超临界火电机组二次风量测量装置改进

肖 江

大唐黄岛发电有限公司 山东 黄岛 266000

0 引言

锅炉二次风量主要作用是维持二次风风箱压力大于炉膛压力并且这个差值应在机组安全运行所规定的范围之内，使炉膛内的氧气量维持在适合燃烧的范围内。大唐黄岛电厂#5、#6两台670MW机组二次风测量装置原来采用插入式文丘里多喉流量测量装置，该测量装置对气流的含尘有较高的要求，当气流中的含尘量较高时，其迎风侧取压口，在气流惯性和排尘不畅的作用下，很容易造成积灰，直至堵塞，不能准确的对二次风量进行有效的测量。针对测量装置存在的问题，对测量装置进行了改进，改用GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量测量装置［1］。

1 原有测量装置存在的问题

由于风箱二次风挡板分层布置，其顶层进入炉膛的二次风还有拉低火焰中心温度的作用，从而达到降低烟气中NOX浓度的效果。进入送风机的冷二次风在回转式空气预热器的二次风加热隔离仓中升温后，分成两路，一路进入AB侧二次风大风箱；另一路形成SOFA风（Separated OFA，分离式燃烬风）分四路进入四角的SOFA风箱，从而更好的控制NOX生成量［2］。

大唐黄岛电厂#5、#6机组锅炉入口热二次风流量测量装置原来采用插入式文丘里多喉流量计，机组初建为每侧（锅炉分A、B两侧）热二次风母管使用三套风量取样合并传压装置，安装于锅炉单侧的热二次风母管上，每侧风量取样装置带三台差压变送器为DCS输送4~20mA电流信号。在测量装置运行过程中存在着由于二次风在回转式空预器加热过程中带入大量烟气中的灰尘，插入式文丘里多喉测风装置的迎风口因设计原因出现积灰，造成正取样口堵塞，再加上黄岛电厂地处沿海空气潮湿，机组在启动和停运时，风道内出现较大温差，从而形成了大量水气与测风装置迎风口处的积灰结垢形成硬块，严重堵塞极难处理，严重影响二次风量正常观测［3-5］。检修人员每过一段时间就需要对取样装置进行吹扫，去除积灰。而且越结垢积灰越严重，二次风量的测量也就越不稳，最后严重堵塞，已无法在机组正常运行状态下清理。

鉴于插入式文丘里多喉流量装置存在的缺陷和逻辑设计存在的问题，黄岛电厂对#5、#6机组锅炉的二次风量测量装置进行技术改造［6］。

2 二次风测量装置技术改进

二次风测量装置选用了GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量测量装置。该测量装置是基于文丘里喷咀测量、皮托管、匀速管原理研发的，其翼形空气动力学原理和航空发动机进气道原理，在多喉径流测量装置的基础上发展而来的。它是通过管道截面平均流速、流体密度及管道的有效截面积来确定流量的。GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量测量装置，采用专利型防堵取压装置，稳压—滤波装置做为独立的动压取压装置，取压孔采用流行的虑灰取压设计，可将灰尘完全滤掉，取压孔后主管道内径较大，方便了日常维护工作，且不易堵塞，从根本上解决了流量测量装置动压侧孔易堵塞的弊病［7］。检测管后部采用流行性整流设计，静压侧取压孔设在无杂质聚集区，从本质上实现了真正的防堵，如图1所示为防堵喷嘴外观图。

图1 防堵喷嘴外观图

当风吹进喷嘴时，风的压力传递进喷嘴，而风中的粉尘则随风从喷嘴尾翼中随风流出，从而实现防堵功能。二次风管道中的风流速分布是不均匀，为了准确计量，将管道截面多点取压取平均值。测量装置由迎风压管、背风压管、信号放大装置等组成，在测量装置中压力信号被平均后输出。测量装置水平安装在风道上，其测量部分插入风道内，当管道内有热空气流过时，迎风面受热空气冲压，在此处的热空气的动能变换成压力，因而迎风面测量管内获得较高压力［8］。背风面由于不直接受热空气正面冲压，其测量管内的压力为风道内的相对静压力，迎风压力和背风压力之差称为差压。而差压大小与风道内介质流速有直接关系，流速越快，差压越大；流速越慢，差压越小，流速与差压的函数关系式为［9］：

上式中：v表示风速（m/s）；

k表示测量装置系数；

Δp表示差压（Pa）；

ρ表示气体密度（kg/m3）。

在二次风量测量过程中，管道内热空气的差压参数经差压变送器变为相对应的电信号 （直流4-20mA）直接传输到机组DCS系统，并通过与温度和压力的运算得出风道内热空气的瞬时流量。也可以将差压变送器输出的电流信号传输到带运算的二次仪表上结合温度和压力进行运算得出风道内瞬时流量，并输出4～20mA的电流信号到机组DCS系统显示二次风瞬时流量。

风道内介质流过风道的质量流量为：

流体流过管道的标准体积流量为：

流体流过管道的工况体积流量为：

式中：

dP测量差压（kPa）；

ρ工况状态下流体密度（kg／m3）；

标准状态下的流体密度：

ρ0（kg／m3）（t=0℃，Ph=101.325kPa）

ρ20（kg／m3）

（t=20℃，Ph=101.325kPa）；

T表示流体绝对温度；

PA表示入口流体绝对压力；

f（PA，T，D）表示流量传感器的流量函数；

D表示管道的内径；

K表示仪表系数。

锅炉二次风量测量装置安装位置的风道截面积为5000×4000mm，由公式，可得其当量直径为D＝4445mm。根据管道工艺流程，在直管道上选择安装流量测量装置，安装测量界面及工作原理如图2所示。

图2 测量设备安装示意图

由图2可见二次风量测量装置前的直管段长度L1在1R以上选取，二次风量测量装置后直管段长度L2在0.5R以上选取。为获得最佳的测量精度及测量稳定性，二次风量测量装置前的直管段长度在管道布局允许条件下，应尽可能长些。还要依据上游管道阻力件型式确定开孔的方位。在确定安装方位时注意：必须检查管道内部，在流量测量装置的前方和后方有无障碍物阻挡气流。如果有障碍物存在，必须将障碍物清除，或调整流量测量装置的安装位置，避开障碍物，才能保证准确测量流量［9］。在管道安装位置处，沿直管轴线方向开一个矩形长孔，再将专用法兰式安装座安装到管道矩形长孔上，焊接时注意保证法兰盘对称轴线与管道轴线平行。有尾端承座的，尾端支承座开孔时应注意与测量棒的尾端支承轴对正。多原理复合式流量测量装置和稳压—滤波装置的安装位置不在一条轴线上，空间上必须错开［10］。

为确保风量测量准确、可靠，在投入运行前，必须严格检查测量装置和仪表管路的密封性，各连接处良好气密，保证取压仪表管无漏气缺陷。测量装置到变送器的仪表管路上的所有活节、针型阀和软管，在达到最高工作压力时，无风压外漏现象；所有针型阀和三阀组关闭时，无外漏和内漏现象［11］。

GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量测量装置在DCS逻辑中的算法公式：

其中：t为实测流体温

Pg为实测流体表压力

Km是仪表系数其单位是质量流量（t／h），这里取Km=998.927（t／h）

f（dp）为流量校准函数，根据测量差压的状态来确定，

A1至A11是厂家根据经验提供的状态系数，

当0≤dP≤0.2kPa时：

当0.2kPa≤dP≤1.2kPa时：

3 技术改进后测量结果

将GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量测量装置应用到大唐黄岛电厂两台超临界670MW火电机组的二次风测量中，应用以来，其测量准确可靠，二次风量随负荷变化有着较为准确的测量效果，并且也实现了燃烧氧量配比优化，二次风量的测量效果图如图3所示。

图3 二次风量测量效果图

由此可见二次风量测量的准确性和稳定性得到了很大的提高，二次风量曲线可较好的跟随负荷扰动曲线和烟气含氧量曲线而变化。GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量测量装置由于本身具备的防堵塞功能，它即有差压式流量测量装置的优点，又克服了差压式流量测量装置的缺点。它的后期维护工作量也得到了减少，而它又能较长时间的可靠、稳定的运行，能准确的测量出机组正常运行时的瞬时风量，让运行人员可依照其显示调整机组工况，并提高了机组的自动投入水平。

4 结论

黄岛电厂两台超临界670MW火电机组的二次风测量安装GDWZL-50MTC插入式多原理复合式流量装置以来较好的解决了热空气中含尘过高导致风量测量装置取压口堵塞问题，完全可以做到了长时间免维护运行，大大减少安装后的维护工作量，而且从机组负荷、二次风量测量和尾部烟道烟气含氧量曲线数据来看，锅炉燃烧的安全性、稳定性和经济性也得到很大的提高了，为相似的工程提供了借鉴。

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