新型蜂巢式一次風量測量裝置的研究和應用

李 劍，熊建國，方 磊，黃郁明，劉文勝

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

新型蜂巢式一次風量測量裝置的研究和應用

李 劍，熊建國，方 磊，黃郁明，劉文勝

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

針對電站鍋爐因一次風道結構復雜、布置緊湊，磨煤機入口一次風量難以準確測量的問題，設計了新型蜂巢式一次風測量裝置，采用整流、分割截面測量原理，可以很好地適用于大型復雜截面的風量測量。該裝置的風量測量偏差＜5%，達到了精確測量的要求，并且對風門變化具有較好的跟隨性。

風量測量；一次風；蜂巢式；鍋爐

在我國的火力發電機組中，大型直吹式制粉煤粉鍋爐占有相當高的比重，其一次風風量配比直接影響著鍋爐燃燒效率、磨煤機制粉效率、燃燒器著火特性、污染物排放等各方面性能，對一次風量的監測關系此類鍋爐的安全經濟運行。目前磨煤機入口一次風測量裝置主要有機翼式、笛型管式、靠背管式、文丘里式等[1-3]，但這幾類測量裝置的安裝都要求具有相應的直管段，而大多數磨煤機入口直管段的距離無法達到測量裝置的安裝要求[4]，尤其是近幾年新建機組的結構更加緊湊，能安裝測量裝置的直管段往往小于5D（D為當量直徑），加上調節風門、彎頭和冷熱風混合點較近等因素的影響，造成磨煤機入口一次風量測量準確性較差，甚至影響到一次風量自動調節系統的投入，成為鍋爐安全運行的隱患。為此，研究設計了新型蜂巢式一次風量測量裝置，較好地解決了一次風量測量存在的問題。

1 傳統測量裝置存在的問題

臺州發電廠五期鍋爐是哈鍋廠生產的HG HG-1025/17.55-YM15，配套HP863碗式中速磨煤機，入口一次風混合風道呈Z型，在每臺磨煤機的入口一次風混合風道的垂直段截面上安裝3支笛型管，每支笛型管分別開有4個全壓及4個靜壓孔，將3只笛型管的高、低壓側并聯后引出差壓用于一次風風量標定。機組自投產以來一直存在一次風量測量不穩的問題，隨著冷熱一次風門的開度變化，混合風道內流場變化非常不規則，笛型管測出的差壓與混風通道實際風量不對應，測量偏差高達45%，見表1，磨煤機入口風量和一次風溫自動無法投入，運行人員只能憑經驗調節一次風量。

分析一次風混合風道的結構和測量裝置，發現一次風量測量主要存在以下問題：

表1 原一次風測量裝置標定試驗數據

（1）可供安裝的直管段較短，有效長度只有3D，并且直管段前后各有1個90°彎頭，導致測量管段內的流場分布十分不均勻。根據試驗，測量截面內的速度差達17 m/s，不利于傳統測量裝置的準確測量。

（2）冷熱風混合點和冷熱風調節門與測量截面距離較小，冷熱風混合風門引起的擾流和混合風溫的溫度偏差在測量截面還無法消除。當磨煤機負荷變化時，不同冷熱風量配比和不同風門開度產生的流場分布變化十分混亂。

（3）笛型管測量裝置采用截面內的簡單平均測量，因截面內速度場和溫度場的分布不均勻，無法達到平均效果，從而使測量偏差較大。

（4）笛型管測速裝置測量的差壓值較小，抗干擾性能較差。

2 新型蜂巢式一次風量測量裝置

2.1 工作原理

新型蜂巢式一次風測量裝置的工作原理是：將大風道直管段分割成多個小截面，并對各小通道入口進行整流處理，使得小通道內的氣流流場相對穩定，溫度偏差也較小。相應長度直管段的大截面變成小截面后直管段長度與流通面積比增大，有利于測量的穩定性，然后在每個小截面上分別安裝防堵型文丘里測速管和溫度測點，測量每個小截面的氣流流量，最終計算出大截面上的一次風流量。

2.2 模擬計算分析

在設計時，分別對原一次風混合風道和新型蜂巢式一次風量測量裝置改造后的混合風道典型工況下的速度、溫度分布進行模擬計算。圖1是改造后冷風流量15 t/h、溫度36℃；熱風流量58 t/h、溫度325℃工況下的計算結果。

圖1 改造后測量截面速度和溫度分布

由計算結果分布圖可知,原混合風道內各水平截面上的速度場和溫度場分布非常不均勻，在測量截面內的速度和溫度偏差可達16.3 m/s和192℃，導致了原有測量裝置無法準確測量磨煤機入口一次風量。將截面分割成6個小截面后，各小截面內的速度偏差明顯減小，6個截面中最大的速度偏差為6.9 m/s，溫度偏差也明顯減小。同時，進行截面分割后，測量的有效直管段長度從3D增加到5D以上，有利于測量信號的穩定。模擬對比計算分析進一步證實了新型蜂巢式一次風測量裝置可以有效改善風量測量的效果。

3 改造效果

根據臺州電廠五期機組風道布置的情況，將新型蜂巢式一次風測量裝置安裝在9C磨煤機入口垂直混合風道上，安裝位置如圖2所示。各小通道內分別安裝防堵型文丘里測速管和熱電偶，將測量信號送入DCS，分別計算出各小通道的流量，相加后作為磨煤機入口一次風量測量值。

新型蜂巢式一次風風量測量裝置改造投用后，對其測量準確性和風門開度變化的跟隨性進行了測量分析。

3.1 測量準確性標定試驗

圖2 測量裝置安裝布置圖

表2 風量標定試驗數據

表3 跟隨性試驗數據

在9C磨煤機投運的熱態情況下，分別在可能出現的冷熱風門開度組合、不同煤量的9個工況下，對新型蜂巢式一次風測量裝置進行風量標定試驗，試驗結果如表2所示，其中測量風量為蜂巢式一次風測量裝置的測量值。

不同工況的風量標定試驗數據顯示，新型蜂巢式一次風測量裝置測量風量與標定風量的偏差為-4.42%～+3.27%，達到了準確測量磨煤機入口一次風量的要求。

3.2 風門開度跟隨性試驗

機組運行過程中，冷熱風門開度變化頻繁，測量風量對風門開度變化是否具有良好的跟隨性將直接影響磨煤機的安全運行，因此對新型蜂巢式一次風量測量裝置的風門開度跟隨性進行試驗，試驗數據見表3。圖3反映了測量值與風門開度變化的跟隨情況，可見跟隨性較好。

以上試驗數據顯示，隨著冷、熱風門開度從39.8%和48.9%逐步開大至63%和54.1%，蜂巢式一次風測量裝置的測量風量由68.3 t/h逐步增大到76.5 t/h；冷、熱風門關小，風量亦逐漸減小，在整個試驗過程中風量相對于風門開度變化趨勢無逆向變化的現象。

圖3 蜂巢式一次風測量裝置風量跟隨風門開度變化趨勢圖

長期投運后，蜂巢式一次風測量裝置測量風量變化穩定，完全能滿足電廠磨煤機運行投自動的要求。

4 結語

新型蜂巢式一次風測量裝置測量準確、運行穩定，解決了臺州電廠五期自投產以來長期存在的一次風量測量不穩定問題，為提高機組運行的安全性和經濟性創造了條件。新型蜂巢式一次風量測量裝置的成功應用，為今后燃煤機組復雜風道的風量測量提供了非常有價值的參考。

[1]王建國.362 MW機組一次風流量測量裝置的改造[J].華中電力，1997，10（2）：45-47.

[2]周群峰，沈炯.利港電廠3號爐磨煤機入口一次風風量測量裝置改造[J].熱力發電.2001（1）：45-47.

[3]宋紅東.雙文丘利測風裝置的多風道風量測量技術改造[J].中國電力，1997，30（7）：65-67.

[4]張書謹，陳樺，王達峰，等.直吹式制粉系統冷熱風道和一次風測量方法的改進[J].浙江電力，2005，24（2）:19-23.

（本文編輯：龔 皓）

Application and Study on the New Alveolate Primary Air Gauge

LI Jian，XIONG Jian-Guo，FANG Lei，HUANG Yu-ming，LIU Wen-sheng
（Zhejiang Electric Power and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

New alveolate primary air flow meter is designed based on the principles of commutation and segmented section measurement in view of the difficulties to measure the primary air flow at coal pulverizer inlet because of the complex structure and the compact layout of primary air duct in power plants.And it is applicable to air flow measurement for large-scale complicated cross section well.The deviation of air flow measurementofthis type ofdevice is less than 5%and meets the requirementofprecision and can also match the changes of air valves.

air flow measurement；primary air；alveolate type；boiler

TK223.26

：B

：1007-1881（2010）08-0022-03

2010-03-18

李 劍（1977-），男，浙江永康人，工程師，主要從事火力發電廠鍋爐試驗和節能減排技術研究工作。