二次风量测量装置的改造与应用黎江

二次风量测量装置的改造与应用黎江

黎江

（大唐清苑热电有限公司河北省保定市071000）

摘要：锅炉送风自动是锅炉燃烧自动调节的基本组成部分，而送风调节技术的难点是空气流量测量。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。本文就二次风量测量中遇到的问题以及对二次风测量技术改造中的经验进行了分析与探讨。

关键词：普通多点风量测量装置；PBS防堵型阵列风量测量装置

1、二次风量测量出现的问题

大唐清苑热电有限公司300MW机组锅炉风量主要参与的保护和自动有：二次风量与一次风量的和构成锅炉总风量。总风量低于30％时触发锅炉MFT；二次风量参与送风自动调节，送风机控制系统是协调控制中重要的控制回路。因此二次风量测量在锅炉安全稳定运行中有着及其重要的意义。

大唐清苑热电有限公司锅炉入口热二次风流量测量装置采用WTFM插入式风量测量装置，单侧热二次风道采用3只风量取样装置，安装于锅炉28米热二次风母管上，每1个风量取样装置向1个变送器送去差压信号。

实际的使用中存在以下的问题：

（1）对含尘气流的测量时，灰尘只进不出，造成感压管路堵塞，再加上锅炉启、停炉时，冷、热态的变化，所形成的水气与测风装置感压管路中的灰尘会形成硬块，很难清除，增加了维护量。检修人员需要对经常取样装置进行吹扫，去除积灰。

（2）低负荷的时候，风量测量不准确也不稳定。原因分析如下：

①由于飞灰的堵塞；

②风箱横截面积较大，低负荷的时候差压较小，不易测量；

③风箱横截面积较大，风箱的直管段长度较小，流速较低的时候，风箱里的流质是不均匀的。3只取样装置（单侧）分别安装在风道上侧中间部位、外侧中间部位及下侧中间部位。动力场试验测得的数据统计为出上侧风速最大、外侧次之、下侧最小；

④装置选型不合理，设计差压量程过大，影响测量精度；

由于二次风量测量不准导致总风量低于30％时触发锅炉MFT保护不敢投入，从而影响整个燃烧控制系统，对锅炉的安全经济运行造成了极大影响。因此对二次风量测量装置进行技术改造。

2、设备选型

目前锅炉二次风量测量产品种类较多，从测量原理上区分主要有两类：差压式和热扩散式。

热扩散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。其中温度传感器测量介质的温度，加热传感器则与温度传感器保持一个固定温差。当气体带走热量时，两个传感器之间温差减小，电桥失去平衡，自动提高传感器的消耗功率，补偿气体带走的热量，恢复固定温差，此时电桥输出反映气体质量流量，这个信号经过处理后产生4-20mA标准信号输出。具有信号敏感度强，安装方便的特点。但是因为其布点较少（1-2个）无法实现网格法测量，所以对于大截面的管道测量其完全无法使用。且防磨性、防堵性都不适宜热二次总风量的测量。因此目前在电厂风量测量上几乎没有应用效果好的范例。

差压式流量计种类较多，在国内电厂的风量测量领域有较多的应用。其形式上也分了很多种如：机翼测量装置、多喉颈类测量装置、巴类测量装置、靠背管式、皮托管式等等。

差压式测量装置主要以取差压信号计算出体积流量（需要温度、压力补偿）。优点是结构简单，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。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％。

经过对以上情况的综合分析，结合测量环境的特点，并通过对其他电厂的调研，我们选用了PBS防堵型阵列风量测量装置。PBS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，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，而且压力损失小，节约送、引风机电量，可取得良好的经济效应。

3、PBS防堵型阵列风量测量装置

3.1特点

测量风道内的气体流量，理想的状态是管道内壁光洁而且至少有20个d（风道直径或当量直径）的直管段，否则管道内气体流场就会不均匀，存在紊流与旋流，影响测量的准确度。但是锅炉的风道几乎不可能有这样理想的条件，解决的方法就是采用网格法在风道中布置多个测点，测得风道内同一截面上多点的平均气体流速。

PBS防堵阵列式风量测量装置就是一种采用节流原理、实现测量同一截面上多点平均气体流速的装置，并且具有防粉尘堵塞和防磨损性能，可以长期免维护运行。

PBS防堵阵列式风量测量装置具有以下特点：良好的线性与重复性，测量精度高；插入式安装，安装方便，插入深度完全贯穿整个风道；在管道同截面上多点阵列分布测点，实现平均取压，测量平均流速，可保证测量的准确性；由于装置自身整流管的整流作用以及标准的网格法布点，即使风道直管段短、风道内流体存在切变紊流和漩流等，也可以实现准确测量；装置本身具有利用流体动能进行自振打防堵塞功能，真正实现了本质防堵，不需要外加任何压缩气体进行吹扫，可做到长期免维护运行；装置具有来流方向校正手段，可在较短的直管段及风道内表面不规整的情况下精确测量；装置本身具有抗风切变紊流手段，信号出口设有均压箱，具有使测量信号稳定、波动小的功能装置具；有良好的抗振性能，针对风道实际运行中存在振动这一客观现实，可保证现场的实际测量精度不降低；专用特殊设计的节流件可以减弱被测压力场中脉动的幅值，从而减小差压信号中的噪声；当流体流经具有特殊廓形的节流件时，会在其周边形成边界层并疏导流体离开节流件尾部的边缘，从而减少它被磨损的可能性，提高了耐磨性；对于整个风道来说，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。

3.2工作原理

利用整流管和同轴安装在整流管中的节流件，迫使流体从中心逐渐收缩到整流管内壁而流过节流件，通过测量节流件前后的差压来求得流速，其原理是基于封闭管道中质量守恒定律（流动连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程），当流体通过节流区时，流速会加快，节流件下游尾部的压力降低，产生了差压。管道中流体的流速与差压的平方根成正比，符合伯努利方程。

测量装置由多支测量探头组成，每支探头包括多个具有防堵功能的流速测量传感器，每个传感器由整流管以及同轴安装在整流管内的节流件和相应的取压接口组成。把多组测量探头的输出用均压箱连接，输出的就是该风道截面上的平均流速信号。

4、二次风量测量装置改造实施方案

空预器出口热二次风道尺寸为3202×3602，水平流向，即风道直管段长度不到3倍当量直径。由于风道大，直管段短，截面风速容易分布不均匀。为了确保准确测量风量，拟在4500×4400mm的风道截面上按等截面网格法多点测量原理布置28个风量测量点，其等截面网格布置风量测量点见图1所示。

等截面阵列布置28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28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，引出一组正、负压信号至差压变送器。

PBS型防堵型阵列测风装置计算的数学运算模型为

5、应用情况

大唐清苑热电有限公司自从采用PBS防堵型阵列风量测量装置后二次风量测量准确可靠，从未堵过，减少大量的维护工作量，而且从烟气含氧量数据及风机电流来看，也提高了锅炉燃烧的稳定性和经济性。