燃煤鍋爐一體式風(fēng)速測量裝置的實(shí)現(xiàn)及效果

周義剛王 森 周連升王桂林邊 疆

（1國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院 天津 300384 2天津市電力科技發(fā)展有限公司 天津 300384）

引言

風(fēng)粉兩相流體存在于燃煤鍋爐的燃料制備和輸送過程中，需要進(jìn)行連續(xù)不間斷的監(jiān)測，以保證維持正常的流速范圍，不發(fā)生堵塞等影響安全運(yùn)行的問題及各輸送風(fēng)粉管道的風(fēng)速分布不均產(chǎn)生。

目前，在電站鍋爐風(fēng)粉混合物流速的在線和移動測量方法中普遍采用的是將多種型式的靠背管深入到風(fēng)粉管道的中心進(jìn)行測量，雖然型式多樣，但測量原理是一致的，采用多種形式的目的是由于兩相流中含有較高濃度的粉塵或煤粉，測量過程中容易發(fā)生測量端的堵塞，而采用防堵的措施。測量元件出口的全壓和靜壓端的壓力信號通過傳壓管傳遞到現(xiàn)場布置的測量儀器中，通過測量儀器計(jì)算得出各路風(fēng)速和風(fēng)量值。采用現(xiàn)在的測量模式進(jìn)行電站鍋爐風(fēng)速測量，不僅由于現(xiàn)場布置測量設(shè)備和附件管路復(fù)雜，需要較多的工作人員，測量時(shí)間長，而且在測量過程中，極易發(fā)生漏粉的情況，造成環(huán)境污染，對測量人員的健康造成危害。

在流速和流量測量領(lǐng)域，國內(nèi)外都朝著設(shè)備的高集成度和高精度測量、便攜性強(qiáng)、易使用的方向發(fā)展，單一設(shè)備和較少的測量人員即可完成測量工作。該套測量系統(tǒng)就是基于這種理念下進(jìn)行開發(fā)的設(shè)備，主要作用是針對燃煤鍋爐的兩相流風(fēng)速進(jìn)行測量和燃燒調(diào)整，以期達(dá)到優(yōu)化爐內(nèi)動力工況，提高燃燒效率，減輕局部結(jié)焦，減少爐膛熱力型NOx的產(chǎn)生。

專業(yè)測量人員使用一體式兩相流風(fēng)速測量裝置的能將鍋爐各角的風(fēng)量精細(xì)調(diào)整調(diào)整到基本一致的狀態(tài)，使鍋爐燃燒區(qū)域的風(fēng)速和煤粉濃度分布更加合理，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

1 測量設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)

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2 測量原理及裝置組件構(gòu)成

分析軟件通過Com口接收差壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)多址區(qū)分多路終端的數(shù)據(jù)。差壓與風(fēng)速的關(guān)系根據(jù)伯努利方程計(jì)算得出

其中V為風(fēng)速，△P為差壓 (通過傳感器測量得出)，γ0為介質(zhì)密度，K為校核系數(shù)，通過低速環(huán)形風(fēng)洞進(jìn)行標(biāo)定得出）。

測量裝置由殼體、差壓傳感器、電路板、電磁閥、數(shù)據(jù)模塊、鋰電池組、無線傳輸天線、電源開關(guān)、反吹掃按鈕、指示燈等組件構(gòu)成。

3 測量裝置功能

一體化風(fēng)速測量裝置由1個(gè)服務(wù)端設(shè)備和4個(gè)終端測量設(shè)備構(gòu)成。

3.1 終端設(shè)備

終端中采用2種傳感器，一種是用于測量風(fēng)速的微差壓傳感器，另一種為測量介質(zhì)溫度的熱電阻傳感器。測量裝置的基本原理是通過微差壓傳感器檢測壓力信號，根據(jù)差壓信號通過計(jì)算得出風(fēng)速數(shù)據(jù)，同時(shí)輔以熱電阻傳感器實(shí)時(shí)檢測溫度補(bǔ)償風(fēng)速計(jì)算，以提高風(fēng)速測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

微差壓傳感器在測量過程中存在“漂移”現(xiàn)象，因此在電路設(shè)計(jì)中增加自動漂零補(bǔ)償電路來消除傳感器的“漂移”問題。測量終端電路設(shè)計(jì)見圖1

測量終端的射頻發(fā)送板實(shí)現(xiàn)信號的采集、處理、發(fā)送，信號傳輸距離達(dá)到800米。

圖1 測量終端電路設(shè)計(jì)框圖

測量前端工作在兩相流的風(fēng)煤環(huán)境中，長時(shí)間使用會發(fā)生感壓孔的堵塞，影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為此測量裝置在終端內(nèi)設(shè)計(jì)了反吹功能，利用外置氣泵定時(shí)或不定時(shí)吹掃傳壓管，保證測量裝置連續(xù)正常的工作。

3.2 服務(wù)端設(shè)備

服務(wù)端采用便攜式計(jì)算機(jī)和無線串口服務(wù)器組成，用于接收測量終端采集的數(shù)據(jù)并計(jì)算風(fēng)速，風(fēng)量等參數(shù)，控制反吹閥工作，并生成測量報(bào)告。測量、采集、計(jì)算分析、統(tǒng)計(jì)導(dǎo)出見流程圖及界面圖2

圖2 一體式兩相流風(fēng)速測量裝置工作流程及界面圖

3.3 優(yōu)化校準(zhǔn)

一體化風(fēng)速測量裝置組裝完成后，在低速環(huán)形風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，使用L型標(biāo)準(zhǔn)皮托管和HM7750高精度電子微壓計(jì)進(jìn)行多次校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線見圖3通過多次校準(zhǔn)修正系數(shù)，測量裝置測量準(zhǔn)確度達(dá)到現(xiàn)場實(shí)用效果。

圖3 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)曲線

圖4 一體化風(fēng)速測量裝置現(xiàn)場測試應(yīng)用

3.4 應(yīng)用效果

使用該測量裝置在天津軍糧城熱電有限公司亞臨界機(jī)組的燃煤鍋爐進(jìn)行磨煤機(jī)風(fēng)粉管道風(fēng)速調(diào)平的使用。每臺中速磨煤機(jī)布置有四根一次風(fēng)粉管道，便攜式一體化風(fēng)速測量裝置安裝在豎直的直管段上，測量系統(tǒng)的布置及連接見圖4,通過對編號為E的磨煤機(jī)進(jìn)行多次測量和調(diào)整。測量結(jié)果見表1。

表1 E磨煤機(jī)一次風(fēng)速調(diào)平前測量數(shù)據(jù)表

從測量結(jié)果看出，#1粉管的風(fēng)速過低，偏差為-11.12%，#4粉管的風(fēng)速過高，偏差為6.44%，均高于±5%的范圍，經(jīng)過調(diào)整后重新進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表2。

表2 E磨煤機(jī)的一次風(fēng)速調(diào)平后測量數(shù)據(jù)表

從測試結(jié)果可以看出，經(jīng)過調(diào)整后，各粉管的風(fēng)速偏差均在±5%之內(nèi)，滿足風(fēng)速偏差要求。

結(jié)語

實(shí)現(xiàn)了兩相流風(fēng)速測量裝置的便攜式和一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用反吹和信號采集的無線傳輸方式保證了探頭連續(xù)測量和數(shù)據(jù)的自動記錄，比使用普通測速管和電子微壓計(jì)組合有不可比擬的優(yōu)勢，節(jié)省了測量時(shí)間和人員數(shù)量，提高了測量效率，降低了周圍空間環(huán)境的煤塵污染。

通過現(xiàn)場實(shí)際使用，具備了為燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整提供準(zhǔn)確測量、操作簡便、功能設(shè)置齊全的專業(yè)測試設(shè)備。