吴 吉 神华福能发电有限责任公司 福建 362700

火电厂机组的风量测量一般分为一次风、二次风、燃尽风、助燃风等，其中一次风量、二次风量的测量尤为重要。一次风量、二次风量测量的准确性直接影响一次风机和送风机的出力，同时也影响给水量、燃料量的调节，其调节品质直接影响机组的经济性，甚至可能导致机组非停。 随着机组自动化程度要求越来越高，对于具有多输入、多输出、强耦合、非线性特点的超临界机组，其锅炉侧相对于汽机侧仍存在较大的滞后的特点。类似风量这类重要参数的准确测量直接影响机组的安全稳定运行，机组对二次风量的在线测量也提出了更高的要求。本文以某火力发电厂百万机组二次风量测量为例，分析其存在的问题及技术改造后的成功应用。

该工程火力发电机组容量为1050MW，锅炉为超超临界参数、一次再热、单炉、东方电气集团东方锅炉有限公司生产的平衡通风、逆流燃烧方式、固体排渣、露天布置、全钢框式变压直流锅炉。机组为东汽N1000-26.25/600/600超超临界1050MW汽轮机。它由一台再热、单轴、四缸、四台排汽凝汽式汽轮机、一台单流高压缸、一台双流中压缸和两台双流低压缸组成。本工程DCS控制设备采用杭州和利时分散控制系统。配置软件为MACS6.52系统，硬件为SM系列[1]。

1 二次风量测量形式

下面对该电厂二次风量改造前后两种测量形式进行介绍。

1.1 双文丘里装置

双文丘里流速计是一种用于测量电厂大口径烟气管道流量的压差传感器。利用压差变送器和记录显示仪表，可以获得管内被测点的瞬时压差，通过双文丘里流量计算书便可计算出不同工况风量，压差与流量之间转换通常都是通过DCS逻辑组态实现，即计算出实测风量大小。而DCS实际组态风量的设定值是根据机组负荷，即补偿后的锅炉主控指令由折线函数计算得出，通过对实测风量和风量设定值偏差的控制来调节炉膛氧量和燃烧，改造后的多矩阵式风量装置测量原理同改造前一样，只是取样、测量形式有所不同，具体介绍见1.2小节。

1.1.1 文丘里特点

(1)与节流装置相比，流量较小，永久压力损失最小。本实用新型结构简单，便于检查、清洗和维护。与毕托管、阿努巴流量计、平均速度管流量计相比，其压差信号较大。

(2)测量复现性稳定。所谓测量复现性就是在不同测量条件下，其测量结果一致的程度。测量复现性是仪表的一项重要性能指标。适用于低静压、低压力损失的大口径管道的测速。双文丘里管常被用来测量烟道和非圆孔径管道的测速，但现场实际使用效果表明，其防堵能力相对较差。

1.1.2 双文丘里测量问题分析

利用3号机组停机期间，进入烟道检查发现二次风量测量装置堵灰严重，见图1、图2。针对检查发现问题，进行同类型机组调研并咨询厂家，分析主要原因为由于二次主风道面积较大，里面粉尘较多，装置防堵效果不佳；另一原因是风量装置部分负压测点处流速较低，导致抽吸作用不强，长时间运行导致二次风灰尘进入文丘里负压取压口处造成严重堵塞。

图1 风道内双文丘里测量装置

图2 风道内双文丘里测量装置

1.1.3 定期吹扫方案

针对现场风量装置取样孔堵塞问题，调研同类型机组并咨询厂家确定二次风量装置定期吹扫方案，采用逐组测风装置逐个测点挨个吹扫的方案。每组双文丘里测风装置迎风面为负压侧，背风面为正压侧，压缩空气接上以后，工人到二次热风道风量测点位置处，将一次阀门1～15中的其中14个全部关闭(阀门布置见图3)，只保留1个阀门是开启的。迎风面负压侧吹扫具体步骤：

(1)关闭阀门2～15，保持阀门1开启，吹扫15秒。

(2)开启阀门2，关闭阀门1，吹扫15秒。

(3)开启阀门3，关闭阀门2，吹扫15秒。

依次类推，直至迎风面负压侧全部吹扫完毕。

背风面正压侧吹扫方法同负压侧一样，由于正压侧只有5组阀门，因此吹扫工作就简单多了，关闭其中4个，开启1个，逐组吹扫即可。

图3 双文丘里风量装置图

改造前通过此吹扫方案吹扫多次也无法解决文丘里测量装置堵灰问题，即使定期吹扫周期缩短至1周，效果也欠佳，定期工作维护量非常大。而且总风量低保护是主保护之一，当风量正压侧堵灰严重时会导致风量突降触发MFT，存在较大安全隐患。

1.2 多点矩阵式风量装置

针对锅炉烟气含尘量大、风管截面大、风管内流场极不均匀的特点，需要采用一种具有良好的阻流性、耐磨性、多点平均压力和低压损失的测风装置。传统的测风装置如机翼、毕托管和文丘里管都不能满足这些要求。矩阵式空气测量装置具有自清洁、防堵塞功能[2]，几乎无压力损失，耐磨性能好，性能可靠，气流显示稳定。已成功应用于各种类型的锅炉，成为免维护产品。

1.2.1 测量原理

DFAB防堵阵列风量测量装置是基于靠背测量原理。测量装置安装在管道上。它的探头安装于管道内。当有介质流动时，迎风侧受到气流的冲击，气流的动能转化为压力能。因此，前管中的压力较高。前管内的压力称为“全压”，背风侧由气流驱动。管道内的压力是管道内的静压，称为“静压”。总压和静压的差称为压差。其大小与风管内的风速有关。风速越大，压差越大；风速越小，压差越小。因此，只有通过测量压差，才能发现压差和风速之间的差异。根据这种关系，可以正确测量管道中的介质流量。测量原理见图4。

图4 测量原理示意图

由于风道截面大，流场不均匀，只有一个测点是无法满足测量要求的。为了更加精确测量，通常根据横截面的尺寸和直管段的长度来确定测点的数量。然后，根据图4的测量原理，在连接管内装配多个测量点。所有正压侧相连，所有负压侧相连。正压侧和负压侧分别与压差变送器的正负端连接。便可测得横截面的平均压差[3]。结构示意图见图5、图6。

图5 8个测量元件等截面布置示意图

图6 16个测量元件等截面布置示意图

1.2.2 多点矩阵式装置特点

(1)测量精度高：采用多点测量，可以真实反映管道流场状况，测量精度达到1% 。

(2)测量线性好。

(3)自清灰、防堵塞：利用流体动能进行自清灰，彻底解决了含尘气流风量测量装置的取样管路易堵问题，不需要额外的压缩气体来清扫，因此可以实现长期运行和免维护。

(4)几乎无压损，节能性好。

(5)组合式测风装置的挡风面很小，可以忽略不计。整个管道流体的压力损失几乎为零，节能效果非常明显。

(6)安装简单：插入式布置安装，十分方便。

风量测量装置工艺参数[4]见图7。

应用工程某电厂安装位置二次主风管道安装方式水平节流件名称DFAB防堵阵列型测风装置流体名称空气工艺条件气体名称组份粘度μ密度ρB体积%分子量等熵指数空气Air0.01721.292810028.9601.4001名称数值单位名称数值单位名称数值单位最大流量1315000kg/h常用流量1162000kg/h最小流量800000kg/h工作表压5800Pa工作温度337℃密度0.6119kg/m3地区大气压101325Pa管道尺寸6000*5000*5mm流体粘度0.03057mPa·s等熵指数1.3746压缩系数1.00041相对湿度50%管壁绝对粗0.075mm管道材质0.00001338mm/mm℃20#钢糙度K0.075mm线胀系数0.0000175mm/mm℃1Cr18Ni9Ti等效直径D6195mm计算结果刻度流量1500000kg/h刻度差压 P206Pa最大雷诺数2456051常用雷诺数2171389最小雷诺数1494932常用差压 P124Pa压力损失Δω2.06Pa不确定度e±1.00%当量直径5444mm刻度流速V22.6m/s工况截面积A30.144m2流速分布Fv1管道修正系数1.00401前直管段L116.33m后直管段L28.17m建议最短安装长度6195mm结构系数k0.87计算公式M=5.09117*k*A*Fv*(P*ρ)^0.5t/h(注:P≤0时M取0,Fv为可设定参数默认为1)密度公式㊞ρ=ρB*273.15*(P0+P1)/101325/(273.15+t)(㊣P0为当地大气压;P1为表压;t为管道温度)推荐量程400Pa

图7 风量测量装置工艺参数图示

1.3 风量测量装置连接形式

风量测量装置根据安装形式可划分为法兰插入式连接、法兰圆形管道式连接、法兰方形管道式连接。

本工程项目采用法兰插入式连接方式，见图8(a)。

(a)法兰插入式连接

(b)法兰圆形管道式连接

(c)法兰方形管道式连接图8 风量测量装置的三种形式

2 二次风量装置换型改造

2.1 改造前存在的问题

4号机组启机并网后，锅炉二次风总风量测量装置多次因取样管路堵塞发生测量偏差，定期吹扫工作频繁，维护量增大，工作风险也随之加大。针对此问题进行长期分析与研究，同时通过调研得知，大唐吕四港电厂4台600MW机组2009年自改用DFAB矩阵式测风装置后效果非常好。结合它厂经验以及技术人员指导意见最终确定二次风量换型改造方案。

在3号机组停运临修期间，根据调研确定方案对风烟系统两套二次风量装置进行换型改造，将原设计双文丘里测量装置改为DFAB多点矩阵式风量测量装置[5]。

2.2 风量测量装置安装步骤

(1)按照图纸尺寸划好中心线，根据开孔尺寸及安装图在风道顶部相应位置开孔。

(2)分别将各流量测量装置组件插入到风道中，注意安装时气体流向必须和标牌上箭头方向保持一致，切勿装反，顶部的法兰暂时不焊接。

(3)在风道内部将各流量测量装置一次元件和内部加强杆焊接固定，后将顶部法兰与管道焊接。

(4)将汇压母管部分进行装配焊接。

(5)将正(负)引压接头接至变送器正(负)端。

安装示意图见图9。

图9 流量测量装置安装示意图

2.3 安装注意事项

(1)流量测量装置组件必须保持上下垂直。

(2)安装流量测量装置组件时必须和标牌上箭头方向保持一致，切勿装反。

(3)风量测量装置安装位置前后不允许有支撑物存在以免影响取压装置压差采样，导致风量测量不准。

(4)所有取压管部分的焊接要求焊接无气孔、夹渣、管内无焊瘤现象存在。

(5)设备安装后，风量测量装置一次门至差压变送器的引压管应该进行严密性试验，并在连接到变送器前用压缩空气进行吹扫。

2.4 改造后优点

(1)母管改造后与水平位置成300坡度，与改造前双文丘里取样母管水平布置相比，母管积灰的概率大幅降低，通过设备长期运行状况来看，改造后风量测量装置防堵效果非常好。

(2)测风装置的形式与改造前双文丘里测风装置相比也有所改变，改造后为矩阵式防堵测风装置，结构内部有自动清灰摆锤[6]，当有风量介质流过时，摆锤会不断振打将累积灰尘除掉，能更好地解决测风装置堵塞问题，使测量更稳定、精确。

3 风量装置投入运行效果

二次风量装置经过换型改造后，使用前经过长期试验观察，无论在机组升负荷、降负荷还是负荷稳定的工况下二次风量的测量都非常稳定。完全解决了改造前存在的同侧测点偏差大和两侧风量偏差大的问题；也从根本上解决了装置易堵塞问题，提高了设备可靠性。DCS历史趋势图见图10。

图10 不同工况对应二次风量趋势图

4 结语

3号机组采用多点横截面测量装置替换原来双文丘里测风装置后，通过机组不同工况多次试验，测量效果较好，与改造前对比非常明显。同时也将二次风量定期吹扫频率从改造前的1月/次改成目前2月/次,通过长时间运行观察效果非常好，改造后风量装置完全可以解决原测量装置易堵灰现象，确保空预器出口二次风量测量数据准确和可靠。对于具有风速测量相同问题的同类型机组，可借鉴上述案例进行选型、改造和调试。