任仲海

(國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司，江蘇太倉(cāng)215433)

國(guó)華太倉(cāng)公司鍋爐二次風(fēng)量主要參與的保護(hù)和自動(dòng)有：二次風(fēng)量與一次風(fēng)量的和構(gòu)成鍋爐總風(fēng)量?？傦L(fēng)量低于25%時(shí)觸發(fā)鍋爐主燃料切斷即鍋爐跳閘（MFT）；二次風(fēng)量參與送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制中重要的控制回路。因此二次風(fēng)量測(cè)量在鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行中有著及其重要的意義。國(guó)華太倉(cāng)公司采用插入式文丘利多喉智能流量計(jì)來(lái)測(cè)量二次風(fēng)量，由于這種測(cè)量裝置自身的缺陷，對(duì)含塵氣流的測(cè)量時(shí)，灰塵只進(jìn)不出，極易造成感壓管路堵塞，從而造成所測(cè)量的風(fēng)量不準(zhǔn)確，從而對(duì)鍋爐安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成了極大的危害。

1 國(guó)華太倉(cāng)公司鍋爐簡(jiǎn)介

國(guó)華太倉(cāng)公司2臺(tái)600 MW鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流，單爐膛、一次中間再熱、四角切園燃燒方式、平衡通風(fēng)、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐燃用神府東勝煤。

鍋爐二次風(fēng)的作用是強(qiáng)化燃燒和控制NOx生成量。從大氣吸入的空氣通過(guò)送風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器的二次風(fēng)分隔倉(cāng)，加熱后經(jīng)二次風(fēng)道進(jìn)入大風(fēng)箱。二次風(fēng)大風(fēng)箱上抽出二路分離燃燼風(fēng)（SOFA)，分四路進(jìn)入四角的SOFA噴嘴，從而更好地控制NOx生成量。

2 國(guó)華太倉(cāng)公司二次風(fēng)量測(cè)量出現(xiàn)的問(wèn)題

國(guó)華太倉(cāng)公司鍋爐入口熱二次風(fēng)流量測(cè)量裝置采用插入式文丘利多喉智能流量計(jì)，該流量測(cè)量裝置的具體流量測(cè)量裝置技術(shù)要求和規(guī)范見(jiàn)表1。

安裝設(shè)計(jì)為單側(cè)熱二次風(fēng)道采用3只風(fēng)量取樣裝置，安裝于鍋爐28 m熱二次風(fēng)母管上，每1個(gè)風(fēng)量取樣裝置向1個(gè)變送器送去差壓信號(hào)。實(shí)際的使用中存在以下的問(wèn)題：

表1 插入正式文丘利多喉智能流量計(jì)技術(shù)要求和規(guī)范

(1)由于插入式文丘利多喉測(cè)風(fēng)裝置自身的缺陷，對(duì)含塵氣流的測(cè)量時(shí)，灰塵只進(jìn)不出，造成感壓管路堵塞，再加上鍋爐啟、停爐時(shí)，冷、熱態(tài)的變化，所形成的水氣與測(cè)風(fēng)裝置感壓管路中的灰塵會(huì)形成硬塊，很難清除，極大的增加了維護(hù)的工作量。檢修人員每過(guò)一段時(shí)間就需要對(duì)取樣裝置進(jìn)行吹掃，去除積灰。而且隨著機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間增長(zhǎng)，吹掃時(shí)間間隔越來(lái)越短，最嚴(yán)重時(shí)每周就要吹掃一次。

(2)低負(fù)荷的時(shí)候，風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)確也不穩(wěn)定。原因分析如下：

①由于飛灰的堵塞；

②風(fēng)箱橫截面積較大，低負(fù)荷的時(shí)候差壓較小，不易測(cè)量；

③風(fēng)箱橫截面積較大，風(fēng)箱的直管段長(zhǎng)度較小，流速較低的時(shí)候，風(fēng)箱里的流質(zhì)是不均勻的。國(guó)華太倉(cāng)公司的測(cè)風(fēng)裝置3只取樣裝置（單側(cè)）分別安裝在風(fēng)道上側(cè)中間部位、外側(cè)中間部位及下側(cè)中間部位。動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為出上側(cè)風(fēng)速最大、外側(cè)次之、下側(cè)最??；

④裝置選型不合理，設(shè)計(jì)差壓量程過(guò)大，影響測(cè)量精度。

國(guó)華太倉(cāng)公司的送風(fēng)自動(dòng)設(shè)計(jì)了3只風(fēng)量測(cè)量數(shù)據(jù)偏差大于300 t/h跳相應(yīng)側(cè)送風(fēng)機(jī)自動(dòng)的保護(hù)邏輯，由于二次風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)經(jīng)常導(dǎo)致送風(fēng)自動(dòng)解除，從而影響整個(gè)燃燒控制系統(tǒng)，對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成了極大影響。因此對(duì)1號(hào)鍋爐的二次風(fēng)量測(cè)量裝置進(jìn)行技術(shù)改造。

3 現(xiàn)在二次風(fēng)量主要測(cè)量方法

目前測(cè)量二次風(fēng)量的技術(shù)很多，但歸結(jié)其原理主要有兩類(lèi)：差壓式和熱式。放大型皮托管測(cè)量裝置、機(jī)翼測(cè)量裝置及國(guó)華太倉(cāng)公司使用的插入式三喉徑文丘利智能流量測(cè)量裝置都屬于差壓式，即取差壓信號(hào)計(jì)算出體積流量（需要溫度、壓力補(bǔ)償）。這類(lèi)裝置優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)加工精度要求不高，工作穩(wěn)定可靠，在大于臨界雷諾條件下工作時(shí)誤差小測(cè)量精度高。這種裝置的缺點(diǎn)是對(duì)風(fēng)道布置要求高：測(cè)量點(diǎn)應(yīng)多于兩點(diǎn)即冷風(fēng)及熱風(fēng)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于風(fēng)道分兩例布置的大型機(jī)組應(yīng)多于四點(diǎn)；測(cè)量段應(yīng)為直管段，長(zhǎng)度要足夠。這種裝置壓頭損失約為測(cè)量值的10%。熱式流量裝置的原理是：氣體掠過(guò)熱物體表面時(shí)會(huì)帶走熱量，此熱量正比于氣體的質(zhì)量流量及熱吸收特性。DY-EP流量計(jì)采用堅(jiān)固、可清洗的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器來(lái)檢測(cè)并補(bǔ)償氣體帶走的熱量，其中溫度傳感器不斷測(cè)量介質(zhì)的溫度，加熱傳感器則與溫度傳感器保持一個(gè)固定溫差。當(dāng)氣體帶走熱量時(shí)，2個(gè)傳感器之間溫差減小，電橋失去平衡，自動(dòng)提高傳感器的消耗功率，補(bǔ)償氣體帶走的熱量，恢復(fù)固定溫差，此時(shí)電橋輸出反映氣體質(zhì)量流量，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。熱式流量計(jì)在電廠應(yīng)用還不是很普遍。

通過(guò)對(duì)其他電廠的調(diào)研并結(jié)合國(guó)華太倉(cāng)公司的實(shí)際情況，選用了PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置。PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)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(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)，又克服了差壓式流量測(cè)量裝置的缺點(diǎn)。它可以確保長(zhǎng)期測(cè)量的準(zhǔn)確性，能及時(shí)地反映各風(fēng)管內(nèi)風(fēng)量的大小，隨時(shí)調(diào)整鍋爐運(yùn)行，讓鍋爐始終在較經(jīng)濟(jì)的工況下運(yùn)行，大大提高了鍋爐的自動(dòng)投入率。而且防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置壓力損失小，節(jié)約送、引風(fēng)機(jī)電量，可取得良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

4 PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置的工作原理特點(diǎn)

PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置是根據(jù)ISO3966《封閉管道中流體流量的測(cè)量—采用皮托靜壓管的速度面積法》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)制造，基于S型畢托管測(cè)量原理，測(cè)量裝置安裝在管道上，其探頭插入管道內(nèi)，當(dāng)管道內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí)，迎風(fēng)面受氣流沖擊，在此處氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，因而迎風(fēng)面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱(chēng)為“全壓”，背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，其壓力稱(chēng)為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱(chēng)為差壓，其大小與管道內(nèi)風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大，差壓越大；風(fēng)速小，差壓也小，風(fēng)速與差壓的關(guān)系符合伯努利方程：

式中：v表示風(fēng)速，m/s；k表示測(cè)量裝置系數(shù)；Δp表示差壓，Pa；ρ表示氣體密度，kg/m3。

對(duì)于含塵氣流，為了解決堵塞問(wèn)題，PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置裝設(shè)了防堵塞裝置，在垂直段內(nèi)安置了清灰器，在管道內(nèi)氣流的沖擊下使清灰器作無(wú)規(guī)則擺動(dòng)，起到自清灰作用，清灰器的重量及大小是經(jīng)過(guò)出廠前的試驗(yàn)來(lái)確定的，在風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)上按照一、二次風(fēng)管內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)速的范圍試驗(yàn)得出，清灰器的重量與大小必須符合要求，否則自清灰效果會(huì)不理想。

發(fā)電鍋爐的風(fēng)管風(fēng)道直管段一般比較短，管道截面積上的流場(chǎng)很不均勻，有的部位甚至有回流產(chǎn)生。當(dāng)風(fēng)道的截面積較大時(shí)，單點(diǎn)測(cè)量風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量是不科學(xué)的，甚至其測(cè)量的數(shù)據(jù)無(wú)任何意義。PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置采用等截面陣列布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)的方法，測(cè)得同截面的平均速度，采用的選點(diǎn)方法為ISO3966《封閉管道中流體流量的測(cè)量—采用皮托靜壓管的速度面積法》和ISO7145:1982《圓形截面封閉管道中流體流量的測(cè)定—在截面的一點(diǎn)上測(cè)量速度的方法》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的等面積法。對(duì)于各種形狀的風(fēng)道，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定所需測(cè)點(diǎn)的數(shù)量、測(cè)量裝置的數(shù)量和布置方式等。

5 國(guó)華太倉(cāng)公司二次風(fēng)量測(cè)量裝置改造實(shí)施方案

鍋爐二次總風(fēng)量風(fēng)道截面尺寸為4 500×4 400×4 mm，由公式，可得其當(dāng)量直徑為4 450 mm，風(fēng)道直管段長(zhǎng)度為12 000 mm，即風(fēng)道直管段長(zhǎng)度不到3倍當(dāng)量直徑。由于風(fēng)道大，直管段短，截面風(fēng)速容易分布不均勻。為了確保準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)量，擬在4 500×4 400 mm的風(fēng)道截面上按等截面網(wǎng)格法多點(diǎn)測(cè)量原理布置32個(gè)風(fēng)量測(cè)量點(diǎn)，其等截面網(wǎng)格布置風(fēng)量測(cè)量點(diǎn)如圖1所示。

等截面陣列布置32個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)得同截面的平均速度，是為了確保準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)量，將32個(gè)風(fēng)量測(cè)量探頭的正壓側(cè)與正壓側(cè)相互連接、負(fù)壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)相互連接，引出1組正、負(fù)壓信號(hào)至差壓變送器。測(cè)量探頭布置方式示意見(jiàn)圖2。

PBS型防堵型陣列測(cè)風(fēng)裝置計(jì)算的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型為：

式中：A 為風(fēng)道面積，m2。

風(fēng)道中的氣流速度為：

其中密度ρ可由氣流的溫度t(℃)以及風(fēng)道內(nèi)的靜壓Ps(Pa)和當(dāng)?shù)卮髿鈮毫a(Pa)求出：

風(fēng)量監(jiān)測(cè)裝置的標(biāo)定系數(shù)k為：

標(biāo)定后的風(fēng)量可以利用風(fēng)量監(jiān)測(cè)裝置的差壓來(lái)得到：

測(cè)量裝置出廠前的測(cè)量精度與流量系數(shù)k通常是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞測(cè)試得出的，是常規(guī)條件下的流量數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)介質(zhì)的流場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞中的流場(chǎng)會(huì)有很大差異，因此為了保證測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)確性和在不同運(yùn)行工況下線性度，對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)按照GB10184-88《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》、《磨煤機(jī)試驗(yàn)規(guī)程》（DL467-92）或《ASME 試驗(yàn)規(guī)程》PTC4.1、PTC4.3規(guī)定及有關(guān)測(cè)試方法取3種工況進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn)。

6 應(yīng)用情況

國(guó)華太倉(cāng)公司7號(hào)鍋爐自從采用PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置后二次風(fēng)量測(cè)量一直很準(zhǔn)確，也再?zèng)]發(fā)生過(guò)送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)解除的現(xiàn)象，測(cè)量裝置也從未堵過(guò)，減少大量的維護(hù)工作量，而且從煙氣含氧量數(shù)據(jù)來(lái)看，也提高了鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

7 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)華太倉(cāng)公司1號(hào)鍋爐自從采用了PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置后，送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)一直很理想，大大地提高了鍋爐安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力。PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置由于采用了網(wǎng)格多點(diǎn)測(cè)量原理且具有自動(dòng)清除灰塵的能力，也免去了大量的維護(hù)工作。總之，PBS防堵型陣列風(fēng)量測(cè)量裝置功能特點(diǎn)為：

（1）徹底解決了含塵氣流風(fēng)量測(cè)量裝置的信號(hào)堵塞問(wèn)題，風(fēng)量測(cè)量裝置本身具有利用流體動(dòng)能進(jìn)行自清灰防堵塞的功能，絕對(duì)不需要外加任何壓縮氣體進(jìn)行吹掃，無(wú)論氣體含塵濃度多大，完全可以做到長(zhǎng)期運(yùn)行免維護(hù)。

（2）風(fēng)量測(cè)量裝置性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)線性好。

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

（4）采用插入式布置，對(duì)于整個(gè)大風(fēng)道來(lái)說(shuō)，組合風(fēng)量測(cè)量裝置的擋風(fēng)面積幾乎可以忽略不計(jì)，因此，其對(duì)整個(gè)風(fēng)道流體的壓力損失幾乎沒(méi)有，節(jié)能效果十分顯著，且安裝方便。

[1]汪祖鑫.超臨界壓力600 MW機(jī)組的啟動(dòng)和運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[2]楊義波.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3]GB10184-88，電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[4]潘汪杰.熱工測(cè)量及儀表[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.