某660 MW機組一次風機流量在線監測及其工程應用

王加勇 鄧德兵 陳 偉 何布朗 鄔 平

蘇州熱工研究有限公司

0 概述

鍋爐運行中的風機風量調節通常用調整風機動葉角度的方式完成，風量能否穩定控制，對鍋爐的安全、經濟性影響很大[1,2]。風機風量是風機運行中監測的重要數據，風量測量裝置均安裝在入口或出口風道里，大部分采用測量差壓方法獲取風量，但測量裝置測量精度低、可靠性低[3-5]。某些電廠一次風機的總風量是根據各臺磨煤機入口風量疊加而成的，當空氣預熱器漏風率大時測量誤差較大，給運行分析和調整帶來較大困難。本文提出的風量確定主要是運用理論計算方法，將擋板不同開度下風機入口風量對現場差壓裝置進行標定，計算得到流量系數，能夠實現通過差壓裝置實時在線監視風機運行工況功能。

為了使測量裝置風量更接近實際風量，對測量裝置流量系數進行修正和校正，即在相同工況下，用皮托管測取風機實際風量，將計算結果與測量裝置差壓進行擬合，求出在線流量測量裝置的流量系數。實踐證明，修正后的測量計算風量與實測風量偏差較小，在一次風機試驗中，用流量測量裝置測量得出風量與用皮托管方式測量風量值進行比較，計算風量相對誤差滿足國標要求＜3%，通過系統標定，流量測量裝置測量風量值完全可靠。該風機風量測量裝置已投入應用，標定后風量測量準確，運行工況實時在線監測直觀方便。

1 機組系統簡介

采用皮托管方式測量風量，雖然數據準確，但網格法在線測量使系統阻力增加，廠用電率增加，且工作量大，不利于實時在線監測。通過一次風機性能在線監測系統的改造，啟用風機集氣箱上的已有文丘里流量裝置，加裝微差壓變送器，并將信號引入主控室，新增風機運行圖監視畫面，使風機運行工作點在實際性能圖上顯示。由此，運行人員可實時掌握一次風機運行位置及距離失速線的余量。

標定工作分為三個階段：1）根據不同開度下流量測量，對現場差壓流量測量裝置進行流量系數標定；2）對流量系數進行線性擬合，確認流量測量裝置的流量系數；3）實例驗證，在不同負荷下，采用流量測量裝置進行流量測量，并與傳統方法進行比較，驗證在線流量測量裝置實用性，風機在線流量測量裝置的流量系數標定示意圖見圖1。按本文所述試驗方法，分別標定26%、35%、45%和60%動葉開度下流量系數。

圖1 風機流量測量測點布置示意圖

2 試驗理論分析

2.1 風量直接測量

流量測量采用速度場法。將風機流量測量截面等分為若干網格，利用檢定合格的S型皮托管和0．5級電子微壓計依次測量各網格中心處的動壓，然后取其方根的平均值，計算出該截面的平均動壓，平均動壓按式（1）計算：

采用FLUKE54便攜式測溫儀，測量流量的測量截面處的介質溫度；采用量程為10 kPa的U型壓力計測量流量截面處的氣體靜壓。流量測量截面處的體積流量按式（2）計算：

K——靠背管流量系數（無量綱）；

A3——流量測量截面處的面積，m2；

ρ3——流量測量截面處的煙氣密度，kg/m3。

2.2 風機全壓

式中：

pF——風機壓力，Pa；

pe1，pe2——風機進、出口靜壓，Pa；

pd1，pd2——風機進、出口動壓，Pa；

A1、A2——風機進、出口面積，m2；

ρ1、ρ2——風機進、出口密度，kg/m3；

2.3 流量相似關系

式中：

qVp、qVm——風機的體積流量，m3/s；

Dp、Dm——風機葉輪的外徑，m；

np、nm——風機轉速，rpm。

2.4 文丘里裝置流量系數

一次風機進氣箱彎頭前/后設靜壓測點，與差壓變送器相連，所測信號經過轉換送到集散控制系統，由計算后得出風機進口流量。壓差法測定風機風量是利用在風機入口逐漸收縮段選擇兩個近距離異徑斷面,通過測定該斷面的靜壓差來實現。

式中：

k——文丘里裝置的流量系數；

Q1——風機入口體積流量，m3/s；

Δps——文丘里裝置的流量差壓，Pa；

ρ1——風機入口氣流密度，kg/m3。

3 文丘里裝置流量系數的標定

在標定風量系數時應全面考慮各項因素（如：動葉、風門擋板等）對測量的影響，而不能簡單地以多個試驗工況取平均值來確定。試驗前檢查鍋爐風煙系統隔離狀態和通風條件，確認一次風系統完整性，完成26%、35%、45%和60%開度下的流量測量。見表1至表4。

由表1至表4可知，在26%、35%、45%、60%開度下，噴嘴流量系數均值為1．380，噴嘴流量系數與平均值最大偏差在0．59%，滿足日常運行要求，以此作為噴嘴流量系數。

表1 45%開度下文丘里裝置流量系數標定

images/BZ_68_235_1330_2244_1389.png流量測量截面動壓方根平均流量測量截面平均流速測量截面體積流量測量截面質量流量風機出口體積流量實際風機流量折算至標準狀態下入口風量折算至設計條件下入口風量折算至設計條件下風機全壓噴嘴流量差壓折算流量噴嘴流量系數噴嘴流量系數平均值m/s m3/s kg/s m3/s m3/h Nm3/h m3/s kPa kPa 20．550 23．22 94．51 106．98 90．02 340 233．5 300 488．3 88．70 7．618 2．689 94．04 1．371 1．376 20．097 22．71 92．43 104．61 87．39 332 765．4 293 879．1 86．77 8．633 2．515 92．00 1．387 18．868 21．32 86．77 98．24 81．37 312 354．9 275 973．3 81．47 9．762 2．323 86．35 1．354 18．341 20．72 84．34 95．49 78．67 303 638．4 268 267．0 79．19 10．597 2．146 83．94 1．370 16．672 18．84 76．67 86．79 70．74 276 021．7 243 856．7 71．97 12．271 1．699 76．30 1．399

表3 35%開度下文丘里裝置流量系數標定

表426 %開度下文丘里裝置流量系數標定

4 文丘里裝置在線流量運行監測

為驗證機組日常運行負荷情況下文丘里裝置流量測量準確性，本文以450 MW、500 MW兩個工況點進行驗證。驗證數據見表5。

按測量誤差比較分析，標定后的流量測量裝置風量測量滿足國標要求，小于3%。

5 結語

1）在線風機風量裝置經過實測風量的修正和校正，偏差很小，完全可以滿足現場運行分析要求。

2）在線流量測量裝置可對風機運行工況實時在線監視，指導運行人員調整風機運行工況，以提高風機效率。

3）在線風量測速裝置利用廠家提供的標定系數計算的風量與實測值差距較大，系現場管道阻力不匹配等因素引起，應該對流量裝置重新進行標定。

4）對同類型風機進行一次風機性能在線監測系統改造，啟用風機集氣箱上的已有文丘里流量裝置，加裝微差壓變送器，并將信號引入主控室，新增風機運行圖監視畫面，使風機運行工作點顯示在實際性能圖上，運行人員可實時掌握一次風機運行位置及距離失速線的余量。