磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量裝置改造及應(yīng)用

何曙勇，李志堅(jiān)

（神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315612）

磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量裝置改造及應(yīng)用

何曙勇，李志堅(jiān)

（神華國(guó)華浙能發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315612）

為解決因風(fēng)道布置不合理引起的流場(chǎng)紊亂和難以準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)量的問題，對(duì)一次風(fēng)量測(cè)量裝置進(jìn)行改造，將混風(fēng)道測(cè)量裝置由熱導(dǎo)式氣體流量計(jì)改為多點(diǎn)差壓，冷、熱風(fēng)道采用熱導(dǎo)式測(cè)量，取得了較好的效果。

一次風(fēng)速；流量計(jì)；改造；風(fēng)量測(cè)量；磨煤機(jī)

國(guó)華寧海電廠一期工程4×600 MW機(jī)組的鍋爐設(shè)備采用上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)美國(guó)CE公司燃燒技術(shù)生產(chǎn)的SG2028/17.47-M9xx亞臨界壓力控制循環(huán)鍋爐，制粉系統(tǒng)配置6臺(tái)HP-983型中速磨煤機(jī)。自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，磨煤機(jī)一次風(fēng)流量測(cè)量不準(zhǔn)的問題一直困擾著機(jī)組安全運(yùn)行。因測(cè)量偏差較大，影響一次風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)的正常投入，運(yùn)行人員也無(wú)法及時(shí)調(diào)整鍋爐燃燒。在機(jī)組變負(fù)荷過程中，為防止因磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量不足、一次風(fēng)壓力偏低而造成磨煤機(jī)出粉不暢，只能維持高風(fēng)量運(yùn)行，從而影響鍋爐燃燒與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)造成磨煤機(jī)與一次風(fēng)管磨損等問題。為此，電廠一直致力于改造一次風(fēng)量測(cè)量裝置，也考慮了多種方案，但效果均不理想。最終將測(cè)量裝置由混風(fēng)道熱導(dǎo)式氣體流量計(jì)改為多點(diǎn)差壓式和冷、熱風(fēng)道熱導(dǎo)式測(cè)量，解決了風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)問題。

1 風(fēng)量測(cè)量裝置原理

該廠磨煤機(jī)使用的一次風(fēng)量測(cè)量裝置共有2種類型，分別為美國(guó)進(jìn)口的MT86HT型熱擴(kuò)散式氣體流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱熱導(dǎo)式）和國(guó)產(chǎn)的多點(diǎn)差壓式流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱差壓式）。

1.1 熱導(dǎo)式流量計(jì)

熱導(dǎo)式流量計(jì)的測(cè)量原理是基于流體流過發(fā)熱物體時(shí)，發(fā)熱物體的熱量散失量與流體的流量呈一定的比例關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，流量計(jì)的傳感器有2只標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的鉑熱電阻，1只用做熱源，1只用來(lái)測(cè)量流體溫度，流體流過時(shí)，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系，通過儀表可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為表征流量的線性輸出。通過測(cè)量2個(gè)鉑熱電阻之間的溫差△T，可導(dǎo)出溫差和流量的關(guān)系。

這種類型的風(fēng)量測(cè)量裝置有以下特點(diǎn)：

（1）用一種穩(wěn)定性很高的鉑熱電阻傳感器代替體積、溫度、壓力3種傳感器，提高了測(cè)量精度及穩(wěn)定性，在流量計(jì)制造過程中無(wú)需很高的機(jī)加工精度，而此精度在傳統(tǒng)的流量計(jì)制造過程中則十分關(guān)鍵。

（2）有較寬的量程比，可高達(dá)100∶1，遠(yuǎn)高于差壓式（6∶1）、渦流式（10∶1），這點(diǎn)對(duì)于氣體的流量計(jì)量有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

（3）對(duì)氣體潔凈度要求不高，且便于安裝及清潔維護(hù)。

（4）壓力損失小，可忽略不計(jì)，特別適用于遠(yuǎn)距離管道輸送及某些要求管道壓力損失極低的特殊場(chǎng)合。

（5）氣體溫度適用范圍廣，采用溫度自補(bǔ)償設(shè)計(jì)，介質(zhì)溫度可達(dá)400℃。

1.2 多點(diǎn)差壓式流量計(jì)

基于靠背管測(cè)量原理，測(cè)量裝置安裝在管道上，其探頭插入管內(nèi)，當(dāng)管內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí)，迎風(fēng)面受氣流沖擊，在此處氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，因而迎面管內(nèi)壓力較高，其壓力稱為 “全壓”，背風(fēng)側(cè)由于不受氣流沖壓，管內(nèi)的壓力為風(fēng)管內(nèi)的靜壓力，稱其為“靜壓”，全壓和靜壓之差稱為差壓，大小與管內(nèi)風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大，差壓越大。風(fēng)速與差壓的關(guān)系符合伯努利方程，可導(dǎo)出一次風(fēng)量為：

式中：Q為風(fēng)量，kg/s；ΔP為差壓流量計(jì)差壓，Pa；Px為混風(fēng)靜壓，Pa；t為混風(fēng)溫度，℃；S為混風(fēng)道截面積，m2；k為差壓流量計(jì)標(biāo)定系數(shù)。

2 風(fēng)量測(cè)量裝置的改造

機(jī)組原設(shè)計(jì)是在混風(fēng)道內(nèi)安裝熱導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)作為一次風(fēng)測(cè)速元件。在機(jī)組投運(yùn)之初，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中顯示的一次風(fēng)量偏小，當(dāng)調(diào)節(jié)擋板開度增大時(shí)，一次風(fēng)量并不隨之增加，在調(diào)節(jié)擋板的部分開度區(qū)域，風(fēng)量的變化甚至是反向的，給運(yùn)行操作和一次風(fēng)投自動(dòng)造成困難。

表1是浙江省電力試驗(yàn)研究院對(duì)1號(hào)爐5臺(tái)磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量裝置的標(biāo)定結(jié)果，標(biāo)定在磨煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，位置選取在磨煤機(jī)入口一次風(fēng)管。

由表1可以看出，各臺(tái)磨煤機(jī)入口風(fēng)量與實(shí)測(cè)風(fēng)量相差較大，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

經(jīng)過認(rèn)真分析，認(rèn)為導(dǎo)致磨煤機(jī)一次風(fēng)流量測(cè)量不準(zhǔn)的根本原因是磨煤機(jī)冷風(fēng)與熱風(fēng)混合的直管段太短，導(dǎo)致冷熱風(fēng)混合不均勻，流速不穩(wěn)，測(cè)量偏差太大。為此，根據(jù)設(shè)備廠家的圖紙，先后在1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)的磨煤機(jī)一次風(fēng)管道上安裝了導(dǎo)流板，目的是增強(qiáng)冷熱風(fēng)的混合，使測(cè)量元件處的溫度混合均勻，但改造效果不佳，未能根本解決測(cè)量不準(zhǔn)問題。

表1 一次風(fēng)量測(cè)量裝置標(biāo)定結(jié)果t/h

而后在3號(hào)機(jī)大修時(shí)，再次對(duì)磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量裝置進(jìn)行改造，將B，D，E，F(xiàn)磨的混風(fēng)道熱導(dǎo)式流量計(jì)移至熱一次風(fēng)道上。在A，C，F(xiàn)磨煤機(jī)上各加裝1套差壓式多點(diǎn)防堵風(fēng)量測(cè)量裝置，測(cè)點(diǎn)安裝在磨煤機(jī)入口處的混合風(fēng)管道上。多點(diǎn)式風(fēng)量測(cè)量裝置的差壓變送器信號(hào)送至DCS，用于觀察判斷混合風(fēng)量，不參與自動(dòng)調(diào)節(jié)。風(fēng)量自動(dòng)仍采用原來(lái)熱導(dǎo)式裝置的信號(hào)。

改造后對(duì)3號(hào)機(jī)作能耗診斷試驗(yàn)，磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量熱態(tài)測(cè)量結(jié)果見表2。

流量系數(shù)為實(shí)測(cè)流量與DCS表盤流量的比值，可表征在線流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性。由表2可見，B，C，D，E磨煤機(jī)的流量系數(shù)在0.92～1.0，即表盤流量比實(shí)測(cè)流量略大。而A，F(xiàn)磨煤機(jī)的流量系數(shù)明顯偏小，表盤流量偏離實(shí)測(cè)值較遠(yuǎn)，原因可能是A，F(xiàn)磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有所不同。兩種流量計(jì)實(shí)測(cè)流量系數(shù)比較見表3。

表3 兩種流量計(jì)實(shí)測(cè)流量系數(shù)比較

由此可見，磨煤機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行工況時(shí)，熱導(dǎo)式熱量計(jì)的平均流量系數(shù)為0．95，其測(cè)量精度明顯高于差壓式流量計(jì)。

在磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量過程中，對(duì)差壓式流量計(jì)與熱導(dǎo)式流量計(jì)的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖1所示。

圖1 F磨煤機(jī)熱導(dǎo)/差壓式流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性

對(duì)同時(shí)安裝了差壓式與熱導(dǎo)式流量計(jì)的F磨進(jìn)行變擋板試驗(yàn)，在3個(gè)小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)，機(jī)組負(fù)荷和給煤量保持不變，冷熱一次風(fēng)門共發(fā)生3次變化。時(shí)間段1，冷風(fēng)擋板不變，熱風(fēng)門關(guān)小，此時(shí)差壓式流量隨熱風(fēng)門的開度減小而減小，并在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；而熱導(dǎo)式流量隨熱風(fēng)門關(guān)小也相應(yīng)減小，但存在明顯的過調(diào)現(xiàn)象，經(jīng)過15～20 min之后才回復(fù)并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。時(shí)間段2，冷熱風(fēng)門同時(shí)關(guān)小，此時(shí)差壓式流量和熱導(dǎo)式流量均減小，但差壓式流量穩(wěn)定速度更快。時(shí)間段3的情況與時(shí)間段2類似。

圖2為安裝熱導(dǎo)式流量計(jì)的B磨煤機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一個(gè)多小時(shí)的DCS記錄數(shù)據(jù)，測(cè)試期間機(jī)組負(fù)荷保持不變，給煤量恒定。在22∶05時(shí)，冷熱風(fēng)門同時(shí)開大，其中熱風(fēng)門開至50%后保持不變，而冷風(fēng)門迅速開至50%穩(wěn)定2 min后，再次開大至90%，稍穩(wěn)定后關(guān)小到65%左右。期間，熱導(dǎo)式流量計(jì)的測(cè)量值隨著冷熱風(fēng)門開度的變化，呈先增后降并再次上升的態(tài)勢(shì)，其變化趨勢(shì)明顯與實(shí)際不符。當(dāng)熱風(fēng)門開度穩(wěn)定、冷風(fēng)門再次開大時(shí)，實(shí)際風(fēng)量增大，熱導(dǎo)式流量計(jì)的測(cè)量值反而下降；而當(dāng)冷風(fēng)門關(guān)小、實(shí)際風(fēng)量減小時(shí)，熱導(dǎo)式流量計(jì)的測(cè)量值不降反升，其動(dòng)態(tài)特性存在明顯問題。

圖2 B磨煤機(jī)熱導(dǎo)式流量計(jì)動(dòng)態(tài)特性

圖1和圖2說(shuō)明，在磨煤機(jī)變工況期間，差壓式流量計(jì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較好，而熱導(dǎo)式流量計(jì)的動(dòng)態(tài)特性差、響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定周期長(zhǎng)，存在著明顯的超調(diào)、過調(diào)現(xiàn)象。而且，當(dāng)風(fēng)門擋板快速頻繁變化時(shí)，熱導(dǎo)式流量計(jì)的定性變化規(guī)律甚至與實(shí)際情況相反。熱導(dǎo)式流量計(jì)的這種特性將嚴(yán)重影響一次風(fēng)量的自動(dòng)控制品質(zhì)，甚至誤導(dǎo)運(yùn)行人員，影響制粉系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

通過磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量熱態(tài)測(cè)量試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：

（1）表盤一次風(fēng)量普遍比實(shí)測(cè)一次風(fēng)量略大。受風(fēng)道布置結(jié)構(gòu)影響，磨煤機(jī)A和F的表盤風(fēng)量與實(shí)測(cè)風(fēng)量相差較大，且不同工況下流量系數(shù)一致性較差。

表2 磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)量系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

（2）各臺(tái)磨煤機(jī)混合風(fēng)道的速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)非常不均勻，冷熱風(fēng)分層現(xiàn)象明顯，客觀上造成一次風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)。

（3）熱導(dǎo)式流量計(jì)穩(wěn)態(tài)下測(cè)量精度較高，但動(dòng)態(tài)特性差，穩(wěn)定速度慢，存在明顯的超調(diào)、過調(diào)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響一次風(fēng)量控制品質(zhì)。

2008年6月，在3號(hào)機(jī)小修時(shí)再次對(duì)磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行改造，在B，D，E，F(xiàn)磨煤機(jī)的冷風(fēng)風(fēng)道上各增加一套熱導(dǎo)式測(cè)風(fēng)裝置，混合風(fēng)量為熱一次風(fēng)量和冷一次風(fēng)量之和，并在其后的磨煤機(jī)一次風(fēng)量標(biāo)定中對(duì)準(zhǔn)確性進(jìn)行了測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果表明，按照這種方式測(cè)量的風(fēng)量較準(zhǔn)確，測(cè)量響應(yīng)速度較快，并解決了調(diào)節(jié)過程中熱導(dǎo)式流量計(jì)的測(cè)量值反向變化問題。

目前，1、2號(hào)爐的所有磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量裝置均改為多點(diǎn)差壓式流量計(jì)，3號(hào)爐根據(jù)不同的風(fēng)道類型，分別采用了熱導(dǎo)式和多點(diǎn)差壓式流量計(jì)，具體布置位置見表4。4號(hào)爐將熱導(dǎo)式流量計(jì)從混風(fēng)管道移至熱風(fēng)管道，通過流量換算公式轉(zhuǎn)換為混風(fēng)流量，一次風(fēng)量還存在測(cè)量不準(zhǔn)問題，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

表4 3號(hào)爐磨煤機(jī)一次風(fēng)測(cè)量裝置布置

3 結(jié)論

從差壓式流量計(jì)與熱導(dǎo)式流量計(jì)的對(duì)比看,熱導(dǎo)式流量計(jì)對(duì)風(fēng)量反應(yīng)靈敏，能感應(yīng)到風(fēng)量的微小變化，反應(yīng)速度快，符合自動(dòng)投入的要求。但安裝在混風(fēng)風(fēng)道時(shí)，易受混風(fēng)溫度不均勻的影響而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。

差壓式流量計(jì)的測(cè)量主要取決于風(fēng)壓變化。當(dāng)風(fēng)量微小變化時(shí)，由于風(fēng)壓變化很小，差壓式流量計(jì)就不如熱導(dǎo)式流量計(jì)靈敏，但因?yàn)椴皇軠囟茸兓挠绊?，因此更適合在混風(fēng)風(fēng)道中應(yīng)用。

1、2、3號(hào)爐的磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量裝置經(jīng)改造后，測(cè)量準(zhǔn)確性明顯提高，冷熱風(fēng)門的開度變化均能正確反映到風(fēng)量上，反應(yīng)速度也較快。從自動(dòng)擾動(dòng)試驗(yàn)來(lái)看，已完全能夠正常投入風(fēng)門自動(dòng)。一次風(fēng)量測(cè)量裝置的改造也改善了制粉系統(tǒng)和燃燒器噴口的磨損情況，減少了制粉系統(tǒng)的檢修次數(shù)，對(duì)電廠的節(jié)能減排具有重要意義。

[1] 譚杰．磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)改造[J]．華電技術(shù)，2008（2）∶61－63．

（本文編輯：龔 皓）

Improvement and Application of Primary Air Flow Meter

HE Shu-yong，LI Zhi-jian
（Shenhua Guohua Zheneng Power Generation Co.，Ltd，Ningbo Zhejiang 315612，China）

Improvement of primary air flow meter is performed in order to solve the problem of flow field disorder and the difficulty in air flow measurement caused by unreasonable layout of air duct.Multipoint differential pressure flow meter is used for mixed air duct instead of thermal conduction flow meter and thermal conduction flow meter for cold and hotair ducts.And desired effectis achieved.

primary air；flow meter；improvement；air flow measurement；coal mill

TK223.25

：B

：1007-1881（2010）10-0043-04

2010-02-05

何曙勇（1975-），男，浙江寧波人，工程師，從事發(fā)電廠集控運(yùn)行工作。