關于磨入口一次風流量精確測量的研究及應用

張宇杰，陳世桐

（1.廣東工業大學，廣東 廣州 510006；2.湛江電力有限公司，廣東 湛江 524099）

1 背景概述

1.1 設備概況

某火力發電廠鍋爐為東方鍋爐廠生產的亞臨界壓力、中間再熱、自然循環、單爐膛、全懸吊露天布置、平衡通風、燃燒系統四角布置、切圓燃燒、固態排渣燃煤汽包爐。型號為DG1025/18.2-Ⅱ(5)型，采用鋼結構爐架，原設計煤種為晉東南無煙煤和貧煤各50%的混煤，校核煤種Ⅰ為100%無煙煤，校核煤種Ⅱ為100%貧煤。因原燃用煤種的供應問題，2010年燃用煤種改為煙煤，制粉系統改為直吹式中速磨。

1.2 磨煤機概況

鍋爐配置5臺中速磨煤機，磨煤機型號為MPS170HP—II，其中燃用設計煤種時，在鍋爐BMCR工況下，4臺磨運行，1臺磨備用。4臺磨的總出力（按磨損中后期出力考慮）不小于鍋爐B-MCR工況燃煤量的110%。單臺磨煤機最小出力可在20%～25%負荷下長期連續運行，單臺磨煤機最小出力11t。

1.3 磨入口一次風流量測量現狀

目前，由于機組優化設計，制粉系統磨煤機入口混合一次風管道直管段長度不理想，導致冷熱風混合后，管道內氣流分布非常紊亂，加之原測量裝置測點數量單一、安裝位置不合適等多方面因素，磨煤機入口混合一次風流量存在波動較大、調節線性較差等問題，無法滿足磨風量自動投入要求。

（1）在熱風擋板、冷風擋板均穩定狀態下，磨入口混合風顯示值有較大波動，波動范圍10～25t/h。

（2）當熱風擋板開度增大時，磨入口混合風顯示值有變小現象，出現不同程度反趨勢。

（3）原磨入口混合風常出現不同程度的堵灰現象，需頻繁吹掃，維護量大。

2 研究方向

冷熱風混合后管道直管段條件很不理想，單純依靠改造一次風量測量元件很難從根本上解決目前磨入口混合風量投自動的根本問題，所以設計構想一套完整的流量測量系統，首先通過風場調平手段調節混合后流場到相對均勻值，然后通過測試試驗確定一次風量測量裝置最佳安裝位置，同時把原測量元件更換為陣列式流量計。

主要研究方向包括：

（1）風場分布均勻性研究。通過在管道內部安裝多組節流元件，在冷熱風混合處加裝擾流元件，改變冷熱風混合方式，充分擾流，最大程度保證冷熱風混合均勻。

（2）溫度偏差研究。研究優化后風場各截面溫度分布偏差。

（3）磨入口混合風測量元件設計位置研究。通過標準儀器，在優化后的風場多個位置進行實際測試，找到最穩定氣流分布位置。

（4）氣流分布偏差研究。對優化后的風場全截面氣流分布偏差進行實際測試分析。

（5）氣流穩定性研究。研究不同工況下氣流波動區間。

（6）跟隨性研究。研究測量值與表盤其他相關參數的一致性、同步性。

3 試驗方案

3.1 理論依據

風道內氣體平均流速用畢托管或者標準差壓測量儀器來進行測量，風道內同一截面上的平均氣流速度V 用以下公式計算：

式中：ΔP為風道截面氣體動壓的平均值，單位Pa，其計算公式如下：

式中，ΔP1、ΔP2....ΔPn為各測點的動壓值；n為所測量的點數；Kb為標準測量儀器流量系數。

ρ為風道內空氣密度，計算公式如下：

式中，Px為風道內空氣壓力，單位Pa；t為風道內空氣溫度，單位℃。

3.2 試驗步驟

（1）實測差壓值。啟動一次風機、引風機，相應磨煤機的熱風調節擋板及關斷門全開，冷一次風管道調節擋板全關。調節一次風機動葉開度，維持爐膛負壓-20～-50Pa，維持磨煤機入口混合一次流量為60t/h左右，利用標準畢托管或者標準測試儀器在磨煤機入口混合一次風量進行等截面實測，同時記錄相關數據。

（2）風門特性試驗。①冷風調節門全關，熱風調節門 按 照0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%開度依次調節，待風量顯示數據穩定后，記錄對應數值。②熱風調節門全關，冷風調節門按照0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%開 度 依次調節，待風量顯示數據穩定后，記錄對應數值。③冷風調節門開度50%，熱風調節門按照0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%開度依次調節，待風量顯示數據穩定后，記錄對應數值。

4 數據分析

（1）系統改造后，風場分布均勻性得到了極大的提高。風場分布共計測試30組數據，各個測點風場分布的相對標準差最大為12.2%，平均相對偏差為5.4%。附表1。

表1

（2）溫度共計測試30組數據，各個測點溫度分布的最大相對標準差為4.20%，平均相對偏差為1.99%。附表2。

表2

（3）優化選擇在線測風元件在風道內的安裝位置，降低上下游風道結構對測量的干擾，風量實際測試系數為0.973，風量系數偏差為2.7%，滿足控制風量系數偏差控制在3%以內。附表3。

表3

5 應用效果

關于磨入口一次風流量精確測量的研究及應用項目從投運至今，取得了理想的投運效果。磨入口混合一次風流量顯示值穩定，波動范圍較小，與熱風擋板開度一致性、同步性吻合度較高，從根源上解決了原風量系統無法投自動問題，自動投入品質非常理想。

圖1 改造后風門調節特性曲線

6 結語

綜上所述，關于磨入口一次風流量精確測量的研究及應用項目達到了預期效果，解決了困擾已久的磨入口混合一次風流量波動大、投自動問題，點陣式流量計最終流量系數K與預置系數很接近，說明測量元件具有很高的測量精度；實測流量在機組冷態、啟爐、0MW至325MW至150MW負荷變化間，隨熱風門開度、冷風門開度、一次風機檔板開度呈現良好線性測量值，解決了項目研究優化前存在的問題，各性能指標符合預期。因此，研究優化后的一次風測量系統完全滿足運行需要。