火电厂二次风量测量技术

火电厂二次风量测量技术

林圣朝

（安徽华电六安电厂有限公司安徽六安237000）

摘要：锅炉二次风量的准确、快速测量对锅炉的燃烧调整和安全性、经济性运行起着极为重要的作用。风速测量装置种类繁多，按测量原理区分，主要有热扩散法和差压法，目前差压风量测量技术应用广泛。根据风量测量装置工作原理不同和风管道结构不同，每种装置都适合不同管道，各有其优缺点。风量测量装置合理选型是火电厂在安全、可靠、经济运行宗旨下高质量、高环保、高效率运行的一个重要手段。目前测风技术种类很多，特点各异，本文将分析比较当前国内电站锅炉风速在线监测技术，介绍各种技术的特点、应用情况以及锅炉风速测量技术的发展趋势。

关键词：火电厂；二次风量；测量技术

1锅炉风量测量装置现状

在锅炉的燃烧控制中，如何使燃料和助燃空气达到合理的配比以达到最佳燃烧，在理论上已有大量研究和论述。但在实际应用中，锅炉的燃烧控制结果却往往不能尽如人意，主要是燃烧控制中存在着一些难点，如准确地测量送风机的风量、炉膛4个角的二次风量。

炉膛的送风风量和二次风量的测量有如下特点：风道管径大，一般直径为2～3m或更大，尤其是二次风量的温度较高，125MW机组一般在300摄氏度左右。锅炉的二次风量测量有总管流量测量，分管流量测量，国内许多应用中尚无有效的流量仪表进行可靠测量，某些电厂也曾应用了一些国内新型仪表进行测量，但整体效果一般，使用可靠性差、寿命短。而有的电厂只是通过二次风挡板的开度信号来调节助燃空气流量，由于挡板的性能、控制精度、重复性差等原因，使助燃空气的流量很难准确测量，更难以实现准确的燃料配比，严重地影响着燃烧效率。

2传统风量测量装置原理及存在的问题

2.1机翼型测风装置

机翼型测风装置由多个全机翼、取样管传压管及一段矩形风道构成。当气流流经机翼测量装置时，在翼型表面形成绕流，产生压差。该压差与风道内的气体流速（或流量）之间呈一定的系数关系。缺点是：

（1）大大减少风道的流通面积。为了在减少流通面积的情况下，仍保持应有的风量，以维持正常的发电负荷的要求，就必须提高风机的功率，增大能源消耗。

（2）机翼压力引出管大多用仪表管引出，大量的灰粒沉结在引出管口上，容易堵塞。

（3）长时间使用后，导致流量信号不准确。

2.2差压原理流量计

差压原理流量计是通过节流装置产生的差压和气体的流速的平方成正比来测量气体流量。差压流量计容易损坏，流量测量的精度取决于取压装置的精度。

2.3容积式流量计

容积式流量计是通过把流体分成定体积的流量来测量体积流量。容积式流量计能提供极高的精度，但由于活动部件易磨损且产生不可恢复的压损。

3.常用差压式风速测量技术

目前，流量计有100多种，其中差压式流量计在工业应用较为广泛，锅炉风速测量也普遍采用在风道中安装差压式流量计来测量风速。这种仪器是利用风速与压差间的关系间接计算出风速。

3.1喷嘴

标准喷嘴由二段圆弧形收缩段和圆筒形段组成，它是一个孔径逐渐减小的流道，孔径最小的流道部分称为喷嘴的喉部。文丘里喷嘴的喉部后有孔径逐渐扩大的流道，临界流文丘里喷嘴的喉部气流速度达到临界速度（即音速），其流速只与上游压力有关而与下游压力无关，流出系数只与雷诺数有关。喷嘴测量仪经典成熟且已标准化，无需实流校准；结构简单、体积小；没有可动部件，准确度较高、性能稳定、重复性好；喷嘴入口为光滑曲面，不易磨损，流出系数非常稳定；压损比孔板小一半多；对测试气体的洁净度要求不高。但它制造成本高；安装较难、工艺复杂；压损较大；负压侧的取样孔因局部涡流的影响易堵塞；需要直管段较长。因此，此测量仪很少直接应用于电厂现场，常用作气体流量的传递标准或标定其他气体流量的仪表。

3.2孔板

标准孔板是一块加工成圆形同心的、具有锐利直角边缘的薄板。充满管道的气体在流经管道内的节流孔板时，流束将在节流件处形成局部收缩，使气速增加，静压力降低，孔板前后产生静压力差。通过测量此差压，就能确定流过孔板的流速。孔板测量仪经典成熟且已标准化，无须实流标定；结构简单、便于制造、方便维护；通用性强、性能稳定可靠；价格低廉、使用寿命长。但它易积污、磨损、压损很大，且由流体冲刷引起的边缘磨损会导致测量精度下降，需要定期维护；加工精度和安装要求较高，安装费时费力；量程较小；测量重复性和精确度一般；要求直管段较长；易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。因此，此测量仪难以在电厂现场长期使用，常用作气体流量的传递标准。

3.3毕托管

毕托管利用垂直装在支杆上的圆筒形测量头，正对流向的端部孔测出流体全压，再由环绕其圆周的多个侧面孔测出流体静压，根据此差动压便可推算测点流速。毕托管测量仪结构简单，使用、制造方便；抽样标定容易，可用于标定仪表；价格便宜，坚固耐用；测量较高气速时精确且分辨力好。但由于其属于接触式测量，全压孔需正对风向，且其静压孔尺寸较小，所以仪器本身对风场影响较大；结构脆弱，不宜在工业现场长期使用；压差较小，不宜远传，当气速较低时，压差更小，灵敏度低，难以精确测量；不适合测量含烟尘气体的风速；要求测量截面上下游直管段较长，上游≥5～7D、下游≥2～3D（D为测量管内径属于单点测量，至少要测20点才可求出较高精度的均速工作量大。此仪器适用于气体流量实验室或工业流量计定期检定标准，尤其适合利用网格法大管道气体的大速度测量。

3.4靠背管

靠背管由两根端面与水平面成75度的管子背靠背焊接而成，两开口面成180度对称布置，一面迎向气流作为全压感压孔，另一面背向气流作为静压感压孔。将靠背管安装在管道或风箱上，其探头插人管内，当管内有气流流动时，通过计算迎风面管内的全压和背风侧管内的静压之间的差压，可算出管内气速。靠背管测量仪结构可靠、安装方便、维护容易、调节整定简单；靠背管开口较大，不易堵粉，且对气流的偏斜敏感度很小，不会引起明显的误差。但它属于单点测量，无法解决流场不均匀性造成的测量误差，至少需要测量20点才可求出较好精度的平均流速；要求测量截面上下游直管段较长，上游≥8～10D、下游≥1～3D；属于非标准测压管，它的结构型式和加工精确度各不相同，使用前必须逐个标定。此仪器适用于含尘气体及大管道气体的速度测量，可用于电厂二次风速测量。

4.新型的风速测量技术

随着传感测试技术发展，一些新型的气体流量计在风速测量中有着越来越广泛的应用。新型风速测量技术主要采用横截面式、热式质量、涡轮气体、涡街气体和超声波气体等流量计来测量风速。这些测量技术也都各有特点，它们已开始用于火电厂二次风速测量，但由于技术不成熟且成本较高等原因，目前还没有被广泛应用于风速测量中。随着技术的成熟和成本的降低，这些新的风速测量技术也会在风速测量上逐步推广应用。此外，还有插入式多喉径文丘利、V型锥、科里奥利及示踪法等新型流量计都有其特点，也可用于包括风速在内的气体流速测量。

结束语

准确的电站煤粉锅炉风速测量有助于进行最佳燃烧工况和风量调节，提高安全性和经济效益。由于锅炉风速测量受到诸多因素影响，目前的测量技术还无法满足所有理想测量要求，每种技术各有特点和适用范围，因此这就要求技术人员首先必须熟悉各种技术的特点，并综合考虑相关影响条件，选择最合适的测量手段，以满足电站锅炉工程测量的要求。本文全面地介绍了当前各种风速测量技术原理与特点，对风速测量技术的选择有一定参考指导价值。

参考文献：

[1]王绍纯.自动检测技术[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[2]叶江祺.热工测量和控制仪表的安装[M].北京：中国电力出版社，1998.

[3]高魁明.热工测量仪表[M].北京：冶金工业出版社，1998.