新型蜂巢式一次风量测量装置的研究和应用

李 剑，熊建国，方 磊，黄郁明，刘文胜

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

新型蜂巢式一次风量测量装置的研究和应用

李 剑，熊建国，方 磊，黄郁明，刘文胜

（浙江省电力试验研究院，杭州 310014）

针对电站锅炉因一次风道结构复杂、布置紧凑，磨煤机入口一次风量难以准确测量的问题，设计了新型蜂巢式一次风测量装置，采用整流、分割截面测量原理，可以很好地适用于大型复杂截面的风量测量。该装置的风量测量偏差＜5%，达到了精确测量的要求，并且对风门变化具有较好的跟随性。

风量测量；一次风；蜂巢式；锅炉

在我国的火力发电机组中，大型直吹式制粉煤粉锅炉占有相当高的比重，其一次风风量配比直接影响着锅炉燃烧效率、磨煤机制粉效率、燃烧器着火特性、污染物排放等各方面性能，对一次风量的监测关系此类锅炉的安全经济运行。目前磨煤机入口一次风测量装置主要有机翼式、笛型管式、靠背管式、文丘里式等[1-3]，但这几类测量装置的安装都要求具有相应的直管段，而大多数磨煤机入口直管段的距离无法达到测量装置的安装要求[4]，尤其是近几年新建机组的结构更加紧凑，能安装测量装置的直管段往往小于5D（D为当量直径），加上调节风门、弯头和冷热风混合点较近等因素的影响，造成磨煤机入口一次风量测量准确性较差，甚至影响到一次风量自动调节系统的投入，成为锅炉安全运行的隐患。为此，研究设计了新型蜂巢式一次风量测量装置，较好地解决了一次风量测量存在的问题。

1 传统测量装置存在的问题

台州发电厂五期锅炉是哈锅厂生产的HG HG-1025/17.55-YM15，配套HP863碗式中速磨煤机，入口一次风混合风道呈Z型，在每台磨煤机的入口一次风混合风道的垂直段截面上安装3支笛型管，每支笛型管分别开有4个全压及4个静压孔，将3只笛型管的高、低压侧并联后引出差压用于一次风风量标定。机组自投产以来一直存在一次风量测量不稳的问题，随着冷热一次风门的开度变化，混合风道内流场变化非常不规则，笛型管测出的差压与混风通道实际风量不对应，测量偏差高达45%，见表1，磨煤机入口风量和一次风温自动无法投入，运行人员只能凭经验调节一次风量。

分析一次风混合风道的结构和测量装置，发现一次风量测量主要存在以下问题：

表1 原一次风测量装置标定试验数据

（1）可供安装的直管段较短，有效长度只有3D，并且直管段前后各有1个90°弯头，导致测量管段内的流场分布十分不均匀。根据试验，测量截面内的速度差达17 m/s，不利于传统测量装置的准确测量。

（2）冷热风混合点和冷热风调节门与测量截面距离较小，冷热风混合风门引起的扰流和混合风温的温度偏差在测量截面还无法消除。当磨煤机负荷变化时，不同冷热风量配比和不同风门开度产生的流场分布变化十分混乱。

（3）笛型管测量装置采用截面内的简单平均测量，因截面内速度场和温度场的分布不均匀，无法达到平均效果，从而使测量偏差较大。

（4）笛型管测速装置测量的差压值较小，抗干扰性能较差。

2 新型蜂巢式一次风量测量装置

2.1 工作原理

新型蜂巢式一次风测量装置的工作原理是：将大风道直管段分割成多个小截面，并对各小通道入口进行整流处理，使得小通道内的气流流场相对稳定，温度偏差也较小。相应长度直管段的大截面变成小截面后直管段长度与流通面积比增大，有利于测量的稳定性，然后在每个小截面上分别安装防堵型文丘里测速管和温度测点，测量每个小截面的气流流量，最终计算出大截面上的一次风流量。

2.2 模拟计算分析

在设计时，分别对原一次风混合风道和新型蜂巢式一次风量测量装置改造后的混合风道典型工况下的速度、温度分布进行模拟计算。图1是改造后冷风流量15 t/h、温度36℃；热风流量58 t/h、温度325℃工况下的计算结果。

图1 改造后测量截面速度和温度分布

由计算结果分布图可知,原混合风道内各水平截面上的速度场和温度场分布非常不均匀，在测量截面内的速度和温度偏差可达16.3 m/s和192℃，导致了原有测量装置无法准确测量磨煤机入口一次风量。将截面分割成6个小截面后，各小截面内的速度偏差明显减小，6个截面中最大的速度偏差为6.9 m/s，温度偏差也明显减小。同时，进行截面分割后，测量的有效直管段长度从3D增加到5D以上，有利于测量信号的稳定。模拟对比计算分析进一步证实了新型蜂巢式一次风测量装置可以有效改善风量测量的效果。

3 改造效果

根据台州电厂五期机组风道布置的情况，将新型蜂巢式一次风测量装置安装在9C磨煤机入口垂直混合风道上，安装位置如图2所示。各小通道内分别安装防堵型文丘里测速管和热电偶，将测量信号送入DCS，分别计算出各小通道的流量，相加后作为磨煤机入口一次风量测量值。

新型蜂巢式一次风风量测量装置改造投用后，对其测量准确性和风门开度变化的跟随性进行了测量分析。

3.1 测量准确性标定试验

图2 测量装置安装布置图

表2 风量标定试验数据

表3 跟随性试验数据

在9C磨煤机投运的热态情况下，分别在可能出现的冷热风门开度组合、不同煤量的9个工况下，对新型蜂巢式一次风测量装置进行风量标定试验，试验结果如表2所示，其中测量风量为蜂巢式一次风测量装置的测量值。

不同工况的风量标定试验数据显示，新型蜂巢式一次风测量装置测量风量与标定风量的偏差为-4.42%～+3.27%，达到了准确测量磨煤机入口一次风量的要求。

3.2 风门开度跟随性试验

机组运行过程中，冷热风门开度变化频繁，测量风量对风门开度变化是否具有良好的跟随性将直接影响磨煤机的安全运行，因此对新型蜂巢式一次风量测量装置的风门开度跟随性进行试验，试验数据见表3。图3反映了测量值与风门开度变化的跟随情况，可见跟随性较好。

以上试验数据显示，随着冷、热风门开度从39.8%和48.9%逐步开大至63%和54.1%，蜂巢式一次风测量装置的测量风量由68.3 t/h逐步增大到76.5 t/h；冷、热风门关小，风量亦逐渐减小，在整个试验过程中风量相对于风门开度变化趋势无逆向变化的现象。

图3 蜂巢式一次风测量装置风量跟随风门开度变化趋势图

长期投运后，蜂巢式一次风测量装置测量风量变化稳定，完全能满足电厂磨煤机运行投自动的要求。

4 结语

新型蜂巢式一次风测量装置测量准确、运行稳定，解决了台州电厂五期自投产以来长期存在的一次风量测量不稳定问题，为提高机组运行的安全性和经济性创造了条件。新型蜂巢式一次风量测量装置的成功应用，为今后燃煤机组复杂风道的风量测量提供了非常有价值的参考。

[1]王建国.362 MW机组一次风流量测量装置的改造[J].华中电力，1997，10（2）：45-47.

[2]周群峰，沈炯.利港电厂3号炉磨煤机入口一次风风量测量装置改造[J].热力发电.2001（1）：45-47.

[3]宋红东.双文丘利测风装置的多风道风量测量技术改造[J].中国电力，1997，30（7）：65-67.

[4]张书谨，陈桦，王达峰，等.直吹式制粉系统冷热风道和一次风测量方法的改进[J].浙江电力，2005，24（2）:19-23.

（本文编辑：龚 皓）

Application and Study on the New Alveolate Primary Air Gauge

LI Jian，XIONG Jian-Guo，FANG Lei，HUANG Yu-ming，LIU Wen-sheng
（Zhejiang Electric Power and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

New alveolate primary air flow meter is designed based on the principles of commutation and segmented section measurement in view of the difficulties to measure the primary air flow at coal pulverizer inlet because of the complex structure and the compact layout of primary air duct in power plants.And it is applicable to air flow measurement for large-scale complicated cross section well.The deviation of air flow measurementofthis type ofdevice is less than 5%and meets the requirementofprecision and can also match the changes of air valves.

air flow measurement；primary air；alveolate type；boiler

TK223.26

：B

：1007-1881（2010）08-0022-03

2010-03-18

李 剑（1977-），男，浙江永康人，工程师，主要从事火力发电厂锅炉试验和节能减排技术研究工作。