全截面防堵陣列式風量測量裝置的設計和應用

摘 要：結合潮州發電廠1 000 MW機組風量測量裝置的改造過程，對全截面防堵陣列式風量測量裝置的原理、工作特點進行了分析，為磨煤機進口一次風量測量裝置的設計、標定、安裝提供了參考。

關鍵詞：磨煤機;風量測量;機翼;防堵

0 ? ?引言

磨煤機進口一次風流量測點的穩定是制粉系統安全運行的重要保障。進口一次風測量值波動大、頻繁堵塞，將導致一次風自動調節品質惡化，甚至導致磨煤機風量低保護動作。如何穩定測量磨煤機的一次風量，是熱工人員亟需解決的技術難題。潮州發電廠通過對1 000 MW機組磨煤機進口一次風流量測點的改造，結合現場靜態標定，大大提高了一次風流量測點的穩定性，減輕了維護人員的勞動強度。

1 ? ?原磨煤機進口一次風流量測點分析

目前磨煤機進口一次風流量采用的是機翼式取樣裝置，結構如圖1所示。我公司3號爐磨煤機入口風量測量裝置采用機翼式流量計，自機組投產至今，風量測點就存在測量管道頻繁堵塞、測量不準、測量值波動大、風量測點突變等問題。

此風量測點需要熱控人員進行定期吹掃，但頻繁吹掃仍然無法解決測點堵塞問題。校驗風量測量變送器，發現其并無問題，由此得出的結論是風量取樣裝置本體堵塞，風量測點已喪失了其作為重要監視參數的作用，進一步導致運行人員監盤工作強度加大，只能大概地對進入磨煤機的風量進行估計，手動控制冷、熱風調門的開度。

機翼式風量測量裝置的原理是流體充滿管道時，機翼就相當于一個節流件，氣流在機翼處收縮，氣流的流速增加，靜壓降低，在機翼前后將產生一定的壓力差。

潮州發電廠磨煤機進口一次風量測量裝置由3個全機翼和2個半機翼、取樣管及均壓裝置構成。

2 ? ?原磨煤機進口一次風流量測點改造的必要性

（1）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，不利于風機節能。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]。另外，我廠磨煤機進口一次風道為矩形風道，長2 m，機翼式測風裝置占據風道1 m以上，故取樣裝置對一次風阻力較大，降低了鍋爐運行的經濟性。

（2）取樣單元堵塞頻繁。由于空預器本身的固有特點，磨煤機入口一次風中含有大量從煙氣中帶來的灰塵，在測量含塵風時，取樣口會積滿灰塵，造成引壓管路堵塞，從而導致取樣元件無法取樣出磨入口風管內部風量測量所需要的原始機械壓力，導致DCS上顯示的風量值和風道內實際值不相符，影響正常使用。再加上機翼式取壓孔較小，其極易堵塞，必須頻繁整體維護（底部放灰、引壓管處整體吹掃）。

（3）測量精度差。磨煤機入口風量測量裝置安裝在冷、熱風混合后管道，距離磨煤機冷風調門出口很近，使得磨煤機冷風調門開度變化時熱風風管內流場速度分布嚴重不均，在機翼測量裝置處紊流較多，導致風量測量失真。

（4）鍋爐總風量=磨煤機A入口風量+磨煤機B入口風量+…+磨煤機F入口風量+A側二次風流量+B側二次風流量。依據上述機組總風量計算公式，當磨煤機入口風量測點堵塞或出現其他異常時，將極有可能發生鍋爐總風量低MFT（特別是低負荷時）。

3 ? ?全截面防堵陣列式風量測量裝置原理簡述

全截面防堵陣列式風量測量裝置，取樣部分插入管道內，當氣流流經取樣裝置時，迎風側取樣管內受管道內氣流的沖擊，導致迎風側取樣管內壓力較高，背風側取樣自風道內靜壓力，兩側之差稱為差壓，差壓值的大小與風道內流體的風速有關。流速與取樣差壓的關系如下：

式中：v為流體流速（m/s）;k為裝置流量系數;ΔP為差壓（Pa）;ρ為流體密度（kg/m3）。

4 ? ?全截面防堵陣列式風量測量裝置的設計與安裝

4.1 ? ?全截面防堵陣列式風量測量裝置的設計

選擇全截面防堵陣列式風量測量裝置，一是為了避免冷風調門開度對測量準確性的影響，二是防堵陣列式風量測量裝置對安裝位置的直管段要求較低，更適應我廠磨煤機的現場情況。風量測量裝置安裝位置本次改造至磨煤機本體與進口一次風管道的90°彎頭處。

本次設計沿著風道截面布置11個取樣點，再將這11個取樣點等面積有機地組裝在一起，可測得整個截面的平均風量。

如圖2所示，全截面防堵陣列式風量測量裝置，其組成包括多個垂直于風道布置的測量管和總引壓管，總引壓管的每根分支管都位于相鄰的測量管之間，每根分支管都與兩側的測量管通過連接管連通;測量管是由兩根方管背靠背固定而成，底部引風面切有傾斜切口，內部通過固定片懸掛有振動棒。

4.2 ? ?全截面防堵陣列式風量測量裝置的安裝

如圖3所示，在磨煤機一次風管道頂部，磨煤機本體與進口一次風管道的90°彎頭處開1個1 580 mm×160 mm的矩形孔，將風量測量裝置垂直插入矩形孔，將風量測量裝置頂板焊接在矩形孔處，裝置側面用角鋼與風道壁焊接固定牢固。

一次風流量補償算式及差壓變送器量程如下：

式中：P0為當地大氣壓力（Pa）;P為靜壓（表壓，Pa）;Pd為取樣裝置產生的差壓（Pa）;t為介質溫度（℃）;A為流通面積（m2）;k為流量系數，預置為0.83。

注：以上3個公式根據需要任選一個，變送器量程預設為400 Pa。

5 ? ?全截面防堵陣列式風量測量裝置的現場試驗

現場試驗步驟如下：

（1）DCS側磨煤機入口風量通道正常，入口風量差壓變送器EJA量程設置為0～500 Pa，零點準確。

（2）啟動一次風機。

（3）依次打開磨煤機冷、熱風調門和開關門。

（4）維持一次風系統穩定，記錄DCS側磨煤機入口風量顯示值。

（5）在試驗中如遇特殊情況，立即中斷試驗，按照運行規程處理。

（6）設置DCS顯示單位為t/h。就地風量測量裝置預留了現場取樣管，用標準皮托管連接現場取樣管，測量差壓（Pa），計算公式如下：

（7）運行人員通過調節磨煤機冷、熱風調門，多次改變磨煤機入口風量，本次試驗結果主要用于修正DCS側風量系數，保證DCS側3個風量測點顯示值統一。

6 ? ?全截面防堵陣列式風量測量裝置使用后評價

（1）線性與重復性良好，測量精度高。插入式安裝，安裝方便，插入深度完全貫穿整個風道。

（2）在管道全截面上通過多個均勻分布的取樣管路實現平均取壓，提高了測量的準確性。

（3）由于裝置自身整流管的整流作用以及網格法布點，即使風道直管段短，也仍可以實現準確測量。

（4）在測量裝置高、低壓側取樣管路內均懸掛了一根鐵棒，在一次風量變化時，可以帶動鐵棒敲擊取樣裝置，有效減少了取樣腔室內部的積灰，進一步延長了熱工人員的吹掃周期。

（5）裝置具有來流方向校正手段，可在較短的直管段及風道內表面不規整的情況下進行精確測量。

（6）裝置本身具有抗風切變紊流手段，信號出口設有均壓箱，能使測量信號穩定、波動小。

（7）裝置具有良好的抗振性能，針對風道實際運行中存在振動這一客觀現實，可保證現場的實際測量精度不降低。

（8）該裝置在風道內部的取樣部分面積很小，因此對風道內氣流的阻力幾乎沒有，具有一定的節能效果。

7 ? ?結語

潮州發電廠1 000 MW機組磨煤機一次風量測量裝置改造后，目前性能穩定，測量精度高，缺陷發生率很低，且具有防堵功能，極大地減少了熱控人員對磨煤機入口一次風流量測點維護的工作量，確保了風量自動100%投入，使得磨煤機系統能夠穩定運行。

結合我廠進口一次風管道直管段實際情況，改變風量測量裝置安裝位置，解決了風道內部氣流不均導致磨煤機入口一次風量的波動問題。實踐證明，防堵陣列式風量測量裝置適用于大機組發電廠一次風流量的現場實際情況。

[參考文獻]

[1] 崔玉民.電廠鍋爐常用風量測量裝置的比較與應用[J].山東電力技術，2011（1）：73-76.

收稿日期：2021-09-03

作者簡介：劉星明（1985—），男，安徽壽縣人，工程師，從事火電廠熱控設備的檢修及維護工作。