660MW鍋爐二次風量測量裝置改進與應用

初 光

（江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇 南通226246）

0 概述

鍋爐送風自動調節是燃燒自動調節的基本組成部分，送風調節系統的工作好壞，直接影響爐膛的空氣過剩系數的變化也就是排出煙氣的含氧量。而送風調節技術的關鍵是空氣流量測量。鍋爐燃燒工況的經濟性主要取決于風煤比是否適當，風量太大，煙氣會帶走大量熱量使鍋爐效率降低；風量太小，又會使燃料因缺氧而不能完全燃燒同樣會使鍋爐效率降低，所以鍋爐送風量的檢測對于鍋爐運行的經濟性有著重要的意義。它不僅能使運行人員隨時監視風煤比的配合情況，還為送風自動調節系統的投入提供必要的條件。因此對入爐空氣的準確測量已擺到十分重要的位置。

大唐呂四港發電有限公司采用插入式威力巴均速管流量計來測量二次風量，由于這種測量裝置自身的缺陷，對含塵氣流的測量時，灰塵只進不出，極易造成感壓管路堵塞，造成所測量的風量不準確，從而對鍋爐安全穩定、經濟運行造成了極大的危害。

1 二次風量測量出現的問題及原因分析

大唐呂四港發電有限公司4×660MW鍋爐入口熱二次風流量測量裝置采用插入式威力巴均速管流量計，安裝設計為單側熱二次風道采用三只風量取樣裝置，安裝于鍋爐左右側熱二次風母管上，三只風量取樣裝置匯總至母管后向三個變送器送去差壓信號。

1.1 實際的使用中發現以下的問題

隨著機組投產時間增長，DCS畫面二次風量曲線波動慢慢增加，低負荷的時候，隨著擋板門的變動，風量發生瞬間劇變，導致DCS曲線發生瞬間劇烈波動，鍋爐二次風量調節回路解除自動，機組送風調節無法自動運行。

每次吹掃以后，DCS曲線波動減小，因此檢修人員每過一段時間就需要對取樣裝置進行吹掃。而且隨著機組投產時間的增長，吹掃時間間隔越來越短，最嚴重時每周就要吹掃一次。

1.2 吹掃前后的DCS曲線圖對比（圖1、圖2）

圖1 吹掃前的曲線

1.3 問題原因分析

從吹掃前后的DCS曲線對照，我們可以看出吹掃前后的DCS曲線差別很大，吹掃以后DCS曲線非常平緩，波動很小，因此我們初步分析問題的原因是由于威力巴均速管流量計測風裝置自身的缺陷，導致對含塵氣流的測量時，灰塵只進不出，造成感壓管路堵塞。為了驗證，在1號爐停爐期間，我們進入二次熱風道內部觀察，發現二次熱風道內部及測風裝置上積灰比較嚴重。

2 現在二次風量主要測量方法

目前測量二次風量的技術很多，但歸結其原理主要有兩類：差壓式和熱式。放大型皮托管測量裝置、機翼測量裝置及大唐呂四港發電有限公司使用的插入式威力巴均速管流量測量裝置都屬于差壓式，即取差壓信號計算出體積流量（需要溫度、壓力補償）。這類裝置優點是結構簡單，對加工精度要求不高，工作穩定可靠，在大于臨界雷諾條件下工作時誤差小測量精度高。這種裝置的缺點是對風道布置要求高：測量點應多于兩點即冷風及熱風測點。對于風道分兩例布置的大型機組應多于四點；測量段應為直管段，長度要足夠。這種裝置壓頭損失約為測量值的10%。熱式流量裝置的原理是：氣體掠過熱物體表面時會帶走熱量，此熱量正比于氣體的質量流量及熱吸收特性。熱式流量計在電廠應用還不是很普遍。

通過對其他電廠的調研并結合大唐呂四港發電有限公司的實際情況，我們選用了DF-JS防堵型陣列風量測量裝置。DF-JS防堵型陣列風量測量裝置由于本身具備的自清灰和防堵塞功能，它即有差壓式流量測量裝置的優點，又克服了差壓式流量測量裝置的缺點。它可以確保長期測量的準確性，能及時地反映各風管內風量的大小，隨時調整鍋爐運行，讓鍋爐始終在較經濟的工況下運行，大大提高了鍋爐的自動投入率。而且防堵型陣列風量測量裝置壓力損失小，節約送、引風機電量，可取得良好的經濟效應。

3 DF-JS防堵型陣列風量測量裝置的工作原理特點

DF-JS防堵型陣列風量測量裝置是根據ISO3966《封閉管道中流體流量的測量-采用皮托靜壓管的速度面積法》國際標準而設計制造，基于S型畢托管測量原理，測量裝置安裝在管道上，其探頭插入管道內，當管道內有氣流流動時，迎風面受氣流沖擊，在此處氣流的動能轉換成壓力能，因而迎風面管內壓力較高，其壓力稱為“全壓”，背風側由于不受氣流沖壓，其管內的壓力為風管內的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，其大小與管道內風速有關，風速越大，差壓越大；風速小，差壓也小，風速與差壓的關系符合伯努利方程：

式中：v表示風速，單位：m/s

k表示測量裝置系數

△P表示差壓，單位：Pa

ρ表示氣體密度，單位：kg/m3

對于含塵氣流，為了解決堵塞問題，DF-JS防堵型陣列風量測量裝置裝設了防堵塞裝置，在垂直段內安置了清灰器，在管道內氣流的沖擊下使清灰器作無規則擺動，起到自清灰作用，清灰器的重量及大小是經過出廠前的試驗來確定的，在風洞試驗臺上按照一、二次風管內設計風速的范圍試驗得出，清灰器的重量與大小必須符合要求，否則自清灰效果不理想。

發電鍋爐的風管風道直管段一般比較短，管道截面積上的流場很不均勻，有的部位甚至有回流產生。當風道的截面積較大時，單點測量風道內的風量是不科學的，甚至其測量的數據無任何意義。DF-JS防堵型陣列風量測量裝置采用等截面陣列布置多個測點的方法，測得同截面的平均速度，采用的選點方法為ISO3966《封閉管道中流體流量的測量-采用皮托靜壓管的速度面積法》和ISO 7145：1982《圓形截面封閉管道中流體流量的測定-在截面的一點上測量速度的方法》國際標準中規定的等面積法。對于各種形狀的風道，可根據現場實際情況確定所需測點的數量、測量裝置的數量和布置方式等。

4 大唐呂四港發電有限公司二次風量測量裝置改造實施方案

鍋爐二次總風量風道截面尺寸為4500×4750×5 mm，由公式d=2×

等截面陣列布置36個測點，測得同截面的平均速度，是為了確保準確測量風量，將32個風量測量探頭的正壓側與正壓側相互連接、負壓側與負壓側相互連接，接至正負壓母管，再由母管引出3組正、負壓信號至差壓變送器。測量探頭布置方式示意圖見圖（圖3）。

圖3 測風裝置布置示意圖

5 結束語

大唐呂四港發電有限公司1#鍋爐采用了DF-JS防堵型陣列風量測量裝置，大大提高了鍋爐安全穩定、經濟運行能力。DF-JS防堵型陣列風量測量裝置由于采用了網格多點測量原理且具有自動清除灰塵的能力，也免去了大量的維護工作量。

總之，DF-JS防堵型陣列風量測量裝置功能特點：

（1）徹底解決了含塵氣流風量測量裝置的信號堵塞問題，風量測量裝置本身具有利用流體動能進行自清灰防堵塞的功能，不需要外加任何壓縮氣體進行吹掃，完全可以做到長期運行免維護。

（2）風量測量裝置性能穩定，調節線性好。

（3）由于電站鍋爐一、二次風量及制粉通風量總管直管段安裝條件在許多場合無法滿足，而且風道截面大，流速在截面上容易分布不均勻，為了確保測量精度，可以將多個風量測量探頭進行等截面多點布置，然后將各測量裝置的正壓與正壓、負壓與負壓相互連接，最終引出一組信號到變送器，這樣的組合風量測量裝置對風道的直管段沒有太多要求,一般只要求直管段長度不小于管道的當量直徑即可。

（4）采用插入式布置，對于整個大風道來說，組合風量測量裝置的擋風面積幾乎可以忽略不計，因此，其對整個風道流體的壓力損失幾乎沒有，節能效果十分顯著，且安裝方便。