安防之家讯：0 引言
在火力发电厂中，如何提高锅炉的自动调节水平、负荷响应速度和燃烧效率，是技术人员的重点研究课题。为了合理地调整磨煤机风煤比例，提高锅炉自动化投入率，使锅炉配风合理，燃烧稳定，效率提高，就必须长期准确、稳定地测量锅炉一二次风管内的风速、风量以及制粉通风量。然而由于一、二次风及制粉风都是含尘气流，很容易造成测量装置堵塞和磨损，加之制粉系统布置空间限制，冷、热风管道没有足够的直管段，测点不容易布置等一系列原因，大部分火电厂的一次风量测量装置都无法正常运行。
由于一次风量测量不准确，测量值往往与实际数值存在很大偏差，造成运行人员燃烧调整缺乏依据，很多电厂出现运行人员为了不堵煤，把一次风压、风量保持在一个较高的水平，往往造成燃烧器附近水冷壁管局部磨损加剧，进而爆管、机组非停。也有一些火电厂为了降低厂用电，把一次风压、风量保持在一个较低的水平，造成磨煤机频繁堵煤，燃烧器喷口烧坏。
大唐户县第二发电厂通过对各种不同原理的风量测量装置进行研究和使用，进行反复讨论、试验与改造，取得了攻克这一难题的阶段性成果。下面就这一问题进行简要介绍。
1 几种常用的测量装置对比分析
1.1 一次风测量装置工作原理
目前，一次风测量装置有两大类型，一种是差压式流量计、另一种是热式质量流量计。差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据，根据节流原理，当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘里嘴、文丘里喷嘴等)，在其前后产生压差，此压差值与该流量的平方成正比。我厂原采用的超力巴与现在改造选用的改进型双文丘里管其基本原理相同。热式质量流量计是利用传热原理，即流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表，主要用于测量气体。
1.2 几种测量装置的对比分析
大容量锅炉一次风量测量元件多为机翼型、各种巴类、文丘里式和热式测量装置。在巴类中，由于均速管(阿牛巴)输出的差压信号较小，易堵塞，且分辨率低，一般需要与微差压变送器配套，测量精度不高。近几年美国生产的威力巴差压流量计，在性能上比阿牛巴均速管提高了一大步。但由于受直管段、量程比的限制，在计量上仍存在许多问题，不能满足用户的要求。而机翼型测量装置体积较大，压损较大，制造工艺比较困难，且易堵塞信号管路，采用标准文丘里管，在大管径时，其前后直管段要求很长，成本很高。以下就几种典型的测量装置作以详细对比分析。
1.2.1 以我厂原测量装置(超力巴)为例，作为插入式差压测量装置的一种，它在测量一次风量方面存在固有缺陷如图1。
图1 超力巴测量装置示意图
从安装示意图上已经可以清楚的看出这种装置在流体场不均匀时偏离风量实际值较大，这也就是我们以前风量显示存在波动的原因之一;其次，这种装置取压口较小长期在一次风管道内必然出现堵塞现象，需要频繁吹扫与清理。
1.2.2 机翼型测风装置。这种装置在国内推广已经数年如图2。
如图所示，这种装置是多点布置动压管的基础上改进的，虽然新型的机翼式测量装置多采用纺锤构造，但是通过实践证明，还是很大的减小了管道通流面积，有较大的压损，而且机翼式用在磨煤机一次风测量方面还没有彻底解决取压管堵塞的问题，随着运行时间的加长也会出现取压口堵灰缺陷。
1.2.3热式流量计,自从该类型装置引进国内以来也被许多电厂使用，经过多年的应用其优缺点很突出，它压损小，测量稳定，故障率小，维护工作少;但是响应速度慢，受脉动流限制，而且长期运行以后对于电厂的介质含粉问题造成的流量计探头磨损也没有太好的解决办法。应用于磨煤机一次风量控制若调门开度变化较大测量值将出现偏差，为了解决这个问题有的厂家在管道内加装扰流板使紊乱流影响减少，却增大了管道压损。采用多点布置方案也可消除这一问题，但是由于热式流量计单台造价高，多点布置所需要成本相当大不适宜电厂改造应用，因此我们厂只试用了两组就没有继续推广。
1.3存在问题分析
通过对以上几种典型装置的工作原理与使用情况分析，磨煤机一次风量测量存在以下共性问题：
1)测量设备在带粉环境中长期运行时不能满足防堵要求，必须采用连续或定期反吹等手段。
2)测量设备不能耐磨。测量设备在长期运行过程中易产生变形、磨损，不能保证测量的准确度，不能为锅炉的燃烧提供有用的运行参数。
3)难以保证测量设备的低压损，增加了管道原有风阻。磨煤机出口各一次风管道已经根据风阻调平了各管速度，安装测量设备后，附加压损可能影响原有的运行状况。
4)流程中的管路受限于空间位置，往往不能满足流量仪表对直管段长度的要求。
5)流场、温度压力变化等因素影响流量仪表的精确度和可靠性。
2 测量装置选择
2.1设备选择
通过以上分析，对测量装置的选择必须要考虑到磨煤机一次风流量测量的共性问题。1> 所选设备必须具有防堵或自清灰功能，减小检修人员维护工作量;2> 要尽量的减小一次风管道压损，降低截流损失;3> 具有较高的可靠性，磨损率与故障率要小;4> 对直管段要求不大，适合安装于磨煤机一次风管道内;5> 要能够避免大直径管道，流场不均匀，介质不稳定对仪表的影响。综合以上要求，我们最终选择了带自清扫功能的新型翼型文丘里组合风量测量装置。
2.2装置特点
针对所要解决的问题对该装置特点进行分析如下：
1)防堵特性，其结构特性决定该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，同时在测量装置测量室内安装有震动旋铁，利用一次风自身风量、风压波动来带动旋铁进行清扫，使装置测量室内不会积灰。
2)耐磨特性，装置材质为不锈钢，表面剖光处理，且正向流体面积小，不易磨损。
3)该装置以文丘里管改进，保持经典文丘里管的特点，压损小，对直管段要求小，且差压放大倍数较大、测量精度高。
4)为了减少流场影响，可以采用组合安装，即两组双文丘里管的布置方式，以满足流场特性。
5)该装置结构简单，安装方便，其成本造价低，可以在磨煤机停止运行或检修中改造安装，适宜于改造工作的进行。
2.3装置结构与工作原理
装置结构示意图如图3.
图3 结构示意图
如图所示，左侧指示为风道内组合布置两组双文丘里管，通过测量风道内的平均动压来测量风量。其正、负压引出口分别接入差压变送器正、负端。测量差压换算流量数学模型如下：
式中:G---被测气体体积流量,单位 ;
K---风量测量装置流量系数
A—通流面积,单位 ;
△P—风量测量装置输出差压,单位Pa;
t—被测气体温度,单位℃;
Px—被测气体管内的压力,单位Pa。
2.4安装与调试
参考仪表安装规范，结合厂家安装调试说明，在安装调试中也应考虑到安装工艺造成的测量装置缺陷。对安装中存在问题分析如下：
1) 应满足该装置对直管段长度的要求。
2) 安装中，焊接工艺要精细，固定要牢靠，避免装置松动造成的振动磨损。
3) 仪表管路焊接和固定要严密，防止漏风影响。
4) 应使用水平校准仪器，保证装置轴心平行于风道轴心，减小截流面积改变造成的测量误差。
5) 取压管不应存在向下的U型弯，避免长期运行后可能造成的积灰。
冷态标定应注意，标定孔选取位置要均匀分布，以保证标定用测量装置测量值的准确，提高对装置测量值的修正精度。
3 实际运行状况比较分析
3.1改造前运行状况分析
图4为改造前一台磨煤机一次风量与煤量趋势图：
如图所示，当机组工况稳定，运行人员未进行任何操作的情况下，煤量基本稳定在31 时，风量测量值波动很大，偶尔还会发生由于测量装置堵灰，而造成风量突变的情况。而且从测量值来看，对应于31 煤量的配风量不应在图示的80 左右，可见原测量装置的测量值不但不准确而且波动大，不具备参考价值,风量自动控制无法正常投入。而现在多数电厂都按照调度的要求投入AGC自动控制，运行条件更加苛刻。当AGC投入时，若机组用于调峰，负荷变化率增大，相应煤量变化较大的情况下，这样的风量测量装置根本无法满足运行需要。曾对比2008年一季度一次风机、引风机耗电量，由于一次风量调整不当，造成一次风机和引风机的耗电量几乎相当，一次风量明显过大，这给节能降耗工作增加了难度。
3.2改造后运行情况分析
图5为改造后与图5相同的磨煤机一次风量与煤量变化趋势图。
如图所示，由于风量测量值稳定、准确，磨煤机一次风量自动控制已经成功投入，实际运行检验说明，以该装置风量测量为反馈的风量自动控制运行状况稳定，满足现在磨煤机运行工况，减少了运行人员对风量的人为调整，提高了磨煤机运行效率，燃烧系统的工况也有大幅度改善。
3.3运行安全性与经济性分析
改造完成以后，一次风量测量值准确，一次风量自动控制与燃烧调节系统工作稳定。通过改造解决了磨煤机一次风流量测量装置存在问题，提高了锅炉运行的安全性与经济性，主要表现在：
1> 使锅炉的配风合理，燃烧更稳定，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> 提高了测量的准确性，增加了锅炉的自动投入率。运行人员能依据风量的变化做出正确的判断，有利于锅炉的安全和经济运行。
3> 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，很大程度上减少了超温现象的发生。有利于安全、经济运行。
4> 合理地调整磨煤机的风煤比例。进入各磨煤机的风量大小，能间接地反映出煤量的大小，改善了磨煤机运行工况。
4 存在问题及解决办法
4.1存在的问题
1> 在改造完成后实际运行中，有个别磨煤机在与其它多数磨煤机同工况运行时测量风量略小，我们对仪表管路进行了检查并对变送器进行了校验判断，初步认为是风道流体特性存在个别差异，应进行重新标定，对参数进行调整。但是按厂家要求，调试标定必须在机组冷态的条件进行标定，若按照同种方法标定必须等到下个检修周期，系统停止运行时才可以实施。
2> 通过对风量测量装置的改造，虽然在磨煤机一次风量与燃烧系统控制方面解决了部分问题，但是一次风机耗电量大的状况依然存在。
4.2解决方法
1> 针对个别风量偏小的问题，我们在磨煤机出口对每台磨正常运行时的风速以及风量进行了检测，如下表1。
表1 磨煤机出口风速以及风量检测
表1中所示是与图4、图5同一台磨煤机的测量结果。由于正常运行工况下，测量点在磨煤机出口管道，测量点风量为一次风量与磨煤机密封风量的总和，经过计算减去密封风量以后的风量值与DCS显示的改进型双文丘里管风量测量值基本一至。通过检测，使我们在热态状况下的风量测量标定得以实现，为略微偏小的测量值进行了修正提供了参考数据，进一步提高了一次风量测量的准确性。
2> 通过本次改造，一次风量测量不准确的难题得到解决，一次风量自动控制稳定性得到大幅度提高，使我们可以在保证一次风量可靠、准确控制的前提下，可以对一次风机进行变频改造，从而减小一次风机出口挡板调节时造成的截流损失，减少一次风机用电能耗，提高运行的经济性。
5 结束语
通过对磨煤机一次风量测量装置存在问题进行分析并在改造中予以解决，对提高电厂厂安全生产与经济运行起到了良好作用。改造中所选择的新型翼型文丘里组合风量测量装置经过实际运行与实验，已经证实了该装置在火电厂磨煤机一次风测量方面满足实际生产要求。
参考文献
[1] 翟秀贞等编著.差压型流量计.北京：中国计量出版社，1995
[2] 叶江祺编著.热工测量和控制仪表的安装.第二版.北京：中国电力出版社，1998
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