0 引言

在火力發電廠中，如何提高鍋爐的自動調節水平、負荷響應速度和燃燒效率，是技術人員的重點研究課題。為了合理地調整磨煤機風煤比例，提高鍋爐自動化投入率，使鍋爐配風合理，燃燒穩定，效率提高，就必須長期準確、穩定地測量鍋爐一二次風管內的風速、風量以及制粉通風量。然而由于一、二次風及制粉風都是含塵氣流，很容易造成測量裝置堵塞和磨損，加之制粉系統布置空間限制，冷、熱風管道沒有足夠的直管段，測點不容易布置等一系列原因，大部分火電廠的一次風量測量裝置都無法正常運行。

由于一次風量測量不準確，測量值往往與實際數值存在很大偏差，造成運行人員燃燒調整缺乏依據，很多電廠出現運行人員為了不堵煤，把一次風壓、風量保持在一個較高的水平，往往造成燃燒器附近水冷壁管局部磨損加劇，進而爆管、機組非停。也有一些火電廠為了降低廠用電，把一次風壓、風量保持在一個較低的水平，造成磨煤機頻繁堵煤，燃燒器噴口燒壞。

大唐戶縣第二發電廠通過對各種不同原理的風量測量裝置進行研究和使用，進行反復討論、試驗與改造，取得了攻克這一難題的階段性成果。下面就這一問題進行簡要介紹。

1 幾種常用的測量裝置對比分析

1.1 一次風測量裝置工作原理

目前，一次風測量裝置有兩大類型，一種是差壓式流量計、另一種是熱式質量流量計。差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續性方程為依據，根據節流原理，當流體流經節流件時(如標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、經典文丘里嘴、文丘里噴嘴等)，在其前后產生壓差，此壓差值與該流量的平方成正比。我廠原采用的超力巴與現在改造選用的改進型雙文丘里管其基本原理相同。熱式質量流量計是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關系來測量流量的儀表，主要用于測量氣體。

1.2 幾種測量裝置的對比分析

大容量鍋爐一次風量測量元件多為機翼型、各種巴類、文丘里式和熱式測量裝置。在巴類中，由于均速管(阿牛巴)輸出的差壓信號較小，易堵塞，且分辨率低，一般需要與微差壓變送器配套，測量精度不高。近幾年美國生產的威力巴差壓流量計，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，在計量上仍存在許多問題，不能滿足用戶的要求。而機翼型測量裝置體積較大，壓損較大，制造工藝比較困難，且易堵塞信號管路，采用標準文丘里管，在大管徑時，其前后直管段要求很長，成本很高。以下就幾種典型的測量裝置作以詳細對比分析。

1.2.1 以我廠原測量裝置(超力巴)為例，作為插入式差壓測量裝置的一種，它在測量一次風量方面存在固有缺陷如圖1。

圖1 超力巴測量裝置示意圖

從安裝示意圖上已經可以清楚的看出這種裝置在流體場不均勻時偏離風量實際值較大，這也就是我們以前風量顯示存在波動的原因之一;其次，這種裝置取壓口較小長期在一次風管道內必然出現堵塞現象，需要頻繁吹掃與清理。

1.2.2 機翼型測風裝置。這種裝置在國內推廣已經數年如圖2。

如圖所示，這種裝置是多點布置動壓管的基礎上改進的，雖然新型的機翼式測量裝置多采用紡錘構造，但是通過實踐證明，還是很大的減小了管道通流面積，有較大的壓損，而且機翼式用在磨煤機一次風測量方面還沒有徹底解決取壓管堵塞的問題，隨著運行時間的加長也會出現取壓口堵灰缺陷。

1.2.3熱式流量計,自從該類型裝置引進國內以來也被許多電廠使用，經過多年的應用其優缺點很突出，它壓損小，測量穩定，故障率小，維護工作少;但是響應速度慢，受脈動流限制，而且長期運行以后對于電廠的介質含粉問題造成的流量計探頭磨損也沒有太好的解決辦法。應用于磨煤機一次風量控制若調門開度變化較大測量值將出現偏差，為了解決這個問題有的廠家在管道內加裝擾流板使紊亂流影響減少，卻增大了管道壓損。采用多點布置方案也可消除這一問題，但是由于熱式流量計單臺造價高，多點布置所需要成本相當大不適宜電廠改造應用，因此我們廠只試用了兩組就沒有繼續推廣。

1.3存在問題分析

通過對以上幾種典型裝置的工作原理與使用情況分析，磨煤機一次風量測量存在以下共性問題：

1)測量設備在帶粉環境中長期運行時不能滿足防堵要求，必須采用連續或定期反吹等手段。

2)測量設備不能耐磨。測量設備在長期運行過程中易產生變形、磨損，不能保證測量的準確度，不能為鍋爐的燃燒提供有用的運行參數。

3)難以保證測量設備的低壓損，增加了管道原有風阻。磨煤機出口各一次風管道已經根據風阻調平了各管速度，安裝測量設備后，附加壓損可能影響原有的運行狀況。

4)流程中的管路受限于空間位置，往往不能滿足流量儀表對直管段長度的要求。

5)流場、溫度壓力變化等因素影響流量儀表的精確度和可靠性。

2 測量裝置選擇

2.1設備選擇

通過以上分析，對測量裝置的選擇必須要考慮到磨煤機一次風流量測量的共性問題。1> 所選設備必須具有防堵或自清灰功能，減小檢修人員維護工作量;2> 要盡量的減小一次風管道壓損，降低截流損失;3> 具有較高的可靠性，磨損率與故障率要小;4> 對直管段要求不大，適合安裝于磨煤機一次風管道內;5> 要能夠避免大直徑管道，流場不均勻，介質不穩定對儀表的影響。綜合以上要求，我們最終選擇了帶自清掃功能的新型翼型文丘里組合風量測量裝置。

2.2裝置特點

針對所要解決的問題對該裝置特點進行分析如下：

1)防堵特性，其結構特性決定該風量測量裝置本身具有利用流體動能進行自清灰防堵塞的功能，同時在測量裝置測量室內安裝有震動旋鐵，利用一次風自身風量、風壓波動來帶動旋鐵進行清掃，使裝置測量室內不會積灰。

2)耐磨特性，裝置材質為不銹鋼，表面剖光處理，且正向流體面積小，不易磨損。

3)該裝置以文丘里管改進，保持經典文丘里管的特點，壓損小，對直管段要求小，且差壓放大倍數較大、測量精度高。

4)為了減少流場影響，可以采用組合安裝，即兩組雙文丘里管的布置方式，以滿足流場特性。

5)該裝置結構簡單，安裝方便，其成本造價低，可以在磨煤機停止運行或檢修中改造安裝，適宜于改造工作的進行。

2.3裝置結構與工作原理

裝置結構示意圖如圖3.

圖3 結構示意圖

如圖所示，左側指示為風道內組合布置兩組雙文丘里管，通過測量風道內的平均動壓來測量風量。其正、負壓引出口分別接入差壓變送器正、負端。測量差壓換算流量數學模型如下：

       式中:G---被測氣體體積流量,單位 ;

K---風量測量裝置流量系數

A—通流面積,單位 ;

△P—風量測量裝置輸出差壓,單位Pa;

t—被測氣體溫度,單位℃;

Px—被測氣體管內的壓力,單位Pa。

2.4安裝與調試

參考儀表安裝規范，結合廠家安裝調試說明，在安裝調試中也應考慮到安裝工藝造成的測量裝置缺陷。對安裝中存在問題分析如下：

1) 應滿足該裝置對直管段長度的要求。

2) 安裝中，焊接工藝要精細，固定要牢靠，避免裝置松動造成的振動磨損。

3) 儀表管路焊接和固定要嚴密，防止漏風影響。

4) 應使用水平校準儀器，保證裝置軸心平行于風道軸心，減小截流面積改變造成的測量誤差。

5) 取壓管不應存在向下的U型彎，避免長期運行后可能造成的積灰。

冷態標定應注意，標定孔選取位置要均勻分布，以保證標定用測量裝置測量值的準確，提高對裝置測量值的修正精度。

3 實際運行狀況比較分析

3.1改造前運行狀況分析

圖4為改造前一臺磨煤機一次風量與煤量趨勢圖：

如圖所示，當機組工況穩定，運行人員未進行任何操作的情況下，煤量基本穩定在31 時，風量測量值波動很大，偶爾還會發生由于測量裝置堵灰，而造成風量突變的情況。而且從測量值來看，對應于31 煤量的配風量不應在圖示的80 左右，可見原測量裝置的測量值不但不準確而且波動大，不具備參考價值,風量自動控制無法正常投入。而現在多數電廠都按照調度的要求投入AGC自動控制，運行條件更加苛刻。當AGC投入時，若機組用于調峰，負荷變化率增大，相應煤量變化較大的情況下，這樣的風量測量裝置根本無法滿足運行需要。曾對比2008年一季度一次風機、引風機耗電量，由于一次風量調整不當，造成一次風機和引風機的耗電量幾乎相當，一次風量明顯過大，這給節能降耗工作增加了難度。

3.2改造后運行情況分析

圖5為改造后與圖5相同的磨煤機一次風量與煤量變化趨勢圖。

如圖所示，由于風量測量值穩定、準確，磨煤機一次風量自動控制已經成功投入，實際運行檢驗說明，以該裝置風量測量為反饋的風量自動控制運行狀況穩定，滿足現在磨煤機運行工況，減少了運行人員對風量的人為調整，提高了磨煤機運行效率，燃燒系統的工況也有大幅度改善。

3.3運行安全性與經濟性分析

改造完成以后，一次風量測量值準確，一次風量自動控制與燃燒調節系統工作穩定。通過改造解決了磨煤機一次風流量測量裝置存在問題，提高了鍋爐運行的安全性與經濟性，主要表現在：

1> 使鍋爐的配風合理，燃燒更穩定，有效地降低排煙溫度、降低飛灰含碳量、降低煤粉的機械及化學不完全燃燒熱損失，提高鍋爐效率。

2> 提高了測量的準確性，增加了鍋爐的自動投入率。運行人員能依據風量的變化做出正確的判斷，有利于鍋爐的安全和經濟運行。

3> 有效地控制鍋爐燃燒火焰中心，防止鍋爐局部結焦，同時也能有效地防止火焰偏斜，很大程度上減少了超溫現象的發生。有利于安全、經濟運行。

4> 合理地調整磨煤機的風煤比例。進入各磨煤機的風量大小，能間接地反映出煤量的大小，改善了磨煤機運行工況。

4 存在問題及解決辦法

4.1存在的問題

1> 在改造完成后實際運行中，有個別磨煤機在與其它多數磨煤機同工況運行時測量風量略小，我們對儀表管路進行了檢查并對變送器進行了校驗判斷，初步認為是風道流體特性存在個別差異，應進行重新標定，對參數進行調整。但是按廠家要求，調試標定必須在機組冷態的條件進行標定，若按照同種方法標定必須等到下個檢修周期，系統停止運行時才可以實施。

2> 通過對風量測量裝置的改造，雖然在磨煤機一次風量與燃燒系統控制方面解決了部分問題，但是一次風機耗電量大的狀況依然存在。

4.2解決方法

1> 針對個別風量偏小的問題，我們在磨煤機出口對每臺磨正常運行時的風速以及風量進行了檢測，如下表1。

表1 磨煤機出口風速以及風量檢測

表1中所示是與圖4、圖5同一臺磨煤機的測量結果。由于正常運行工況下，測量點在磨煤機出口管道，測量點風量為一次風量與磨煤機密封風量的總和，經過計算減去密封風量以后的風量值與DCS顯示的改進型雙文丘里管風量測量值基本一至。通過檢測，使我們在熱態狀況下的風量測量標定得以實現，為略微偏小的測量值進行了修正提供了參考數據，進一步提高了一次風量測量的準確性。

2> 通過本次改造，一次風量測量不準確的難題得到解決，一次風量自動控制穩定性得到大幅度提高，使我們可以在保證一次風量可靠、準確控制的前提下，可以對一次風機進行變頻改造，從而減小一次風機出口擋板調節時造成的截流損失，減少一次風機用電能耗，提高運行的經濟性。

5 結束語

通過對磨煤機一次風量測量裝置存在問題進行分析并在改造中予以解決，對提高電廠廠安全生產與經濟運行起到了良好作用。改造中所選擇的新型翼型文丘里組合風量測量裝置經過實際運行與實驗，已經證實了該裝置在火電廠磨煤機一次風測量方面滿足實際生產要求。

參考文獻

[1] 翟秀貞等編著.差壓型流量計.北京：中國計量出版社，1995

[2] 葉江祺編著.熱工測量和控制儀表的安裝.第二版.北京：中國電力出版社，1998