大型锅炉风量及风速测量装置的改造和应用

欧艳清，张军

(大唐湘潭发电有限责任公司，湖南湘潭411100)

大唐湘潭发电有限责任公司 (以下简称“湘潭电厂”)300 MW机组1，2号锅炉为哈尔滨锅炉(集团)股份有限公司生产的四角直流燃烧器切向燃烧亚临界一次中间再热自然循环汽包炉。原一、二次风及制粉系统热风的风量测量装置均采用机翼测风装置，在运行中容易被灰堵塞，无法吹通，即使停炉后进入风道内部也不能将其完全疏通，因此风量保护和送风自动无法投入，测风装置不正常，使得对运行人员调整燃烧失去指导意义;且机翼测风装置占据了风道3/4以上的通风面积，风阻很大，运行很不经济。原粉管风粉混合后的一次风速测量装置采用普通的靠背管，也存在测量精度低、易堵塞、疏通困难等缺点，平均2～3 d就要吹1次取样管，严重影响一次风速的测量和监视，给运行人员迅速判断堵管和断粉带来一定的困难。随着各电厂对风量保护和风量自动调节投入要求的提高，风量及风速测量不准、不可靠的问题显得尤为突出，故对相关的风量及风速测量装置进行改造很有必要。

1 改造的可行性分析

1.1 常用风量测量装置比较分析

(1)巴类 (威力巴、阿牛巴)风量测量装置为压差型测量方式，是基于皮托管测速原理发展而来的一种流量传感器。在测量装置安装直管段满足设计要求且不含灰尘的情况下使用情况较好。对于含尘气流的测量，因其感压部分是一个带有感压孔的小空间，灰尘只进不出，容易造成测量装置的堵塞。

(2)机翼型风量测量装置也是一种压差型测量方式，由机翼和一段矩形风道构成。感压部分是一个带有感压孔的小空间，灰尘只进不出，容易造成测量装置的堵塞，且因测量装置占用面积大而导致截流大，风机电耗明显增加。

(3)风道式文丘里风量测量装置因信号放大倍数小、阻力大等缺点目前已很少使用。该测量装置负压测点取自内文丘里喉部，也很容易堵塞。

(4)热扩散式风量测量装置利用传热的原理，但加温棒 (RTD)的升温或降温有一个变化的过程，所以它不能及时、快速地反映风量、风速的变化，测量滞后性较大。

(5)全截面插入多点式自清灰风量测量装置的测量是基于靠背测量原理，测量装置一次元件插入风道内，当有气流流过时，迎风面测量气流的动能 (全压)，背风面测量气流的静压，全压、静压差的大小与风量之间有相互对应关系，利用这一原理就能正确地测出风道内风量。其计算数学模型如下:

式中 Q为风量值;K为冷态标定试验后得出的风量测量装置的修正系数;A为风量测量装置安装处的风道截面积 (m2);T为被测风量的风温 (℃);△P为风量测量装置输出的差压 (Pa);P为被测风量的压力 (Pa)。

上述数学模型对各风道的风量进行温度和压力的实时修正。而且根据各台锅炉的设计要求，风量Q的单位可以分别为t/h，m3/h等。

对于混合风或热风等含尘气流的测量，要长期准确地测量出管内风量，需重点解决2个问题:测量装置的防堵塞问题和测量装置的耐磨问题。全截面插入多点式自清灰风量测量装置为了解决测量装置防堵塞的问题，在测量装置垂直段内设计、安装了清灰棒，清灰棒在风道内气流的冲击下作无规则摆动，能够起到自清灰的作用，清灰棒的粗细及自重经出厂前的实验确定，在实验台上按照不同项目风道内设计风速 (量)的范围实验得出，清灰棒太粗、太细或太重、太轻都不能满足要求。引压接头与垂直管段连接有1根斜管，垂直管与斜管间有节流孔，而引压管从斜管上引出，能够起到很好的二次沉灰作用。为了解决耐磨问题，测量装置一次元件采用Al2O3耐磨陶瓷，经1 850℃高温烧结而成，具有很强的耐磨能力。其结构如图1所示。

图1 全截面插入多点式自清灰风量测量装置结构示意图

对于大截面风道风量的测量 (如热二次风5 000×4 600 mm2)，测量装置仅有一个测量点是不能满足测量要求的，为了提高测量的准确性，必须在大截面风道上严格按照相关标准在垂直和水平方向采用等截面多点测量，测出大截面风道的平均速度。测量装置将多个等截面测量点的正、负压侧在风道内进行连接，最后正、负压侧各引出1根总引压管，再与差压变送器相连，从而测出该截面上的平均风量。

1.2 可行性分析

为确保锅炉风速 (量)测量的准确性及风量保护、送风自动的正常投入，决定对风速 (量)测量装置进行改造。经调研，发现全截面插入多点式自清灰风量测量装置具有自清灰、防堵塞、防磨损等多项功能，已在国内不同容量、不同类型的锅炉上得到了成功应用。与其它风量测量装置相比，插入式多点测量装置最突出的优点是对直管段长度的要求很低，即使是在完全没有直管段的情况下也是一种较理想的测量装置。由于300 MW和600 MW机组风道布置受空间所限制，例如300 MW机组的热二次风、磨入口混合风、600 MW机组的制粉系统管道 (负荷风、旁路风管道)等没有足够的直管段，造成流场冷、热态差别大，气流不稳定，进而影响到测量的准确性;另外热风或混合风均为含尘气流，其它常用的风量测量装置感压体是一个带有感压孔的小空间，其灰尘只进不出极易造成堵塞，使得测量元件的堵塞问题难以得到根本解决。

全截面插入多点式自清灰风量测量装置在风道截面上严格按照国家相关标准，采用等截面多点测量原理测量出截面的平均速度，再根据各测量风道直管段长度、截面尺寸的大小等因素来确定测量点数，而且很好地解决了含尘气流风量测量中的耐磨问题和堵塞问题，风量测量装置本身具备了利用流体动能进行防堵塞自清灰的功能，因此不需要利用任何外加压缩气体进行吹扫，无论气体含尘浓度有多大，均可长期免维护运行。

2 改造和应用情况

2004—2007年，将300 MW机组粉管一次风速测量装置和风量测量装置全部更换为全截面插入多点式自清灰风速 (量)测量装置。改造后风速、风量测量准确，测量装置在运行中不堵塞，运行人员和相关技术人员对改造后的效果非常满意。改造后锅炉风量保护长期正常投入，送风自动也经调试、试验后具备投运条件。由于取消了机翼测风装置，风道阻力大大降低，风机电流比改造前明显下降。

湘潭电厂600 MW机组3，4号锅炉是东方锅炉股份有限公司生产的DG1900/25.4-Ⅲ型，前后墙对冲燃烧方式、超临界参数变压直流燃煤锅炉，为一次中间再热、单炉膛、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构Π型布置;制粉系统采用双进双出磨煤机冷一次风机正压直吹式系统，每台炉配6台双进双出钢球磨，24个煤粉燃烧器。

在基建阶段每台炉的24套磨煤机出口一次风速测量装置和每台磨煤机的入口一次风总风量、磨煤机甲、乙侧入口旁路风流量、磨煤机甲、乙侧入口负荷风流量 (每台磨煤机5套)直接采用自清灰的风速和风量测量装置，投产后磨煤机出口一次风速和磨煤机系统的风量测量准确，风量测量装置不堵塞，机组的燃烧自动和协调控制均正常投入且调节品质合格。

而在基建阶段，3，4号炉风烟系统均采用进口威力巴风量测量装置，且配套安装了防堵压力吹扫装置，但投产后还是存在所有空预器后的威力巴风量测量装置 (共44套)易堵、堵后吹不通、测量不准确等问题，且现场所有煤层燃烧器二次风流量和燃尽风流量的测点安装位置风道直管段长度只有3m多，根本不能达到威力巴风量测量装置安装对直管道长度的要求。由于上述风量测量不准，导致3，4号炉的风量保护和送风自动不能投运，风量的测量值对运行人员操作失去指导意义，并且增加自动反吹系统，也不能解决问题。因此，在2009年将3，4号炉所有空预器后的威力巴风量测量装置全部更换为全截面插入多点式自清灰风量测量装置。改造后各风量测量准确，风量测量装置在运行中不堵塞，锅炉风量保护长期正常投入，送风自动经调试、试验后具备投运条件，运行人员也可根据风量的实际测量值来调整锅炉的配风，取得了满意的改造效果。

湘潭电厂300 MW，600 MW机组的风量测量装置经改造后现已全部采用了全截面插入多点式自清灰风量测量装置，由于在风道截面上严格按照标准的网格要求进行多点式布置，且测量装置本身具备自清灰和防堵塞功能，测量装置性能可靠且压损很小，使用至今风量显示准确、稳定。

3 结束语

湘潭电厂300 MW机组1，2号炉各有经改造后的20套一次风速测量装置、6套风量测量装置在役运行;600 MW机组3，4号炉各有经改造后的24套一次风速测量装置、52套风量测量装置在役运行。运行情况表明，只要在改造施工过程中严格保证风量、风速测量变送器取样管严密不漏，风量、风速测量装置在运行中就不会堵塞，确保测量准确。在每年的大小修中对变送器进行校验的同时对风量、风速测量装置取样管进行一次常规吹扫即可保证其全年的正常运行。

〔1〕段泉圣.电站锅炉送风流量测量方法研究〔J〕.电力标准化与计量，2005，52(2):19-21.

〔2〕谢伯达.关于锅炉吹管系数计算方法的探讨〔J〕.热力发电.2001，30(4):28-29.