新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置的研究和應(yīng)用

李 劍，熊建國，方 磊，黃郁明，劉文勝

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置的研究和應(yīng)用

李 劍，熊建國，方 磊，黃郁明，劉文勝

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

針對(duì)電站鍋爐因一次風(fēng)道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布置緊湊，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量難以準(zhǔn)確測(cè)量的問題，設(shè)計(jì)了新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置，采用整流、分割截面測(cè)量原理，可以很好地適用于大型復(fù)雜截面的風(fēng)量測(cè)量。該裝置的風(fēng)量測(cè)量偏差＜5%，達(dá)到了精確測(cè)量的要求，并且對(duì)風(fēng)門變化具有較好的跟隨性。

風(fēng)量測(cè)量；一次風(fēng)；蜂巢式；鍋爐

在我國的火力發(fā)電機(jī)組中，大型直吹式制粉煤粉鍋爐占有相當(dāng)高的比重，其一次風(fēng)風(fēng)量配比直接影響著鍋爐燃燒效率、磨煤機(jī)制粉效率、燃燒器著火特性、污染物排放等各方面性能，對(duì)一次風(fēng)量的監(jiān)測(cè)關(guān)系此類鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前磨煤機(jī)入口一次風(fēng)測(cè)量裝置主要有機(jī)翼式、笛型管式、靠背管式、文丘里式等[1-3]，但這幾類測(cè)量裝置的安裝都要求具有相應(yīng)的直管段，而大多數(shù)磨煤機(jī)入口直管段的距離無法達(dá)到測(cè)量裝置的安裝要求[4]，尤其是近幾年新建機(jī)組的結(jié)構(gòu)更加緊湊，能安裝測(cè)量裝置的直管段往往小于5D（D為當(dāng)量直徑），加上調(diào)節(jié)風(fēng)門、彎頭和冷熱風(fēng)混合點(diǎn)較近等因素的影響，造成磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量測(cè)量準(zhǔn)確性較差，甚至影響到一次風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入，成為鍋爐安全運(yùn)行的隱患。為此，研究設(shè)計(jì)了新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置，較好地解決了一次風(fēng)量測(cè)量存在的問題。

1 傳統(tǒng)測(cè)量裝置存在的問題

臺(tái)州發(fā)電廠五期鍋爐是哈鍋廠生產(chǎn)的HG HG-1025/17.55-YM15，配套HP863碗式中速磨煤機(jī)，入口一次風(fēng)混合風(fēng)道呈Z型，在每臺(tái)磨煤機(jī)的入口一次風(fēng)混合風(fēng)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(gè)全壓及4個(gè)靜壓孔，將3只笛型管的高、低壓側(cè)并聯(lián)后引出差壓用于一次風(fēng)風(fēng)量標(biāo)定。機(jī)組自投產(chǎn)以來一直存在一次風(fēng)量測(cè)量不穩(wěn)的問題，隨著冷熱一次風(fēng)門的開度變化，混合風(fēng)道內(nèi)流場(chǎng)變化非常不規(guī)則，笛型管測(cè)出的差壓與混風(fēng)通道實(shí)際風(fēng)量不對(duì)應(yīng)，測(cè)量偏差高達(dá)45%，見表1，磨煤機(jī)入口風(fēng)量和一次風(fēng)溫自動(dòng)無法投入，運(yùn)行人員只能憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)一次風(fēng)量。

分析一次風(fēng)混合風(fēng)道的結(jié)構(gòu)和測(cè)量裝置，發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)量測(cè)量主要存在以下問題：

表1 原一次風(fēng)測(cè)量裝置標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)

（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(gè)90°彎頭，導(dǎo)致測(cè)量管段內(nèi)的流場(chǎng)分布十分不均勻。根據(jù)試驗(yàn)，測(cè)量截面內(nèi)的速度差達(dá)17 m/s，不利于傳統(tǒng)測(cè)量裝置的準(zhǔn)確測(cè)量。

（2）冷熱風(fēng)混合點(diǎn)和冷熱風(fēng)調(diào)節(jié)門與測(cè)量截面距離較小，冷熱風(fēng)混合風(fēng)門引起的擾流和混合風(fēng)溫的溫度偏差在測(cè)量截面還無法消除。當(dāng)磨煤機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，不同冷熱風(fēng)量配比和不同風(fēng)門開度產(chǎn)生的流場(chǎng)分布變化十分混亂。

（3）笛型管測(cè)量裝置采用截面內(nèi)的簡單平均測(cè)量，因截面內(nèi)速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布不均勻，無法達(dá)到平均效果，從而使測(cè)量偏差較大。

（4）笛型管測(cè)速裝置測(cè)量的差壓值較小，抗干擾性能較差。

2 新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置

2.1 工作原理

新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置的工作原理是：將大風(fēng)道直管段分割成多個(gè)小截面，并對(duì)各小通道入口進(jìn)行整流處理，使得小通道內(nèi)的氣流流場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定，溫度偏差也較小。相應(yīng)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(cè)量的穩(wěn)定性，然后在每個(gè)小截面上分別安裝防堵型文丘里測(cè)速管和溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量每個(gè)小截面的氣流流量，最終計(jì)算出大截面上的一次風(fēng)流量。

2.2 模擬計(jì)算分析

在設(shè)計(jì)時(shí)，分別對(duì)原一次風(fēng)混合風(fēng)道和新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置改造后的混合風(fēng)道典型工況下的速度、溫度分布進(jìn)行模擬計(jì)算。圖1是改造后冷風(fēng)流量15 t/h、溫度36℃；熱風(fēng)流量58 t/h、溫度325℃工況下的計(jì)算結(jié)果。

圖1 改造后測(cè)量截面速度和溫度分布

由計(jì)算結(jié)果分布圖可知,原混合風(fēng)道內(nèi)各水平截面上的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布非常不均勻，在測(cè)量截面內(nèi)的速度和溫度偏差可達(dá)16.3 m/s和192℃，導(dǎo)致了原有測(cè)量裝置無法準(zhǔn)確測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量。將截面分割成6個(gè)小截面后，各小截面內(nèi)的速度偏差明顯減小，6個(gè)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(shí)，進(jìn)行截面分割后，測(cè)量的有效直管段長度從3D增加到5D以上，有利于測(cè)量信號(hào)的穩(wěn)定。模擬對(duì)比計(jì)算分析進(jìn)一步證實(shí)了新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置可以有效改善風(fēng)量測(cè)量的效果。

3 改造效果

根據(jù)臺(tái)州電廠五期機(jī)組風(fēng)道布置的情況，將新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置安裝在9C磨煤機(jī)入口垂直混合風(fēng)道上，安裝位置如圖2所示。各小通道內(nèi)分別安裝防堵型文丘里測(cè)速管和熱電偶，將測(cè)量信號(hào)送入DCS，分別計(jì)算出各小通道的流量，相加后作為磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量測(cè)量值。

新型蜂巢式一次風(fēng)風(fēng)量測(cè)量裝置改造投用后，對(duì)其測(cè)量準(zhǔn)確性和風(fēng)門開度變化的跟隨性進(jìn)行了測(cè)量分析。

3.1 測(cè)量準(zhǔn)確性標(biāo)定試驗(yàn)

圖2 測(cè)量裝置安裝布置圖

表2 風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 跟隨性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在9C磨煤機(jī)投運(yùn)的熱態(tài)情況下，分別在可能出現(xiàn)的冷熱風(fēng)門開度組合、不同煤量的9個(gè)工況下，對(duì)新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置進(jìn)行風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，其中測(cè)量風(fēng)量為蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置的測(cè)量值。

不同工況的風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置測(cè)量風(fēng)量與標(biāo)定風(fēng)量的偏差為-4.42%～+3.27%，達(dá)到了準(zhǔn)確測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量的要求。

3.2 風(fēng)門開度跟隨性試驗(yàn)

機(jī)組運(yùn)行過程中，冷熱風(fēng)門開度變化頻繁，測(cè)量風(fēng)量對(duì)風(fēng)門開度變化是否具有良好的跟隨性將直接影響磨煤機(jī)的安全運(yùn)行，因此對(duì)新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置的風(fēng)門開度跟隨性進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。圖3反映了測(cè)量值與風(fēng)門開度變化的跟隨情況，可見跟隨性較好。

以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，隨著冷、熱風(fēng)門開度從39.8%和48.9%逐步開大至63%和54.1%，蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置的測(cè)量風(fēng)量由68.3 t/h逐步增大到76.5 t/h；冷、熱風(fēng)門關(guān)小，風(fēng)量亦逐漸減小，在整個(gè)試驗(yàn)過程中風(fēng)量相對(duì)于風(fēng)門開度變化趨勢(shì)無逆向變化的現(xiàn)象。

圖3 蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置風(fēng)量跟隨風(fēng)門開度變化趨勢(shì)圖

長期投運(yùn)后，蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置測(cè)量風(fēng)量變化穩(wěn)定，完全能滿足電廠磨煤機(jī)運(yùn)行投自動(dòng)的要求。

4 結(jié)語

新型蜂巢式一次風(fēng)測(cè)量裝置測(cè)量準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定，解決了臺(tái)州電廠五期自投產(chǎn)以來長期存在的一次風(fēng)量測(cè)量不穩(wěn)定問題，為提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性創(chuàng)造了條件。新型蜂巢式一次風(fēng)量測(cè)量裝置的成功應(yīng)用，為今后燃煤機(jī)組復(fù)雜風(fēng)道的風(fēng)量測(cè)量提供了非常有價(jià)值的參考。

[1]王建國.362 MW機(jī)組一次風(fēng)流量測(cè)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(hào)爐磨煤機(jī)入口一次風(fēng)風(fēng)量測(cè)量裝置改造[J].熱力發(fā)電.2001（1）：45-47.

[3]宋紅東.雙文丘利測(cè)風(fēng)裝置的多風(fēng)道風(fēng)量測(cè)量技術(shù)改造[J].中國電力，1997，30（7）：65-67.

[4]張書謹(jǐn)，陳樺，王達(dá)峰，等.直吹式制粉系統(tǒng)冷熱風(fēng)道和一次風(fēng)測(cè)量方法的改進(jìn)[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，F(xiàn)ANG 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(fā)電廠鍋爐試驗(yàn)和節(jié)能減排技術(shù)研究工作。