赵国君，高 祥，刘 伟，孟繁兵，束继伟

(1.黑龙江省火电第三工程有限公司，哈尔滨 150016;2.黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨 150030)

目前，大型电站锅炉设计配置了风量测量装置，主要有通过截流元件取压的差压式流量测量装置和非差压测量装置。由于电站锅炉风量测量装置安装在风道，在结构上存在一定的问题，如风量装置本身的截流、测点布置欠合理、风量测量装置长时间使用在环境恶劣造成的磨损等，导致大多数燃煤电厂风量测量装置出现了维护率高、测量准确性差等问题，影响了燃烧工况的控制及整个锅炉的燃烧效率［1－2］。因此，本文根据目前电厂风量测量装置测点布置不合理、常规风量装置标定方法人工读数不足等问题，设计了基于LabVIEW的实时在线风量标定系统，并验证了这一设计系统的特性。

1 风量装置标定原理

利用标准测速管测得的气流平均动压计算气流流量，再与电厂DCS系统中显示的风量相比，所得的比值为对应工况下的风量装置标定系数，风量装置标定系数的过程即为风量装置的标定过程。前述风量标定系数的概念有别于文献［3］中所述的内容，但其原理是一致的。

风量标定的计算公式为［4］

式中:v为气流速度，m/s;k为测速管速度系数(在该标定系统设计中所有测速管k为1.0);Q1为气流体积流量，m3/h;Q2为气流质量流量，kg/h;Q3为电厂DCS系统显示的风量，m3/h或kg/h;pd为测速管测得的动压，Pa;ρ为气流密度，按照公式(4)计算，kg/m3;A为管道截面积，m2;pa为大气压力，Pa;pp为管道内气体静压，Pa;t为管道内气体温度，℃;ρθ为标准状态下气流密度，kg/m3;d为干空气中含湿量，可以根据试验地环境参数选取，g/kg(干空气);λ为风量装置标定系数，标定完成后可以直接乘以DCS系统风量显示值，就可以得到标定后的准确风量。

2 风量装置标定系统介绍

2.1 风量装置标定系统总体构成

选用高精密压力变送器、热电偶、NIUSB－6009采集卡和LabVIEW软件设计了实时在线风量装置标定系统。该系统能同时采集6个动压信号、1个静压信号和1个温度信号，在系统软件内部实现了一次采集信号到速度、流量和标定系数的转换、实时显示、存储、报表生成等功能。由于系统的软件开发环境LabVIEW是美国国家仪器公司的创新软件产品［5］，因此它能够方便快捷的实现图形化模块式编程与二次软件开发。基于LabVIEW的实时在线风量装置标定系统结构如图1所示。

图1 风量装置标定系统的结构图Fig.1 System structure of air flow calibration device

2.2 风量装置标定系统硬件及软件组成

该设计系统包括硬件和软件构成两部分。其中硬件构成如图2所示，软件模块构成如图3所示。

图2 系统硬件组成Fig.2 Hardware system

图3 系统软件模块组成Fig.3 Software system

1)系统硬件由1台电脑、1个采集卡、7个高精密压力变送器(其中6个测量差压，1个测量静压)、1支高精密T型热电偶、1个恒压源(24 V)、8组隔离放大器(其中，7组实现4～20 mA至0～10 V转换，1组实现0～50 mV至0～10 V转换)、2组符合ISO 10780标准的高精度 L型皮托管(1组7支φ6 mm，长500 mm;1组7支 φ10 mm，长 3000 mm，可根据现场风道尺寸选择)等部件组成。

2)系统软件模块由主程序模块、用户管理模块、数据采集模块、数据分析模块、数据管理模块、人机接口、报表生成7部分组成。其中，用主程序模块完成系统的启动、停止以及各子模块的调用;用户管理模块完成设计系统使用人员的权限判定、存储、查询、修改、删除等功能;用数据采集模块完成数据采集卡等硬件的判断、通道任务配置、采集参数配置和数据采集功能;数据分析模块与数据采集模块同步，实现数据有动压到风速、风量的转换和显示功能;数据管理模块完成数据存储(与数据分析模块同步)、历史数据查询、回放和删除等功能;在人机接口完成试验实际风道参数输入、当地湿度选择或输入、试验后不确定度评定以及标定系数的线性度判定;用报表生成试验数据、试验结果的报告，同时报告文件格式可以选择用Word、Excel或HTML等形式显示并存储下来。

3 风量标定系统关键功能的实现

为解决常规风量标定方法的不足，设计了风量标定系统，不但具有数据采集、数据分析、数据显示、数据存储功能，同时它还具有从测点布置到数据分析计算的规范化、智能化等功能。

3.1 系统同步控制技术

LabVIEW是一个功能强大的软件开发平台，其同步控制技术［4－5］包括 Queue 技术、Notification 技术、Semaphore技术、Rendezvous技术以及Occurences技术等。Queue的含义是队列，Queue结构是一种先进先出(FIFO)的结构，利用这一特点，可以将一个有序的信息从一个应用程序中传递到另一个与之相独立的并行运行的应用程序中。

在该风量标定系统中，数据采集、数据分析、数据显示和数据存储可以看成系统的4个任务，每个任务分别由一个独立的While循环结构组成，而且每个任务在对应while循环中执行，Queue技术同步控制程序如图4所示。从图4可以看出，使用Queue技术完成上述任务所对应的独立程序不会发生丢失或复制数据的现象，并且4个任务仍然能在独立的流程中运行。由于Queue结构能够起到缓存的作用，这样4个任务运行快慢不同的现象就会被Queue结构约束，从而保证了4任务之间的协调运行。

图4 Queue技术同步控制程序图Fig.4 Queue synchronous control program diagram

3.2 系统程序规范化设计

按照电站锅炉性能试验规程GB10184－88及文献［3］和文献［6］对风量测量标定测点和风量计算方法的规定。设计了基于LabVIEW环境下系统测点布置计算程序，如图5所示。

系统中的测点布置计算模块，解决了常规风量标定试验前的繁琐计算过程，直接给出了测点布置和仪器测量移动位置;数据分析计算模块解决了常规风量标定试验后的数据处理分析过程，给出了风量数据和标定系数，节省了时间和人力。

图5 测点布置计算程序框图Fig.5 Block diagram of measurement point layout program

4 风量标定试验及结果分析

4.1 风量标定试验测点布置

为了进一步验证该系统的实用性，在某电厂开展了锅炉二次风量标定试验。被测量风道为矩形，尺寸为2.8 m×2.0 m，风道上面为长边开孔7个，开孔位置(一边为基准)分别为0.2 m、0.6 m、1.0 m、1.4 m、1.8 m、2.2 m、2.6 m，单孔差收入深度为0.167 m、0.5 m、0.833 m、1.17 m、1.5 m、1.83 m。

4.2 风量标定试验结果分析

为了比较常规风量装置标定试验和该系统风量装置标定试验的不同，将2种工况试验做了对比，得到的常规方法风量标定试验数据如表1所示;利用设计开发的标定系统，开展的风量标定试验数据如表2所示。两种标定方法所获得的试验结果数据，如表3所示。

表1 常规法标定试验数据表Tab.1 Calibration test data sheet using conventional method

表2 系统法标定试验数据表Tab.2 System calibration test data sheet using system method

表3 试验结果数据表Tab.3 Test results table

根据以上表1～表3的数据进行综合分析，得知两种方法都能够对风量进行标定，标定过程中获得的风量值偏差不大;利用常规标定方法进行的试验，需要手动测量的数据比较多，其中动压测量偏差大，同时需要后期处理计算;利用标定系统开展的试验，人为参与少，自动显示标定风量值和标定系数，能够节省人力和时间，提高精确度;根据标准［6］要求计算，常规标定方法对应试验结果的不确定度为4.03%，本文设计的标定系统试验结果不确定度为2.08%。

5 结论

1)基于LabVIEW设计的实时在线风量装置标定系统，解决了风量测量装置常规标定方法的不足，为电厂和电力科研单位提供了风量标定试验新思路。

2)基于LabVIEW设计的实时在线风量装置标定系统，由于引入了Queue技术，因此使所开发系统具备了实时性。

3)从某电厂实际风量装置标定试验结果可以看出，本文设计的系统标定试验结果不确定度为2.08%，而常规标定试验结果不确定度为4.03%，提高了试验的精确度，由此可以得出本文开发的系统具有一定的实用性。

［1］ 王慧丽.锅炉风量测量方法改进与控制系统设计［D］.北京:华北电力大学，2012.WANG Huili.Boiler air flow measurement methods to improve and control system design［D］.Beijing:NCEPU，2012.

［2］ 张清峰.锅炉风量测量系统存在的问题及解决方案［J］.电站系统工程，2005，21(3):34 －36.ZHANG Qingfeng.Existing problems and solutions for boiler air flow measuring system ［J］.Power System Engineering，2005，21(3):34－36.

［3］ 陈树学，刘萱.LabVIEW 宝典［M］.北京:电子工业出版社，2011.CHEN Shuxue，LIU Xuan.LabVIEW［M］.Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2011.

［4］ 张安国.DL/T 467－2004电站磨煤机及制粉系统性能试验［S］，2004.

［5］ 杨乐平.LabVIEW高级程序设计［M］.北京:清华大学出版社，2003.YANG Leping.LabVIEW high－level programming［M］.Beijing:Tsinghua University Press，2003.

［6］ 阎维平.ASME PTC4－2008锅炉性能试验规程［S］.北京:中国电力出版社，2011.