全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置的設(shè)計和應(yīng)用

摘 要：結(jié)合潮州發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組風(fēng)量測量裝置的改造過程，對全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置的原理、工作特點進(jìn)行了分析，為磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量測量裝置的設(shè)計、標(biāo)定、安裝提供了參考。

關(guān)鍵詞：磨煤機(jī);風(fēng)量測量;機(jī)翼;防堵

0 ? ?引言

磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)流量測點的穩(wěn)定是制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。進(jìn)口一次風(fēng)測量值波動大、頻繁堵塞，將導(dǎo)致一次風(fēng)自動調(diào)節(jié)品質(zhì)惡化，甚至導(dǎo)致磨煤機(jī)風(fēng)量低保護(hù)動作。如何穩(wěn)定測量磨煤機(jī)的一次風(fēng)量，是熱工人員亟需解決的技術(shù)難題。潮州發(fā)電廠通過對1 000 MW機(jī)組磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)流量測點的改造，結(jié)合現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定，大大提高了一次風(fēng)流量測點的穩(wěn)定性，減輕了維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度。

1 ? ?原磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)流量測點分析

目前磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)流量采用的是機(jī)翼式取樣裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示。我公司3號爐磨煤機(jī)入口風(fēng)量測量裝置采用機(jī)翼式流量計，自機(jī)組投產(chǎn)至今，風(fēng)量測點就存在測量管道頻繁堵塞、測量不準(zhǔn)、測量值波動大、風(fēng)量測點突變等問題。

此風(fēng)量測點需要熱控人員進(jìn)行定期吹掃，但頻繁吹掃仍然無法解決測點堵塞問題。校驗風(fēng)量測量變送器，發(fā)現(xiàn)其并無問題，由此得出的結(jié)論是風(fēng)量取樣裝置本體堵塞，風(fēng)量測點已喪失了其作為重要監(jiān)視參數(shù)的作用，進(jìn)一步導(dǎo)致運(yùn)行人員監(jiān)盤工作強(qiáng)度加大，只能大概地對進(jìn)入磨煤機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行估計，手動控制冷、熱風(fēng)調(diào)門的開度。

機(jī)翼式風(fēng)量測量裝置的原理是流體充滿管道時，機(jī)翼就相當(dāng)于一個節(jié)流件，氣流在機(jī)翼處收縮，氣流的流速增加，靜壓降低，在機(jī)翼前后將產(chǎn)生一定的壓力差。

潮州發(fā)電廠磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量測量裝置由3個全機(jī)翼和2個半機(jī)翼、取樣管及均壓裝置構(gòu)成。

2 ? ?原磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)流量測點改造的必要性

（1）機(jī)翼型風(fēng)量測量裝置占用面積大，導(dǎo)致截流大，增加了風(fēng)機(jī)電耗，不利于風(fēng)機(jī)節(jié)能。在熱風(fēng)道含塵氣流測量中，由于感壓孔灰塵只進(jìn)不出，較容易堵塞[1]。另外，我廠磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)道為矩形風(fēng)道，長2 m，機(jī)翼式測風(fēng)裝置占據(jù)風(fēng)道1 m以上，故取樣裝置對一次風(fēng)阻力較大，降低了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（2）取樣單元堵塞頻繁。由于空預(yù)器本身的固有特點，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)中含有大量從煙氣中帶來的灰塵，在測量含塵風(fēng)時，取樣口會積滿灰塵，造成引壓管路堵塞，從而導(dǎo)致取樣元件無法取樣出磨入口風(fēng)管內(nèi)部風(fēng)量測量所需要的原始機(jī)械壓力，導(dǎo)致DCS上顯示的風(fēng)量值和風(fēng)道內(nèi)實際值不相符，影響正常使用。再加上機(jī)翼式取壓孔較小，其極易堵塞，必須頻繁整體維護(hù)（底部放灰、引壓管處整體吹掃）。

（3）測量精度差。磨煤機(jī)入口風(fēng)量測量裝置安裝在冷、熱風(fēng)混合后管道，距離磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門出口很近，使得磨煤機(jī)冷風(fēng)調(diào)門開度變化時熱風(fēng)風(fēng)管內(nèi)流場速度分布嚴(yán)重不均，在機(jī)翼測量裝置處紊流較多，導(dǎo)致風(fēng)量測量失真。

（4）鍋爐總風(fēng)量=磨煤機(jī)A入口風(fēng)量+磨煤機(jī)B入口風(fēng)量+…+磨煤機(jī)F入口風(fēng)量+A側(cè)二次風(fēng)流量+B側(cè)二次風(fēng)流量。依據(jù)上述機(jī)組總風(fēng)量計算公式，當(dāng)磨煤機(jī)入口風(fēng)量測點堵塞或出現(xiàn)其他異常時，將極有可能發(fā)生鍋爐總風(fēng)量低MFT（特別是低負(fù)荷時）。

3 ? ?全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置原理簡述

全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置，取樣部分插入管道內(nèi)，當(dāng)氣流流經(jīng)取樣裝置時，迎風(fēng)側(cè)取樣管內(nèi)受管道內(nèi)氣流的沖擊，導(dǎo)致迎風(fēng)側(cè)取樣管內(nèi)壓力較高，背風(fēng)側(cè)取樣自風(fēng)道內(nèi)靜壓力，兩側(cè)之差稱為差壓，差壓值的大小與風(fēng)道內(nèi)流體的風(fēng)速有關(guān)。流速與取樣差壓的關(guān)系如下：

式中：v為流體流速（m/s）;k為裝置流量系數(shù);ΔP為差壓（Pa）;ρ為流體密度（kg/m3）。

4 ? ?全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置的設(shè)計與安裝

4.1 ? ?全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置的設(shè)計

選擇全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置，一是為了避免冷風(fēng)調(diào)門開度對測量準(zhǔn)確性的影響，二是防堵陣列式風(fēng)量測量裝置對安裝位置的直管段要求較低，更適應(yīng)我廠磨煤機(jī)的現(xiàn)場情況。風(fēng)量測量裝置安裝位置本次改造至磨煤機(jī)本體與進(jìn)口一次風(fēng)管道的90°彎頭處。

本次設(shè)計沿著風(fēng)道截面布置11個取樣點，再將這11個取樣點等面積有機(jī)地組裝在一起，可測得整個截面的平均風(fēng)量。

如圖2所示，全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置，其組成包括多個垂直于風(fēng)道布置的測量管和總引壓管，總引壓管的每根分支管都位于相鄰的測量管之間，每根分支管都與兩側(cè)的測量管通過連接管連通;測量管是由兩根方管背靠背固定而成，底部引風(fēng)面切有傾斜切口，內(nèi)部通過固定片懸掛有振動棒。

4.2 ? ?全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置的安裝

如圖3所示，在磨煤機(jī)一次風(fēng)管道頂部，磨煤機(jī)本體與進(jìn)口一次風(fēng)管道的90°彎頭處開1個1 580 mm×160 mm的矩形孔，將風(fēng)量測量裝置垂直插入矩形孔，將風(fēng)量測量裝置頂板焊接在矩形孔處，裝置側(cè)面用角鋼與風(fēng)道壁焊接固定牢固。

一次風(fēng)流量補(bǔ)償算式及差壓變送器量程如下：

式中：P0為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ≒a）;P為靜壓（表壓，Pa）;Pd為取樣裝置產(chǎn)生的差壓（Pa）;t為介質(zhì)溫度（℃）;A為流通面積（m2）;k為流量系數(shù)，預(yù)置為0.83。

注：以上3個公式根據(jù)需要任選一個，變送器量程預(yù)設(shè)為400 Pa。

5 ? ?全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置的現(xiàn)場試驗

現(xiàn)場試驗步驟如下：

（1）DCS側(cè)磨煤機(jī)入口風(fēng)量通道正常，入口風(fēng)量差壓變送器EJA量程設(shè)置為0～500 Pa，零點準(zhǔn)確。

（2）啟動一次風(fēng)機(jī)。

（3）依次打開磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)調(diào)門和開關(guān)門。

（4）維持一次風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定，記錄DCS側(cè)磨煤機(jī)入口風(fēng)量顯示值。

（5）在試驗中如遇特殊情況，立即中斷試驗，按照運(yùn)行規(guī)程處理。

（6）設(shè)置DCS顯示單位為t/h。就地風(fēng)量測量裝置預(yù)留了現(xiàn)場取樣管，用標(biāo)準(zhǔn)皮托管連接現(xiàn)場取樣管，測量差壓（Pa），計算公式如下：

（7）運(yùn)行人員通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)冷、熱風(fēng)調(diào)門，多次改變磨煤機(jī)入口風(fēng)量，本次試驗結(jié)果主要用于修正DCS側(cè)風(fēng)量系數(shù)，保證DCS側(cè)3個風(fēng)量測點顯示值統(tǒng)一。

6 ? ?全截面防堵陣列式風(fēng)量測量裝置使用后評價

（1）線性與重復(fù)性良好，測量精度高。插入式安裝，安裝方便，插入深度完全貫穿整個風(fēng)道。

（2）在管道全截面上通過多個均勻分布的取樣管路實現(xiàn)平均取壓，提高了測量的準(zhǔn)確性。

（3）由于裝置自身整流管的整流作用以及網(wǎng)格法布點，即使風(fēng)道直管段短，也仍可以實現(xiàn)準(zhǔn)確測量。

（4）在測量裝置高、低壓側(cè)取樣管路內(nèi)均懸掛了一根鐵棒，在一次風(fēng)量變化時，可以帶動鐵棒敲擊取樣裝置，有效減少了取樣腔室內(nèi)部的積灰，進(jìn)一步延長了熱工人員的吹掃周期。

（5）裝置具有來流方向校正手段，可在較短的直管段及風(fēng)道內(nèi)表面不規(guī)整的情況下進(jìn)行精確測量。

（6）裝置本身具有抗風(fēng)切變紊流手段，信號出口設(shè)有均壓箱，能使測量信號穩(wěn)定、波動小。

（7）裝置具有良好的抗振性能，針對風(fēng)道實際運(yùn)行中存在振動這一客觀現(xiàn)實，可保證現(xiàn)場的實際測量精度不降低。

（8）該裝置在風(fēng)道內(nèi)部的取樣部分面積很小，因此對風(fēng)道內(nèi)氣流的阻力幾乎沒有，具有一定的節(jié)能效果。

7 ? ?結(jié)語

潮州發(fā)電廠1 000 MW機(jī)組磨煤機(jī)一次風(fēng)量測量裝置改造后，目前性能穩(wěn)定，測量精度高，缺陷發(fā)生率很低，且具有防堵功能，極大地減少了熱控人員對磨煤機(jī)入口一次風(fēng)流量測點維護(hù)的工作量，確保了風(fēng)量自動100%投入，使得磨煤機(jī)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)合我廠進(jìn)口一次風(fēng)管道直管段實際情況，改變風(fēng)量測量裝置安裝位置，解決了風(fēng)道內(nèi)部氣流不均導(dǎo)致磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量的波動問題。實踐證明，防堵陣列式風(fēng)量測量裝置適用于大機(jī)組發(fā)電廠一次風(fēng)流量的現(xiàn)場實際情況。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 崔玉民.電廠鍋爐常用風(fēng)量測量裝置的比較與應(yīng)用[J].山東電力技術(shù)，2011（1）：73-76.

收稿日期：2021-09-03

作者簡介：劉星明（1985—），男，安徽壽縣人，工程師，從事火電廠熱控設(shè)備的檢修及維護(hù)工作。