燃煤锅炉直吹式制粉系统风量精确测量研究

李 波，弭尚文，王赫妍，李 忱

（1.国家电投集团东北电力有限公司抚顺热电分公司，辽宁 抚顺 113006；2.国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168；3.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110400）

直吹式制粉系统磨煤机入口风量过低会导致粉管堵粉或磨煤机堵煤，甚至引起制粉系统爆炸；入口风量过高会导致煤粉浓度降低，致使机组低负荷时燃烧不稳定，同时也会导致粉管弯头严重磨损。因此，准确、稳定地测量磨煤机一次风量对机组安全、稳定运行具有重要意义。但由于空间限制、管道布置不合理等因素影响，无法在冷、热一次风混合点后的直管段找到合适的测点位置安装风量测量装置，致使准确测量磨煤机入口风量一直是一个难点。

1 风量测量情况现状

目前，国内燃煤锅炉直吹式制粉系统磨煤机入口风量的测量主要采用防堵性机翼式风量测量装置、文丘里风量测量装置、匀速管风量测量装置、横截面式侧风装置和插入式多点匀速风量测量装置。而以上几种测量装置的准确性对测点前后直段长度的要求比较严格，防堵性能较差，不能长期稳定、准确地测量磨煤机入口的一次风量。而燃煤锅炉直吹式制粉系统磨煤机入口冷、热风混合后，风道直管段短，介质没有充分混合，同一截面内介质的温度不一样，而热式风量测量装置采用热传导测量风温原理，不能用于测量冷、热风没有充分混合的一次风。因此，如何准确测量燃煤锅炉直吹式制粉系统磨煤机入口风量一直困扰着许多电厂。

2 风量测量系统改造

国家电投集团东北电力有限公司抚顺热电分公司1#机组锅炉为HG-1035/17.5-HM35型、亚临界、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型汽包炉，配用带中速磨煤机的直吹式制粉系统。锅炉风烟系统的一次风由2台轴流式一次风机提供，风机出口一次风分为两路：一路经空气预热器预热为热一次风；另一路作为调温风（即冷风）。冷、热风在磨煤机前一次风道混合后，经过混合风调节挡板进入磨煤机，用于干燥燃煤，保护磨煤机不超温，输送合格煤粉到各层燃烧器。磨煤机混合一次风道直管段很短，通流截面很大（截面尺寸为2200mm×1000mm×5mm，长度为2700mm）。由于冷风垂直接入热风道，造成风道内气流波动大，冷热风混合不充分，被测一次风含有大量灰尘，抚顺热电分公司使用过多点阵列式、热线式流量计测量，始终不能稳定、准确地测量磨煤机前的一次风量。为了精确测量混合一次风量，抚顺热电分公司2#锅炉A、C磨煤机前混合一次风道分别安装一套多点等截面型全截面风量测量系统。

2.1 测量系统性能特点

1）测量装置传感器所测介质全截面平均动压与速度符合伯努利方程。质量流量数学模型为

式中，G为质量流量；k为流量系数；A为通流截面面积；Pd为全截面平均动压；Pa为当地大气压；P为测点处的表压；t为测点处的介质温度。

2）该测量系统测量准确、稳定性好。依据《电站磨煤机及制粉系统性能试验》DL/T467－2004中规定的网格法测量风量原理，把大截面风道分成若干相等的小截面，在每个小截面的几何中心布置一对靠背管型风速测量装置，把所有靠背管逐级连起来，组成一套全截面风量测量系统，如图1所示。整套装置一体化设计，采用相邻测点逐级连接方式，减少涡流对测量结果的影响，降低测量信号波动。

3）长期运行不堵塞。相邻测点采用双靠背管对称布置，靠背管内加装自清灰装置，该设计保证靠背管内不会存留积灰，如图2所示。整套测量装置传感器一体化设计，传感器内所有管路都倾斜布置，进入传感器内的灰尘自动从下端测量孔排出，实现自清灰防堵塞功能，长期使用时不需吹扫维护。

图1 多点等截面型全截面测量系统

图2 双靠背管结构布置

2.2 测量装置的安装

在水平风道直管段的上壁，且前后比为3∶1的位置开一个槽，将THFL-16型多点等截面型全截面风量测量装置焊接在风道上壁，在测量装置顶部引出两对取压管，每套测量装置连接2台可输出4～20 mA差压信号并接入机组DCS的差压变送器，如图3所示。在DCS内根据数学模型组态计算出所测一次风流量，取二者的平均值作为测量结果。

图3 多点等截面风量测量装置

2.3 冷态标定试验

抚顺热电公司和辽宁中电投电站燃烧工程技术研究中心有限公司对改造后混合一次风测量装置进行冷态标定试验，标定试验按照《电站锅炉性能试验规程》GB10184-2015进行，标定仪器采用经过标准皮托管标定过的S型皮托管。

由于磨煤机入口处总风量标定试验测点位置距离冷、热风混合点较近，且受到多点等截面型风量测量装置的影响较大，不符合测试条件。因此，在磨煤机出口的4根一次风管道测量一次风速，计算磨煤机出口总风量，再减去密封风量即可作为磨煤机入口的实际总风量，并将其与表盘显示的磨煤机入口总风量进行比较，计算出标定系数并绘制曲线。由于密封风管道上无风量测孔，密封风量按照设计值选取为3.29 t/h。

磨煤机出口一次风管道风速测量采用等截面积法，每个截面取6个点，计算管道平均风速，根据管道截面积、一次风温度和管道静压进行修正，得出每根风管的风量，4根风管风量相加得出磨煤机出口的总一次风量。

1）A磨煤机入口总风量标定试验选择4个工况，试验数据如表1所示，表盘显示值与实测风量比较曲线如图4所示，标定系数的平均值为1.030 7，从图4可以看出表盘显示风量的线性较好。

图4 A磨煤机一次风量表盘值与实测值比较曲线

表1 A磨煤机入口总风量标定试验结果

2）C磨煤机入口风量标定试验选择3个工况，试验数据如表2所示，表盘显示值与实测风量比较曲线如图5所示，标定系数的平均值为0.793 9。从图5可以看出表盘显示风量的线性较好。

表2 C磨煤机入口总风量标定试验结果

图5 C磨煤机一次量表盘值与实测值比较曲线

2.4 误差分析

从A、C磨入口一次风量测量标定结果来看，A磨入口一次风量测量准确，C磨入口一次风量测量误差较大，造成标定结果与测量装置表示值误差较大的主要原因如下：

1）初始流速系数的设定。初始流速系数是由测量装置特性和风道特性确定的，初始设定为1，根据经验估算，可以由标定系数修正。

2）所测截面通流面积变化。磨煤机入口一次风含有大量的灰尘，测量装置安装在水平风道上，水平风道会积灰，积灰程度根据风道布置情况而变化，风道积灰达到一定厚度会稳定。

3）标定点所在截面通流面积变化。标定孔在磨煤机出口的垂直风管上，不会产生积灰，所以标定结果是准确的。

由以上原因分析可知，C磨煤机入口一次风道积灰严重，造成测量结果误差大。经过此次标定试验，A、C磨煤机入口一次风测量系统表示值与标定值线性一致，可以用平均标定系数修正初始流速系数，经修正改造后，风量测量系统测量结果准确、可靠。

3 改造效果分析

用表1计算的平均标定系数乘以A磨煤机前一次风量测量标盘值得到修正后的一次风量测量值，然后计算出修正后的A磨煤机前一次风量测量误差，如表3所示。所有标定工况下，修正后的测量误差值均小于5%，达到了设计要求。

表3 修正后的A磨煤机前一次风量测量值与标定试验值误差

用表2计算的平均标定系数乘以C磨煤机前一次风量测量标盘值得到修正后的一次风量测量值，然后计算出修正后的C磨煤机前一次风量测量误差，如表4所示。所有标定工况下，修正后的测量误差值均小于5%，达到了设计要求。

表4 修正后的C磨前一次风量测量值与标定试验值误差

风量测量随调节风门响应的变化曲线如图6所示。

4结 语

由图6可知，两套多点等截面型全截面风量测量系统投入运行后，均未发生过堵塞现象，风量显示稳定，跟随风门调节变化响应及时，调节线性好，大大提高了机组的自动投入率，有效地保证了磨煤机系统的安全经济运行。通过对两套风量测量系统试用和标定试验，证实了多点等截面型全截面风量测量系统测量的稳定性和可靠性，可精确测量燃煤锅炉直吹式制粉系统的风量，并可用于制粉系统的自动化优化研究。

图6 A磨煤机一次风量测量值与调节风门变化曲线