均存在一定的瑕疵，風量偏差較大，不能指導鍋爐進行優化、經濟調整。同時冷態試驗時，所得參數偏差太大，對鍋爐運行指導意義不大，甚至造成誤導，導致鍋爐運行中廠用電率高、磨損嚴重、鍋爐結焦、飛灰、底渣可燃物高等異常與故障。山西某電廠試運初期，出現冷態試驗正常，運行中多次鍋爐結焦的事故，最終確認風量計公式為修正，熱態時風量顯示過大，50%負荷時超出鍋爐運行規程允許的最大風量，運行人員不敢調節而導致鍋爐結焦。可見風量計的準確性是鍋爐運行的調整基礎性依據。

3 鍋爐標準風量公式的推導

利用伯努利方程：

(4)

得出：

(5)

公式(4)、(5)中，υ為風速；ρ空氣密度；Δp動壓。

不同溫度、壓力下空氣密度為：

(6)

式中，ρ空氣密度；p為空氣壓力；t空氣溫度。

由公式(5)、(6)推導出：

(7)

流量公式為:

Q=υ×S

(8)

式中，υ為流速；S為管道截面積。

(9)

根據理想理想氣體公式：

(10)

將實際流量折算至標準狀況下，即溫度為0 ℃(273.15 K)和壓強為101.325 kPa(1標準大氣壓，760 mmHg)的情況。從而推導出標準狀況下空氣流量公式：

(11)

即標準狀況下風量公式。式中S為風道截面積；p為實測風壓；t為實測風溫。

4 標準風量公式的選擇及應用

4.1 標準風量公式在風量測量裝置及風量標定中的應用

公式：

(11)

在工程實際應用中，需根據風量測量裝置特性與標定設備如皮托管的修正系數加入修正系數。

即：

(12)

式中，ξ為皮托管修正系數或風量測量裝置性能系數。整體修正系數K=ξ×7350.13×S。可見修正系數與風道截面面積、風量測量裝置性能系數有關。在使用皮托管標定風量測量裝置時，即標定其ξ。如皮托管修正系數為ξ0。則K0=ξ0×7 350.13×S，風量測量裝置系數為ξ1，則K1=ξ1×7 350.13×S，即：

(13)

4.2 標準風量公式在一次風、二次風風量測量中選擇及應用

在循環流化床鍋爐實際運行工況中，一次風、二次風從冷態啟動至額定負荷過程中，風溫變化從環境溫度升至260 ℃左右，溫度變化達二百多攝氏度，風壓變化從正常大氣壓變化至大于10 kPa，壓力變化十多千帕。所以溫度、壓力修正對一次風、二次風測量與實際運行工況調整至關重要。故一、二次風量公式應選用：

(14)

4.3 標準風量公式在高流風風量測量中選擇及應用

高壓流化風在啟動后，壓力波動較小一般在40～50 kPa之間，溫度變化較小一般在90～110 ℃之間，正常運行中不作調節，我們可以直接設置運行工況參數將其修正至標準狀況。比如風壓選45 kPa，風溫選100 ℃，從而簡化風量公式如下：

(15)

4.4 標準風量公式在播煤風風量測量中選擇及應用

播煤風取至熱一次風，在鍋爐投煤時啟用至鍋爐停運，正常運行中不作調節，在鍋爐投煤至穩定運行風溫隨熱一次風溫變化，變化范圍接近熱一次風溫度變化范圍，而風壓從投運至正常運行，變化幅度較小一般為10～13 kPa，我們可以設置運行工況風壓為設計工況值12 kPa，風溫必須修正。從而簡化風量公式如下：

(16)

5 結束語

在循環流化床鍋爐運行中，對風量的準確測量、控制至關重要。按照實際運行的需求，將風量折至標準狀況下，從而對鍋爐運行的指導、設備故障的分析起到重要的作用。將風量的公式進行統一、標準化，根據鍋爐的實際運行工況進行選擇，解決因風量公式引起的測量、標定過程中存在的問題。