電廠鍋爐常用風(fēng)量測(cè)量裝置的比較與應(yīng)用

崔玉民

（華能濟(jì)寧運(yùn)河發(fā)電有限公司，山東 濟(jì)寧 272057）

0 引言

隨著火力發(fā)電廠自動(dòng)化水平的不斷提高，各電廠對(duì)風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)投入率的要求也在提高。目前國(guó)內(nèi)常用的風(fēng)量測(cè)量裝置類型有：機(jī)翼型、文丘里、巴類（阿牛巴、威力巴）、全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置和熱擴(kuò)散式等幾種。

鍋爐風(fēng)量匹配合理，燃燒工況就會(huì)明顯改善，并且節(jié)約能源。對(duì)于燃燒過程來說，一、二次風(fēng)量配風(fēng)不均勻，會(huì)造成著火提前、燃燒器燒損、爐膛結(jié)渣等情況的發(fā)生。特別是一次風(fēng)量過大會(huì)導(dǎo)致鍋爐滅火和造成燃燒系統(tǒng)的管道磨損，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。而風(fēng)量測(cè)量對(duì)電站鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保水平等均有重要作用。

1 常用風(fēng)量測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)常用的風(fēng)量測(cè)量裝置類型有：機(jī)翼型、文丘里、巴類（阿牛巴、威力巴）、全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置和熱擴(kuò)散式等幾種。上述常用的風(fēng)量測(cè)量裝置除熱制式外，都是采用差壓式測(cè)量原理，其感壓體是一個(gè)帶有感壓空間，當(dāng)風(fēng)管內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí)，風(fēng)量測(cè)量裝置的迎風(fēng)面感壓空間受氣流沖擊，在此處氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，因而迎面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱為“全壓”，背風(fēng)面感壓空間由于不受氣流沖壓，其管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓。差壓的大小與管內(nèi)風(fēng)量（速度）的大小有關(guān)，風(fēng)量越大，差壓越大；風(fēng)量小，差壓也小，風(fēng)量的大小與差壓的大小成正比的關(guān)系。因此，只要測(cè)量出差壓的大小，再找出差壓與風(fēng)量（速度）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就能正確地測(cè)出管內(nèi)的風(fēng)量（速度）。

1.1 機(jī)翼型風(fēng)量測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)

機(jī)翼型風(fēng)量測(cè)量裝置由機(jī)翼及一段矩形風(fēng)道構(gòu)成，為壓差型測(cè)量方式。感壓體是一個(gè)帶有感壓孔的空間，機(jī)翼式風(fēng)量測(cè)量裝置測(cè)量的理論基礎(chǔ)是在充滿流體的管道中，固定放置一個(gè)流通面積小于管道截面積的節(jié)流件，則管道內(nèi)流體在通過該節(jié)流件時(shí)就會(huì)造成局部收縮，在收縮處流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后將產(chǎn)生一定的壓力差。對(duì)于一定形狀和尺寸的節(jié)流件、一定的測(cè)壓位置和前后直管段、一定的流體參數(shù)情況下，節(jié)流件前后的差壓△P與流量Q之間關(guān)系符合伯努利方程。

機(jī)翼型風(fēng)量測(cè)量裝置占用面積大，導(dǎo)致截流大，增加了風(fēng)機(jī)電耗，不利于風(fēng)機(jī)的節(jié)能，在熱風(fēng)道含塵氣流測(cè)量中由于感壓孔灰塵只進(jìn)不出，較容易堵塞。

1.2 文丘里風(fēng)量測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)

文丘里效應(yīng)的原理則是當(dāng)風(fēng)吹過阻擋物時(shí)，在阻擋物的背風(fēng)面上方端口附近氣壓相對(duì)較低，從而產(chǎn)生吸附作用并導(dǎo)致空氣的流動(dòng)。把氣流由粗變細(xì)，以加快氣體流速，使氣體在文氏管出口的后側(cè)形成一個(gè)“真空”區(qū)，真空區(qū)靠近工件時(shí)會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生一定的吸附作用。

風(fēng)道式文丘里風(fēng)量測(cè)量裝置因阻力大、信號(hào)放大倍數(shù)較小等缺點(diǎn)目前已較少使用，文丘里風(fēng)量測(cè)量裝置為壓差型測(cè)量方式，因在負(fù)壓測(cè)點(diǎn)取在內(nèi)文丘里喉部，很容易堵塞。

1.3 巴類風(fēng)量測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)

巴類風(fēng)量測(cè)量裝置是基于皮托管測(cè)速原理發(fā)展而來的一種流量傳感器，為壓差型測(cè)量方式。感壓體是一個(gè)帶有感壓孔的小空間，其灰塵只進(jìn)不出，慢慢地沉積下來，時(shí)間一久就會(huì)逐步地堵塞取壓口，隨著時(shí)間地推移，堆積的高度越來越高，最終無法正常工作，需要重新吹掃后才能工作運(yùn)行。所以平時(shí)的吹掃維護(hù)工作量較大，影響風(fēng)量投自動(dòng)，但在直管段比較理想和不含灰塵的情況下使用效果較好。

圖1、圖2、圖3分別是威力巴、阿牛巴、德爾塔巴等的探頭模型圖。

圖1 威力巴流體模型圖

圖2 阿牛巴流體模型圖

圖3 德爾塔巴探頭模型圖

由于電廠的熱風(fēng)道沒有足夠的直管段，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，管道內(nèi)的速度場(chǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，會(huì)造成氣流不穩(wěn)定，流場(chǎng)冷熱態(tài)差別大，從測(cè)量的準(zhǔn)確性來說，對(duì)于熱二次風(fēng)而言僅僅插入一組是肯定不夠的，從而會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性和自動(dòng)調(diào)節(jié)的投入率。

1.4 全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)

全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置，在風(fēng)道截面上嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)采用等截面多點(diǎn)測(cè)量原理，測(cè)量截面的平均速度，再根據(jù)各測(cè)量管道截面尺寸的大小、直管段長(zhǎng)度等因素來確定測(cè)量點(diǎn)數(shù)。解決了含塵氣流風(fēng)量測(cè)量中的堵塞問題，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，不需要外加氣體進(jìn)行吹掃，無論氣體含塵濃度多大，均可長(zhǎng)期運(yùn)行且免維護(hù)。與其他流量計(jì)相比，插入式多點(diǎn)測(cè)量裝置最突出的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)直管段的要求比較低，在完全沒有直管段的情況下，為一種較好的測(cè)量方式。

全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置是基于靠背測(cè)量原理，感壓部件插入管內(nèi)，當(dāng)有氣流通過時(shí)，迎風(fēng)面測(cè)量氣流的動(dòng)能（全壓），背風(fēng)側(cè)測(cè)量氣流的靜壓力（靜壓），全、靜壓差的大小與風(fēng)量的之間有相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用這一原理正確測(cè)出管內(nèi)風(fēng)量。

對(duì)于熱風(fēng)和混合風(fēng)中的含塵氣流的測(cè)量，要長(zhǎng)期準(zhǔn)確地測(cè)量出管內(nèi)風(fēng)量，首先要解決的是測(cè)量裝置的防堵塞問題。全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置增設(shè)了自清灰裝置，即在測(cè)量管的垂直段內(nèi)懸掛了自清灰棒，該棒可以在管內(nèi)氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動(dòng)，起到自清灰作用，圖4所示。

圖4 自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置

1.5 熱擴(kuò)散式風(fēng)量測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)

熱擴(kuò)散式風(fēng)量測(cè)量裝置有溫度敏感元件，利用傳熱原理，其中加溫棒（RTD）升溫或冷卻有一個(gè)過程，所以它的測(cè)量滯后性較大，不能快速、及時(shí)地反映風(fēng)速、風(fēng)量的變化。

圖5 熱擴(kuò)散式風(fēng)量測(cè)量裝置

熱擴(kuò)散式風(fēng)量測(cè)量裝置（圖5）只測(cè)了一個(gè)點(diǎn)的速度，并不能代表整個(gè)風(fēng)道的平均速度，即使經(jīng)過標(biāo)定，得到修正，但當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，管道內(nèi)的速度場(chǎng)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，和原標(biāo)定值不一樣，而標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)也不可能在全部負(fù)荷下都做標(biāo)定，其誤差無法消除。如果采取增加幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的方法，那價(jià)格要成倍增加。熱擴(kuò)散式雖然解決了含塵氣流風(fēng)量測(cè)量中的堵塞問題，但價(jià)格較貴。

2 鍋爐測(cè)風(fēng)測(cè)量點(diǎn)的布置

按照國(guó)家有關(guān)全截面測(cè)量點(diǎn)的布置規(guī)定，根據(jù)風(fēng)道的大小進(jìn)行等截面測(cè)量布點(diǎn)，且要求水平和垂直方向都要考慮測(cè)量點(diǎn)布置。

例如：對(duì)于大截面風(fēng)道（如熱二次風(fēng)5 000mm×4 600 mm），僅有幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，應(yīng)在大風(fēng)道截面上按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用等截面多點(diǎn)測(cè)量，測(cè)得截面的平均速度。測(cè)量裝置將多個(gè)等截面測(cè)量點(diǎn)在風(fēng)道內(nèi)進(jìn)行連接，最后正、負(fù)壓側(cè)各引出一根總引壓管，分別與差壓變送器相連，以測(cè)得該截面上的平均風(fēng)量，圖6所示。圖中“O”表示實(shí)際測(cè)量點(diǎn)和分布位置，共分成16個(gè)小截面，每個(gè)截面上都分別布置測(cè)量點(diǎn)。

圖6 等截面多點(diǎn)測(cè)量測(cè)點(diǎn)布置

3 計(jì)算數(shù)學(xué)模型

式中：Q為風(fēng)量；K為風(fēng)量測(cè)量裝置系數(shù)；A為風(fēng)量測(cè)量裝置安裝處的面積，m2；T為風(fēng)量所對(duì)應(yīng)的風(fēng)溫，℃；ΔP為風(fēng)量測(cè)量裝置輸出差壓，Pa；P為風(fēng)量所對(duì)應(yīng)的壓力，Pa。

上述數(shù)學(xué)模型對(duì)各風(fēng)管的風(fēng)量進(jìn)行壓力和溫度的實(shí)時(shí)修正。根據(jù)各臺(tái)鍋爐的設(shè)計(jì)要求，風(fēng)量Q的單位可以分別為m3/h，t/h或Nm3/h。

從上述數(shù)學(xué)模型中可以看出，風(fēng)量值與風(fēng)量測(cè)量裝置輸出差壓值之間為正比例的非線性關(guān)系。

4 全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置應(yīng)用

華能濟(jì)寧運(yùn)河發(fā)電有限公司3、4號(hào)鍋爐，由于風(fēng)道布置受空間限制，改用全截面插入多點(diǎn)式自清灰風(fēng)量測(cè)量裝置，由于在風(fēng)道截面上嚴(yán)格采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格要求進(jìn)行多點(diǎn)式布置、且測(cè)量裝置本身具備的自清灰和防堵塞功能，壓損很小，裝置性能可靠，取得了良好的使用效果，風(fēng)量顯示穩(wěn)定。

其中冷一次風(fēng)量管道尺寸為Ф1 020×4 mm，采用了全截面9點(diǎn)布置，圖7所示。

圖7 冷一次風(fēng)量管道測(cè)點(diǎn)布置

熱二次風(fēng)量尺寸為5 000mm×4 100mm，采用了全截面16點(diǎn)布置，圖8所示。

圖8 熱二次風(fēng)量管道測(cè)點(diǎn)布置

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)改造后多年的使用情況來看，只要在改造施工過程中嚴(yán)格保證了風(fēng)量、風(fēng)速測(cè)量變送器取樣管嚴(yán)密，風(fēng)量、風(fēng)速測(cè)量裝置在運(yùn)行中能夠準(zhǔn)確測(cè)量?，F(xiàn)在，只在每年的大小修中，對(duì)變送器進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)安排對(duì)風(fēng)量、風(fēng)速測(cè)量裝置取樣管進(jìn)行一次常規(guī)吹掃，即可保證其全年的正常運(yùn)行。