弭尚文， ， ，,

(1.國家電投東北電力有限公司撫順熱電分公司，遼寧 撫順 113000：2.哈爾濱工業(yè)大學,黑龍江 哈爾濱 150001)

在火力發(fā)電鍋爐機組的運行過程中，需要對一次風、二次風、脫硫脫硝、煙道等部位的風量進行測量，在此基礎(chǔ)上進行鍋爐風量管理。良好的風量管理可以提高鍋爐的運行效率，降低排放污染。盡管如此，由于鍋爐風量測量在技術(shù)上一直沒有解決好，風量管理仍是目前鍋爐運行技術(shù)中的薄弱環(huán)節(jié)，所以對鍋爐風量測量的研究有很重要的意義[1-3]。

在技術(shù)上，鍋爐風量測量是屬于大截面風道風量測量的技術(shù)問題。由于大截面風道風量測量與一般的管道氣體流量測量相比有特殊性，為了測量準確，需要進行一些具體研究。

1 大截面風道風量測量

由于風道截面尺寸大，在測量風量時，與一般的氣體流量測量不同，其測量有以下特點：(1)大截面風道尺寸比較大，一般沒有足夠的直管段，風道內(nèi)氣體流速分布畸變很大； (2)一般大截面風道內(nèi)支撐較多，使得風道內(nèi)氣體流速分布不均勻加??；(3)風道內(nèi)氣流漩渦較多；(4)一般大截面風道內(nèi)氣體流速較低、壓力也不大；(5)風道內(nèi)控制氣體流量的風閘難以關(guān)嚴，所以即使沒有向風道內(nèi)送風，風道內(nèi)也有氣體流動。

在選擇風量測量方式時，還應該考慮以下技術(shù)因素：

(1)由于風道截面尺寸大，不適合應用容積測量原理的流量計，所以通常選擇速度式流量計進行氣體流量測量;

(2)要根據(jù)氣體在風道內(nèi)的流速，確定流量計的測量范圍；

(3)測量時引入的風阻應該盡量小，如果風阻大，就會使風機產(chǎn)生額外的功率消耗，一般驅(qū)動大截面風道的風機功率很大，這部分能耗容易被忽視，實際上其經(jīng)濟指標是可觀的；

(4)要考慮調(diào)整、維護、更換、保養(yǎng)簡便易行；

(5)由于大風道內(nèi)的氣體一般都混有一定的灰塵，要考慮灰塵對測量的影響。

2 流量檢測方案

綜上所述，應該選用插入式測速原理的流量計用于大截面風道體流量測量，一般選用壓差流量計和熱式氣體質(zhì)量流量計[4]。

2.1 壓差式流量計[5]

壓差原理流量計是利用氣體流動產(chǎn)生的動、靜壓之差，測量氣體的流速，進而得到在該界面上氣體的流量，壓差式流量計的特點如下：

(1)原理直觀，熟悉的人多；

(2)響應時間短，反應快；

(3)適用于氣體流速較高的場合；

(4)矩陣式壓差流量計流阻比較大。

但與此同時，壓差流量計在應用時會產(chǎn)生以下問題：

(1)由于大截面風道直管段短、風道內(nèi)支撐多，所以風道內(nèi)氣流漩渦多，壓差式流量計測量值波動大；

(2)取壓孔直徑越小，流量測量精度越高，但在實際應用中易于堵塞，雖然利用反吹的方法可以解決部分問題，但代價大；

(3)大截面風道內(nèi)氣體流速低，流速常常接近壓式流量計的測量下限，測量數(shù)據(jù)波動大，為了解決這個問題，最常用的就是增加風道內(nèi)的風阻、減小風道截面的有效面積、提高風速，但在經(jīng)濟上的代價可觀；

(4)將壓差式流量計做成矩陣式多點測量的形式，在出現(xiàn)故障時，需要將風道對應段整體移出才能進行更換；

(5)測量的是體積流量；

(6)冷、熱風混合時，由于風道原因，冷、熱風混合不充分，引起測量誤差。

2.2 熱式氣體質(zhì)量流量計

熱式氣體質(zhì)量流量計是根據(jù)熱擴散原理進行氣體流量測量的流量儀表[2]，它的傳感器上有一根加熱的“熱針”，用于進行熱量損失檢測，另外一個“冷針”用于檢測氣體的溫度。在測量時，將“熱針”和“冷針”同時置于氣體的流場中，通過測量“熱針”的熱量損失和“熱針”與氣體的溫差，檢測氣體的流量。

從理論上講，氣體分子與傳感器的“熱針”每接觸一次，就帶走“一份”熱量，如果將“熱針”置于流場中，“熱針”的熱量損失與流過“熱針”的氣體的分子碰撞次數(shù)有關(guān)，宏觀上就是流過氣體的質(zhì)量流量。通過測量氣體的溫度和“熱針”的熱量損失，可以建立一個熱擴散模型，利用這個模型就可以檢測出流經(jīng)“熱針”處氣體的質(zhì)量流量。

熱式氣體質(zhì)量流量計的特點如下：

(1)測量的是氣體流量的質(zhì)量流量，不用溫壓補償；

(2)量程比大于1∶1 000，可以對低流速氣流進行測量；

(3)插入式熱式氣體質(zhì)量流量計流阻??；

(4)對氣流中的粉塵不敏感，不會出現(xiàn)粉塵堵塞的問題；

(5)響應時間適中，測量值穩(wěn)定；

(6)插入式熱式氣體質(zhì)量流量計可以在線更換。

插入式熱式氣體質(zhì)量流量計在進行大截面風道氣體流量測量時有以下問題：

(1)作為速度型流量計，大截面風道直管段短，對熱式氣體質(zhì)量流量計的測量值有影響；

(2)冷、熱風混合時，由于風道原因，冷、熱風混合不充分，引起測量誤差。

為了解決冷、熱風混合產(chǎn)生的測量問題，我們利用熱式氣體質(zhì)量流量計分別對冷、熱風進行測量，在DCS系統(tǒng)中把冷、熱風測量值進行相加獲得總風量，改變了以往在冷、熱風混合后，測量總風量的方法，事實證明，分別測量冷、熱風流量的方法可以解決大部分類似的問題。

綜上所述，從技術(shù)指標和使用、維護性幾方面，熱式氣體質(zhì)量流量計更適合于大截面風道氣體流量測量，在國際上也是類似的觀點。實際使用時，選擇測點、確定一個界面內(nèi)的測點數(shù)目、調(diào)整儀表是需要解決的現(xiàn)場問題，其實這也是大截面風道氣體流量測量的常規(guī)問題，對風道具體情況的分析，是解決以上問題的基礎(chǔ)。

3 風道氣流流場分析

以往對大截面風道氣流流場的分析，都是現(xiàn)場考察、查閱圖紙進行分析的，在現(xiàn)場測試風道內(nèi)氣體流場的流速分布實際上是難以進行的?，F(xiàn)在通過有限元理論和大型流場分析軟件計算[6]，可以給出一些指導性的結(jié)果，但我們這部分工作剛剛開始，很不全面，分析中各種邊界條件難以確定，更缺少理論與實際相互印證的深入分析，以下是一個對煙道氣體流場有限元理論分析的例子。

對一個水平80 m，垂直高度60 m，初始氣流4 m/s流速的煙道進行流場分析，部分分析結(jié)果如下：

對煙道的建模如圖1所示，在此基礎(chǔ)上進行流經(jīng)煙道的煙氣速度場分析；圖2是對稱截面氣體流速分布圖，從分析結(jié)果可以看出流速在軸對稱面上的分布情況；圖3是14.25 m高度，煙道橫截面速度氣體流速分布圖。

從有限元分析的數(shù)值結(jié)果可以看出，在不同位置處，界面速度分布是不同的，在實際情況下，由于結(jié)構(gòu)不可能完全對稱，風道內(nèi)還有其他結(jié)構(gòu)，因此流場畸變、漩渦都很嚴重，情況將更趨復雜，這些情況只依靠理論分析是很難解決的。

4 工程實例

利用國內(nèi)開發(fā)的插入式熱式氣體質(zhì)量流量計，對發(fā)電廠鍋爐機組一次風風道進行氣體流量測量，測點位置在磨煤機混煤前，現(xiàn)場如圖4所示。圖5是DCS系統(tǒng)的風門變化及熱式氣體質(zhì)量流量計的風量檢測數(shù)據(jù)變化的實踐歷程。從數(shù)據(jù)上可以看出，系統(tǒng)響應特性良好。

圖1 煙道的模型

圖2 對稱截面氣體流速分布圖

圖3 14.25 m高度橫截面氣體流速分布圖

圖4 國內(nèi)開發(fā)的熱式氣體質(zhì)量流量計現(xiàn)場應用圖

圖5 DCS系統(tǒng)曲線

5 結(jié)論

(1)鍋爐風道風量測量裝置的要求是：風阻小、插入式、對灰塵不敏感、易于維護；

(2)有限元風場分析表明，在大截面風道截面上氣體流速變化大；

(3)熱式氣體質(zhì)量流量計在發(fā)電廠鍋爐機組風量測量應用中取得良好結(jié)果。

目前已有國內(nèi)企業(yè)掌握了熱式氣體質(zhì)量流量計技術(shù)，并在高溫環(huán)境下應用，取得了良好效果。隨著現(xiàn)場應用經(jīng)驗的積累，熱式氣體質(zhì)量流量計的應用將更深入、廣泛，促進發(fā)電廠鍋爐機組風量管理水平的提高，更好地實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。