多点式含尘风测量装置在600MW超临界锅炉上的应用

【摘要】电站锅炉（包括设计院新设计的锅炉）其一、二次风风量及制粉通风量测量一般采用传统的机翼型等测风装置，由于被测量对象为含尘气流、且测风装置所处的位置没有足够的直管段，测量结果不稳定、不准确，影响锅炉自动投入率。本文介绍了多点式含尘风风量测量装置的原理、构成、特点，在华润电力常熟第二发电厂2号超临界锅炉制粉系统的负荷风、旁路风、总风等含尘风采用该装置，由于测量稳定准确，锅炉自动投入率100，取得明显的效果。

华润电力常熟第二发电厂（简称常熟二电厂）3× 600MW机组＃2锅炉采用是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司与三井巴布科克能源公司联合投标，为本工程设计的超临界参数变压本生直流锅炉，型号为HG-1950/25.4-YM1，采用π型布置，单炉膛、低NOX轴向旋流燃烧器(LNASB)前后墙对冲燃烧方式。制粉系统采用双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统，每台锅炉配置4台BBD-4360型双进双出钢球磨煤机。
1号机组于2005年3月3日投产，该炉制粉系统的负荷风、旁路风、总风采用了文丘利和机翼型测风装置，由于没有足够的直管段，并且被测量对象均为含尘气流，测量结果不稳定、且不准确，而机组自动基于风煤比、煤水比控制策略，结果导致锅炉不能燃烧自动、给水自动，机组无法自动协调运行。为此在2号锅炉上对制粉系统的负荷风、旁路风、总风等含尘风采用多点式含尘风风量测量装置，由于测量较准确，锅炉自动投入率100，取得明显的效果。



1概述
目前国内的许多电站锅炉（包括设计院新设计的锅炉）其一、二次风风量及制粉通风量测量一般采用传统的机翼型测风装置、文丘利测风装置或阿牛巴或威力巴测量装置。然而，由于制粉系统布置空间限制，制粉系统热冷风管道（或负荷风、旁路风管道）没有足够的直管段，测风装置所处的位置，其气流不稳定，流场冷热态差别大，热态时不同工况的流场差别也大，进而影响到热冷风（或负荷风、旁路风）测量的准确性；另外测量装置一次风及制粉风由于一次风及制粉风皆系含尘气流，上述类型的测风装置其灰尘只进不出，轻易堵塞，测量一次元件堵塞问题始终未能得到解决，使得热工维护工作量很大，而且有的测风装置压力损失也较大。
常熟二电厂2号锅炉采用了多点式一、二次风风量及制粉通风量测量装置，由于在风道截面上严格采用标准的网格多点式布置、且测量装置本身具备的自清灰和防堵塞功能，几乎没有压损，装置性能可靠，风量显示稳定。

2电站锅炉增设多点式含尘风量在线监测系统的目的
大量运行实践表明：锅炉一、二、三次风风量匹配合理，燃烧工况就会明显改善。燃烧的优化调整，一直是许多科研单位、设计部门包括锅炉运行人员在研究的问题，对锅炉进行燃烧优化调整，概括起来就是就是将一、二、三次风管内的风量根据锅炉负负荷和不同的煤种进行合理的调节，风量调节好了，锅炉燃烧状况必将明显改善，炉效也将显著提高。目前国内的许多电站锅炉（包括设计院新设计的锅炉）其一、二、三次风风量一直采用文丘利和机翼型测风装置，由于文丘利和机翼型测风装置自身的缺陷，对含尘气流的测量时，灰尘只进不出，造成感压管路堵塞，再加上锅炉启、停炉时，冷、热态的变化，所形成的水气与测风装置感压管路中的灰尘会形成硬块，很难清除，从而造成所测量的风量不准确。例如：湖南湘潭发电有限责任公司的1#、2#炉改用了多点式一、二次风风量及制粉通风量测量装置后，并将原有的机翼型测风装置进行了拆除(其中原一次风风量机翼型测风装置的面积收缩达1/2左右,原二次风风量机翼型测风装置的面积收缩达2/3左右,压力损失较大)，由于多点式测风装置压力损失小，节约了送、引风机电量，自投运以来，取得了良好的经济效应，根本没有什么维护工作。
多点式一、二次风风量及制粉通风量测量装置由于本身具备的自清灰和防堵塞功能，可以确保长期测量的准确性，大大提高了锅炉的自动投入率，能及时地反映各风管内风量的大小，随时调整锅炉运行，让锅炉始终在较经济的工况下运行，具体说有如下几方面作用：
1.使锅炉配风合理，燃烧比较稳定，可有效地降低排烟温度、降低飞灰含碳量、降低煤粉的机械及化学不完全燃烧热损失，提高锅炉效率。
2、可以确保长期测量的准确性，大大提高了锅炉的自动投入率。司炉能依据风量的变化作出正确的判定，有利于锅炉的安全和经济运行。
3.能有效地控制锅炉燃烧火焰中心，防止锅炉局部结焦，同时也能有效地防止火焰偏斜，降低炉堂出口两侧烟温的偏差。防止水冷壁及过热器爆管。
4.能合理地调整磨风煤比例。进入各磨风量的大小，能间接地反映出煤量的大小。

3多点式含尘风测量装置一次测量元件原理
多点式含尘风测量装置一次测量元件是基于靠背测量原理，测量装置安装在管道上，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面管内压力较高，其压力称为“全压”，背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为“静压”，全压和静压之差称为差压，其大小与管内风速(量)有关，风速(量)越大，差压越大；风速(量)小，差压也小，因此，只有测量出差压的大小，再找出差压与风速(量)的对应关系，就能正确地测出管内风速。
对于高浓度的煤粉气流或含尘气流，要长期准确地测量出管内风速，必须要解决二个问题，一是测速装置的耐磨问题，二是测速装置的防堵塞问题。而多点式一、二次风风量及制粉通风量测量一次测量元件，较好地解决这二个问题。为了解决耐磨问题，一次测量元件探头采用AI2O3耐磨陶瓷，在1850℃烧结而成；为了解决堵塞问题，一次测量元件上增设了自清灰装置，首先在垂直段内悬挂了清灰棒，该棒在管内气流的冲击下作无规则摆动，起到自清灰作用，棒的自重及粗细是经过出厂前的实验来确定的，在实验台上按照各风管内设计风量的范围实验得出，棒太重太轻或太粗太细都不能符合要求。其次，设计时与垂直管段连接了一根斜管，斜管与垂直管内间有节流孔，引压管是从斜管中部引出，斜管起到二次沉灰作用。
下图为单点式测量一次测量元件原理图。

图1单点式测量一次测量元件原理图

由于一、二次风量及制粉通风量的风道截面比较大，对于大风道的风量测量，仅有一个测量点是远远不够的，为了能够准确地测量出锅炉一、二次风量及制粉通风量，采用的办法是在大风道截面上严格按标准采用了等截面多点的测量原理，从而测得截面的平均速度。再根据各测量管道截面尺寸的大小、直管段长、短等因素来确定测量点数，并将许多个测量点等截面有机地组装在一起，正压侧与正压侧相连，负压侧与负压侧相连，正、负压侧各引出一根总的引压管，分别与差压变送器的正、负端相连，测得截面的平均速度，然后计算出风量。
例如：对于某一大风道的风量测量装置，风道截面尺寸为1600X1200X6mm，由于风道大，直管段短，截面风速轻易分布不均匀。为了确保准确测量风量，拟在1600X1200mm的风道截面上按等截面多点测量原理布置16个风量测量点，在风道内将16个风量测量探头的正压侧与正压侧相互连接、负压侧与负压侧相互连接，引出一组正、负压信号至差压变送器。其等截面布置风量测量点见图2。


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图2等截面布置风量测量点（图中“0”表示测量点）

4电站锅炉一、二次风量及制粉通风量在线监测系统的构成
一、二次风风量及制粉通风量在线监测系统主要有自清灰防堵塞一次测量元件、微差压变送器、监测主机等组成。测速装置把风管内的风速转换成差压，通过引压管至变送器，变送器4-20mADC输出，直接进入DCS系统进行显示，DCS系统中一、二次风风量及制粉通风量的计算模型应依据设计及标定结果加以确定。
构成框图如下：







图3风量在线监测系统的构成框图
5多点式含尘风测量装置的功能特点
5.1彻底解决了含尘气流风量测量装置的信号堵塞问题，风量测量装置本身具有利用流体动能进行自清灰防堵塞的功能，绝对不需要外加任何压缩气体进行吹扫，无论气体含尘浓度多大，完全可以做到长期运行免维护。
5.2风量测量装置性能稳定，调节线性好。
5.3由于电站锅炉一、二次风量及制粉通风量总管直管段安装条件在许多场合无法满足，而且风道截面大，流速在截面上轻易分布不均匀，为了确保测量精度，可以将多个风量测量探头进行等截面多点布置，然后将各测量装置的正压与正压、负压与负压相互连接，最终引出一组信号到变送器，这样的组合风量测量装置对风道的直管段没有太多要求,一般只要求直管段长度不小于管道的当量直径即可。
5.4采用插入式布置，对于整个大风道来说，组合风量测量装置的挡风面积几乎可以忽略不计，因此，其对整个风道流体的压力损失几乎没有，节能效果十分显著，且安装方便。
6多点式含尘风测量装置计算的数学运算模型
风量计算的数学运算模型的公式为
Q=K*A*f(I,T)=K’*A*f(△P,T)(m3/h)*
式中:
K、K’为风量计算的数学运算模型的总系数；
A为风量测量装置安装处的面积
T为风速(量)所对应的风温,单位℃；
△P为风量测量装置输出差压，单位Pa;
I为差压变送器输出的4-20mA电流采样输入值,单位mA。
*根据各台锅炉的设计要求，风量Q的单位可以分别为m3/h，t/h或Nm3/h
7结束语
7.1常熟二电厂2号锅炉制粉系统的负荷风、旁路风、总风等含尘风采用多点式含尘风风量测量装置，由于测量较准确，锅炉自动投入率100，取得明显的效果。
7.2多点式含尘风风量测量装置几乎没有压损，由于本身具备的自清灰、防堵塞和防磨功能，使装置性能可靠、免维护，风量显示稳定。
7.2建议推广使用多点式一、二次风风量及制粉通风量测量装置。

参考文献
1中华人民共和国电力工业部.火电机组启动蒸汽吹管导则[M].1998.
2李永生.锅炉吹管方式的选择及应注重的问题[J].中国电力.1999年第9期.34～37
3谢伯达.关于锅炉吹管系数计算方法的探讨[J].热力发电.2001年第4期.28～29.41
4河南省电力公司编.火电工程调试技术手册（锅炉卷）[M].中国电力出版社,2003年6月.
5汪祖鑫编著.超临界压力 600MW机组的启动和运行[M].中国电力出版社,1996年11月.

作者简介
黄伟（1964—），男，1985年毕业于上海电力学院，湖南省电力试验研究院锅炉技术研究所，副所长、高级工程师，主要从事电站锅炉基建调试、洁净煤燃烧理论与技术的试验研究。

梁志明、胡晓辉：东南大学动力工程系