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??????????? 多點式含塵風測量裝置在600MW超臨界鍋爐上的應用

????? 黃c 偉1 梁志明2 胡曉輝2 1 、湖南省電力試驗研究院，湖南長沙市410007
2 、東南大學動力工程系，江蘇南京 210096 1 、 Hunan Electric Power Test
and Research Institute， Changsha 410007， P.R.China 2、Power Engineering
Department of Southeast University，Nanjing 210096，， P.R.China「摘要」
電站鍋爐（包括設計院新設計的鍋爐）其一、二次風風量及制粉通風量測量一般
采用傳統(tǒng)的機翼型等測風裝置，由于被測量對象為含塵氣流、且測風裝置所處的
位置沒有足夠的直管段，測量結果不穩(wěn)定、不準確，影響鍋爐自動投入率。本文
介紹了多點式含塵風風量測量裝置的原理、構成、特點，在華潤電力常熟第二發(fā)
電廠2 號超臨界鍋爐制粉系統(tǒng)的負荷風、旁路風、總風等含塵風采用該裝置，由
于測量穩(wěn)定準確，鍋爐自動投入率100%，取得明顯的效果。

????? Abstract：Measuring primary and secondary air volume and powder
manufacturing volume in a station boiler（including the new-designed boiler
in a designing institute） is by the traditional aerofoil device， because
the measured object is the dust-laden airflow and the length of straight
tube is not enough in the place of measuring air device ， the measure
results are unstable and inaccurate ， also the automatic input ratio
is influenced. The principle， structure and characteristics of the multipoint
dust-laden device for measuring airflow volume are introduced in the paper.
The device was applied in the Changshu power station of China Resources
Power to measure the load air volume， bypass air volume and total air
volume in the 2nd unit supercritical boiler powder manufacturing system，
the results showed that the measuring were stable and accurate， and the
automatic input ratio was 100%. 「關鍵詞」超臨界鍋爐風量測量裝置含塵氣
流Keywords：supercritical boiler，device for measuring airflow volume ，
dust-laden airflow中國分類號：文獻標認識碼：華潤電力常熟第二發(fā)電廠（簡
稱常熟二電廠）3 ×600MW 機組＃2 鍋爐采用是由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司與
三井巴布科克能源公司聯(lián)合投標，為本工程設計的超臨界參數(shù)變壓本生直流鍋爐，
型號為HG-1950/25.4-YM1，采用π型布置，單爐膛、低NOX 軸向旋流燃燒器（LNASB）
前后墻對沖燃燒方式。制粉系統(tǒng)采用雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，
每臺鍋爐配置4 臺BBD-4360型雙進雙出鋼球磨煤機。

????? 1 號機組于2005年3 月3 日投產，該爐制粉系統(tǒng)的負荷風、旁路風、總風
采用了文丘利和機翼型測風裝置，由于沒有足夠的直管段，并且被測量對象均為
含塵氣流，測量結果不穩(wěn)定、且不準確，而機組自動基于風煤比、煤水比控制策
略，結果導致鍋爐不能燃燒自動、給水自動，機組無法自動協(xié)調運行。為此在2
號鍋爐上對制粉系統(tǒng)的負荷風、旁路風、總風等含塵風采用多點式含塵風風量測
量裝置，由于測量較準確，鍋爐自動投入率100%，取得明顯的效果。

????? 1 概述目前國內的許多電站鍋爐（包括設計院新設計的鍋爐）其一、二次
風風量及制粉通風量測量一般采用傳統(tǒng)的機翼型測風裝置、文丘利測風裝置或阿
牛巴或威力巴測量裝置。然而，由于制粉系統(tǒng)布置空間限制，制粉系統(tǒng)熱冷風管
道（或負荷風、旁路風管道）沒有足夠的直管段，測風裝置所處的位置，其氣流
不穩(wěn)定，流場冷熱態(tài)差別大，熱態(tài)時不同工況的流場差別也大，進而影響到熱冷
風（或負荷風、旁路風）測量的準確性；另外測量裝置一次風及制粉風由于一次
風及制粉風皆系含塵氣流，上述類型的測風裝置其灰塵只進不出，容易堵塞，測
量一次元件堵塞問題始終未能得到解決，使得熱工維護工作量很大，而且有的測
風裝置壓力損失也較大。

????? 常熟二電廠2 號鍋爐采用了多點式一、二次風風量及制粉通風量測量裝置，
由于在風道截面上嚴格采用標準的網格多點式布置、且測量裝置本身具備的自清
灰和防堵塞功能，幾乎沒有壓損，裝置性能可靠，風量顯示穩(wěn)定。

????? 2 電站鍋爐增設多點式含塵風量在線監(jiān)測系統(tǒng)的目的大量運行實踐表明：
鍋爐一、二、三次風風量匹配合理，燃燒工況就會明顯改善。燃燒的優(yōu)化調整，
一直是許多科研單位、設計部門包括鍋爐運行人員在研究的問題，對鍋爐進行燃
燒優(yōu)化調整，概括起來就是就是將一、二、三次風管內的風量根據(jù)鍋爐負負荷和
不同的煤種進行合理的調節(jié)，風量調節(jié)好了，鍋爐燃燒狀況必將明顯改善，爐效
也將顯著提高。目前國內的許多電站鍋爐（包括設計院新設計的鍋爐）其一、二、
三次風風量一直采用文丘利和機翼型測風裝置，由于文丘利和機翼型測風裝置自
身的缺陷，對含塵氣流的測量時，灰塵只進不出，造成感壓管路堵塞，再加上鍋
爐啟、停爐時，冷、熱態(tài)的變化，所形成的水氣與測風裝置感壓管路中的灰塵會
形成硬塊，很難清除，從而造成所測量的風量不準確。例如：湖南湘潭發(fā)電有限
責任公司的1#、2#爐改用了多點式一、二次風風量及制粉通風量測量裝置后，并
將原有的機翼型測風裝置進行了拆除（其中原一次風風量機翼型測風裝置的面積
收縮達1/2 左右，原二次風風量機翼型測風裝置的面積收縮達2/3 左右，壓力損
失較大），由于多點式測風裝置壓力損失小，節(jié)約了送、引風機電量，自投運以
來，取得了良好的經濟效應，根本沒有什么維護工作。

????? 多點式一、二次風風量及制粉通風量測量裝置由于本身具備的自清灰和防
堵塞功能，可以確保長期測量的準確性，大大提高了鍋爐的自動投入率，能及時
地反映各風管內風量的大小，隨時調整鍋爐運行，讓鍋爐始終在較經濟的工況下
運行，具體說有如下幾方面作用：1.使鍋爐配風合理，燃燒比較穩(wěn)定，可有效地
降低排煙溫度、降低飛灰含碳量、降低煤粉的機械及化學不完全燃燒熱損失，提
高鍋爐效率。

????? 2 、可以確保長期測量的準確性，大大提高了鍋爐的自動投入率。司爐能
依據(jù)風量的變化作出正確的判斷，有利于鍋爐的安全和經濟運行。

????? 3.能有效地控制鍋爐燃燒火焰中心，防止鍋爐局部結焦，同時也能有效地
防止火焰偏斜，降低爐堂出口兩側煙溫的偏差。防止水冷壁及過熱器爆管。

????? 4.能合理地調整磨風煤比例。進入各磨風量的大小，能間接地反映出煤量
的大小。

????? 3 多點式含塵風測量裝置一次測量元件原理多點式含塵風測量裝置一次測
量元件是基于靠背測量原理，測量裝置安裝在管道上，其探頭插入管內，當管內
有氣流流動時，迎風面受氣流沖擊，在此處氣流的動能轉換成壓力能，因而迎面
管內壓力較高，其壓力稱為“全壓”，背風側由于不受氣流沖壓，其管內的壓力
為風管內的靜壓力，其壓力稱為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，其大小與
管內風速（量）有關，風速（量）越大，差壓越大；風速（量）小，差壓也小，
因此，只有測量出差壓的大小，再找出差壓與風速（量）的對應關系，就能正確
地測出管內風速。

????? 對于高濃度的煤粉氣流或含塵氣流，要長期準確地測量出管內風速，必須
要解決二個問題，一是測速裝置的耐磨問題，二是測速裝置的防堵塞問題。而多
點式一、二次風風量及制粉通風量測量一次測量元件，較好地解決這二個問題。
為了解決耐磨問題，一次測量元件探頭采用AI2O3 耐磨陶瓷，在1850℃燒結而成
；為了解決堵塞問題，一次測量元件上增設了自清灰裝置，首先在垂直段內懸掛
了清灰棒，該棒在管內氣流的沖擊下作無規(guī)則擺動，起到自清灰作用，棒的自重
及粗細是經過出廠前的實驗來確定的，在實驗臺上按照各風管內設計風量的范圍
實驗得出，棒太重太輕或太粗太細都不能符合要求。其次，設計時與垂直管段連
接了一根斜管，斜管與垂直管內間有節(jié)流孔，引壓管是從斜管中部引出，斜管起
到二次沉灰作用。

????? 下圖為單點式測量一次測量元件原理圖。

????? 圖1 單點式測量一次測量元件原理圖

????? 由于一、二次風量及制粉通風量的風道截面比較大，對于大風道的風量測
量，僅有一個測量點是遠遠不夠的，為了能夠準確地測量出鍋爐一、二次風量及
制粉通風量，采用的辦法是在大風道截面上嚴格按標準采用了等截面多點的測量
原理，從而測得截面的平均速度。再根據(jù)各測量管道截面尺寸的大小、直管段長、
短等因素來確定測量點數(shù)，并將許多個測量點等截面有機地組裝在一起，正壓側
與正壓側相連，負壓側與負壓側相連，正、負壓側各引出一根總的引壓管，分別
與差壓變送器的正、負端相連，測得截面的平均速度，然后計算出風量。

????? 例如：對于某一大風道的風量測量裝置，風道截面尺寸為1600X1200 X6 mm
，由于風道大，直管段短，截面風速容易分布不均勻。為了確保準確測量風量，擬
在1600X1200 mm的風道截面上按等截面多點測量原理布置16個風量測量點，在風
道內將16個風量測量探頭的正壓側與正壓側相互連接、負壓側與負壓側相互連接，
引出一組正、負壓信號至差壓變送器。其等截面布置風量測量點見圖2.

????? 0

????? 0 0 0 圖2 等截面布置風量測量點（圖中“0 ”表示測量點）

????? 4 電站鍋爐一、二次風量及制粉通風量在線監(jiān)測系統(tǒng)的構成一、二次風風
量及制粉通風量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有自清灰防堵塞一次測量元件、微差壓變送器、
監(jiān)測主機等組成。測速裝置把風管內的風速轉換成差壓，通過引壓管至變送器，
變送器4-20mA DC 輸出，直接進入DCS 系統(tǒng)進行顯示，DCS 系統(tǒng)中一、二次風風
量及制粉通風量的計算模型應依據(jù)設計及標定結果加以確定。

????? 構成框圖如下：

????? 圖3 風量在線監(jiān)測系統(tǒng)的構成框圖5 多點式含塵風測量裝置的功能特點5.1
徹底解決了含塵氣流風量測量裝置的信號堵塞問題，風量測量裝置本身具有利用
流體動能進行自清灰防堵塞的功能，絕對不需要外加任何壓縮氣體進行吹掃，無
論氣體含塵濃度多大，完全可以做到長期運行免維護。

????? 5.2 風量測量裝置性能穩(wěn)定，調節(jié)線性好。

????? 5.3 由于電站鍋爐一、二次風量及制粉通風量總管直管段安裝條件在許多
場合無法滿足，而且風道截面大，流速在截面上容易分布不均勻，為了確保測量
精度，可以將多個風量測量探頭進行等截面多點布置，然后將各測量裝置的正壓
與正壓、負壓與負壓相互連接，最終引出一組信號到變送器，這樣的組合風量測
量裝置對風道的直管段沒有太多要求，一般只要求直管段長度不小于管道的當量
直徑即可。

????? 5.4 采用插入式布置，對于整個大風道來說，組合風量測量裝置的擋風面
積幾乎可以忽略不計，因此，其對整個風道流體的壓力損失幾乎沒有，節(jié)能效果
十分顯著，且安裝方便。

????? 6 多點式含塵風測量裝置計算的數(shù)學運算模型風量計算的數(shù)學運算模型的
公式為Q= K*A*f（I ，T ）= K ‘*A*f（△P ，T ）（m3/h）* 式中：K 、 K’
為風量計算的數(shù)學運算模型的總系數(shù)；A 為風量測量裝置安裝處的面積T 為風速
（量）所對應的風溫，單位℃；△P 為風量測量裝置輸出差壓，單位Pa；I 為差
壓變送器輸出的4-20mA電流采樣輸入值，單位mA. * 根據(jù)各臺鍋爐的設計要求，
風量Q 的單位可以分別為m3/h，t/h 或Nm3/h 7 結束語7.1 常熟二電廠2 號鍋爐
制粉系統(tǒng)的負荷風、旁路風、總風等含塵風采用多點式含塵風風量測量裝置，由
于測量較準確，鍋爐自動投入率100%，取得明顯的效果。

????? 7.2 多點式含塵風風量測量裝置幾乎沒有壓損，由于本身具備的自清灰、
防堵塞和防磨功能，使裝置性能可靠、免維護，風量顯示穩(wěn)定。

????? 7.2 建議推廣使用多點式一、二次風風量及制粉通風量測量裝置。

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中國電力出版社，2003年6 月。

????? 5 汪祖鑫編著。超臨界壓力600MW 機組的啟動和運行[M].中國電力出版社，
1996年11月。

????? 作者簡介黃偉（1964—），男，1985年畢業(yè)于上海電力學院，湖南省電力
試驗研究院鍋爐技術研究所，副所長、高級工程師，主要從事電站鍋爐基建調試、
潔凈煤燃燒理論與技術的試驗研究。

????? 梁志明、胡曉輝：東南大學動力工程系