660MW锅炉二次风量测量装置改进与应用

初 光

（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司，江苏 南通226246）

0 概述

锅炉送风自动调节是燃烧自动调节的基本组成部分，送风调节系统的工作好坏，直接影响炉膛的空气过剩系数的变化也就是排出烟气的含氧量。而送风调节技术的关键是空气流量测量。锅炉燃烧工况的经济性主要取决于风煤比是否适当，风量太大，烟气会带走大量热量使锅炉效率降低；风量太小，又会使燃料因缺氧而不能完全燃烧同样会使锅炉效率降低，所以锅炉送风量的检测对于锅炉运行的经济性有着重要的意义。它不仅能使运行人员随时监视风煤比的配合情况，还为送风自动调节系统的投入提供必要的条件。因此对入炉空气的准确测量已摆到十分重要的位置。

大唐吕四港发电有限公司采用插入式威力巴均速管流量计来测量二次风量，由于这种测量装置自身的缺陷，对含尘气流的测量时，灰尘只进不出，极易造成感压管路堵塞，造成所测量的风量不准确，从而对锅炉安全稳定、经济运行造成了极大的危害。

1 二次风量测量出现的问题及原因分析

大唐吕四港发电有限公司4×660MW锅炉入口热二次风流量测量装置采用插入式威力巴均速管流量计，安装设计为单侧热二次风道采用三只风量取样装置，安装于锅炉左右侧热二次风母管上，三只风量取样装置汇总至母管后向三个变送器送去差压信号。

1.1 实际的使用中发现以下的问题

随着机组投产时间增长，DCS画面二次风量曲线波动慢慢增加，低负荷的时候，随着挡板门的变动，风量发生瞬间剧变，导致DCS曲线发生瞬间剧烈波动，锅炉二次风量调节回路解除自动，机组送风调节无法自动运行。

每次吹扫以后，DCS曲线波动减小，因此检修人员每过一段时间就需要对取样装置进行吹扫。而且随着机组投产时间的增长，吹扫时间间隔越来越短，最严重时每周就要吹扫一次。

1.2 吹扫前后的DCS曲线图对比（图1、图2）

图1 吹扫前的曲线

1.3 问题原因分析

从吹扫前后的DCS曲线对照，我们可以看出吹扫前后的DCS曲线差别很大，吹扫以后DCS曲线非常平缓，波动很小，因此我们初步分析问题的原因是由于威力巴均速管流量计测风装置自身的缺陷，导致对含尘气流的测量时，灰尘只进不出，造成感压管路堵塞。为了验证，在1号炉停炉期间，我们进入二次热风道内部观察，发现二次热风道内部及测风装置上积灰比较严重。

2 现在二次风量主要测量方法

目前测量二次风量的技术很多，但归结其原理主要有两类：差压式和热式。放大型皮托管测量装置、机翼测量装置及大唐吕四港发电有限公司使用的插入式威力巴均速管流量测量装置都属于差压式，即取差压信号计算出体积流量（需要温度、压力补偿）。这类装置优点是结构简单，对加工精度要求不高，工作稳定可靠，在大于临界雷诺条件下工作时误差小测量精度高。这种装置的缺点是对风道布置要求高：测量点应多于两点即冷风及热风测点。对于风道分两例布置的大型机组应多于四点；测量段应为直管段，长度要足够。这种装置压头损失约为测量值的10%。热式流量装置的原理是：气体掠过热物体表面时会带走热量，此热量正比于气体的质量流量及热吸收特性。热式流量计在电厂应用还不是很普遍。

通过对其他电厂的调研并结合大唐吕四港发电有限公司的实际情况，我们选用了DF-JS防堵型阵列风量测量装置。DF-JS防堵型阵列风量测量装置由于本身具备的自清灰和防堵塞功能，它即有差压式流量测量装置的优点，又克服了差压式流量测量装置的缺点。它可以确保长期测量的准确性，能及时地反映各风管内风量的大小，随时调整锅炉运行，让锅炉始终在较经济的工况下运行，大大提高了锅炉的自动投入率。而且防堵型阵列风量测量装置压力损失小，节约送、引风机电量，可取得良好的经济效应。

3 DF-JS防堵型阵列风量测量装置的工作原理特点

DF-JS防堵型阵列风量测量装置是根据ISO3966《封闭管道中流体流量的测量-采用皮托静压管的速度面积法》国际标准而设计制造，基于S型毕托管测量原理，测量装置安装在管道上，其探头插入管道内，当管道内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎风面管内压力较高，其压力称为“全压”，背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为“静压”，全压和静压之差称为差压，其大小与管道内风速有关，风速越大，差压越大；风速小，差压也小，风速与差压的关系符合伯努利方程：

式中：v表示风速，单位：m/s

k表示测量装置系数

△P表示差压，单位：Pa

ρ表示气体密度，单位：kg/m3

对于含尘气流，为了解决堵塞问题，DF-JS防堵型阵列风量测量装置装设了防堵塞装置，在垂直段内安置了清灰器，在管道内气流的冲击下使清灰器作无规则摆动，起到自清灰作用，清灰器的重量及大小是经过出厂前的试验来确定的，在风洞试验台上按照一、二次风管内设计风速的范围试验得出，清灰器的重量与大小必须符合要求，否则自清灰效果不理想。

发电锅炉的风管风道直管段一般比较短，管道截面积上的流场很不均匀，有的部位甚至有回流产生。当风道的截面积较大时，单点测量风道内的风量是不科学的，甚至其测量的数据无任何意义。DF-JS防堵型阵列风量测量装置采用等截面阵列布置多个测点的方法，测得同截面的平均速度，采用的选点方法为ISO3966《封闭管道中流体流量的测量-采用皮托静压管的速度面积法》和ISO 7145：1982《圆形截面封闭管道中流体流量的测定-在截面的一点上测量速度的方法》国际标准中规定的等面积法。对于各种形状的风道，可根据现场实际情况确定所需测点的数量、测量装置的数量和布置方式等。

4 大唐吕四港发电有限公司二次风量测量装置改造实施方案

锅炉二次总风量风道截面尺寸为4500×4750×5 mm，由公式d=2×

等截面阵列布置36个测点，测得同截面的平均速度，是为了确保准确测量风量，将32个风量测量探头的正压侧与正压侧相互连接、负压侧与负压侧相互连接，接至正负压母管，再由母管引出3组正、负压信号至差压变送器。测量探头布置方式示意图见图（图3）。

图3 测风装置布置示意图

5 结束语

大唐吕四港发电有限公司1#锅炉采用了DF-JS防堵型阵列风量测量装置，大大提高了锅炉安全稳定、经济运行能力。DF-JS防堵型阵列风量测量装置由于采用了网格多点测量原理且具有自动清除灰尘的能力，也免去了大量的维护工作量。

总之，DF-JS防堵型阵列风量测量装置功能特点：

（1）彻底解决了含尘气流风量测量装置的信号堵塞问题，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，不需要外加任何压缩气体进行吹扫，完全可以做到长期运行免维护。

（2）风量测量装置性能稳定，调节线性好。

（3）由于电站锅炉一、二次风量及制粉通风量总管直管段安装条件在许多场合无法满足，而且风道截面大，流速在截面上容易分布不均匀，为了确保测量精度，可以将多个风量测量探头进行等截面多点布置，然后将各测量装置的正压与正压、负压与负压相互连接，最终引出一组信号到变送器，这样的组合风量测量装置对风道的直管段没有太多要求,一般只要求直管段长度不小于管道的当量直径即可。

（4）采用插入式布置，对于整个大风道来说，组合风量测量装置的挡风面积几乎可以忽略不计，因此，其对整个风道流体的压力损失几乎没有，节能效果十分显著，且安装方便。