循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量公式選擇及應(yīng)用

孟洛偉

(宜昌東陽(yáng)光火力發(fā)電有限公司，宜昌 443300)

0 引 言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是目前迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高效、清潔燃燒技術(shù)。在近十多年來(lái)在我國(guó)得到快速發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量在線測(cè)量裝置比較多，而且風(fēng)量裝置對(duì)鍋爐安全運(yùn)行關(guān)系重大，風(fēng)量準(zhǔn)確性尤為重要。由于風(fēng)量裝置廠家對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行工藝了解的欠缺，提供的風(fēng)量公式與現(xiàn)場(chǎng)需求存在一定的偏差，這就為風(fēng)量測(cè)量、風(fēng)量標(biāo)定造成了一定困難，不能有效的指導(dǎo)運(yùn)行調(diào)整及故障處理。風(fēng)量測(cè)量公式的規(guī)范化及合理選擇對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行調(diào)整、節(jié)能降耗、故障處理非常關(guān)鍵。我們通過(guò)風(fēng)量測(cè)速公式的推導(dǎo)結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)對(duì)風(fēng)量公式的選擇及應(yīng)用提出建議。

1 循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)系統(tǒng)測(cè)量的情況

以300 MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐為例，風(fēng)系統(tǒng)主要包括一次風(fēng)系統(tǒng)、二次風(fēng)系統(tǒng)、高壓流化風(fēng)系統(tǒng)、播煤風(fēng)系統(tǒng)，還有外置床流化風(fēng)、風(fēng)水聯(lián)合冷渣器流化風(fēng)、給煤機(jī)密封風(fēng)、火焰檢測(cè)吹掃風(fēng)、排灰錐形閥冷卻風(fēng)等輔助用風(fēng)。其中一次風(fēng)系統(tǒng)、二次風(fēng)系統(tǒng)、高壓流化風(fēng)系統(tǒng)、播煤風(fēng)系統(tǒng)需要準(zhǔn)確測(cè)量以利于組織燃燒調(diào)整、故障判斷。

一次風(fēng)分左右兩路進(jìn)風(fēng)，各設(shè)置1臺(tái)風(fēng)量計(jì)，共2臺(tái)；二次風(fēng)分左右兩路進(jìn)風(fēng)，左右兩路再分為兩層，一般在左右兩路總管各設(shè)置1臺(tái)風(fēng)量計(jì)，左右上下兩層支管各設(shè)置1臺(tái)風(fēng)量計(jì)，二次風(fēng)系統(tǒng)共6臺(tái)風(fēng)量計(jì)；高壓流化風(fēng)供給回料器用風(fēng)，每個(gè)回料器需測(cè)量的風(fēng)量有3個(gè)左右，回料器3～4個(gè)，風(fēng)量計(jì)共計(jì)12臺(tái)左右。播煤風(fēng)供給落煤管，按8根落煤管計(jì)算，每根落煤管一般布置3層播煤風(fēng)，共計(jì)24臺(tái)風(fēng)量計(jì)，故一臺(tái)300 MW等級(jí)循環(huán)流化床鍋爐裝有50臺(tái)左右風(fēng)量計(jì)。尚未考慮擁有外置床、風(fēng)水聯(lián)合冷渣器用風(fēng)的循環(huán)流化床鍋爐爐型，這些部位至少再布置24臺(tái)風(fēng)量計(jì)。

2 常見(jiàn)風(fēng)量公式存在的問(wèn)題

常見(jiàn)的風(fēng)量公式主要有以下幾個(gè)公式：

(1)某300 MW循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量裝置說(shuō)明書風(fēng)量計(jì)算公式及DCS組態(tài)風(fēng)量公式為：

(1)

式中，K為修正系數(shù)；t為實(shí)測(cè)風(fēng)溫；t0為鍋爐設(shè)計(jì)風(fēng)溫264 ℃；p為實(shí)測(cè)風(fēng)壓；p0為設(shè)計(jì)風(fēng)壓14.465 kPa；Δp為風(fēng)量計(jì)測(cè)量差壓。該公式將風(fēng)量修正至設(shè)計(jì)工況狀態(tài)，而不是修正到標(biāo)準(zhǔn)狀況。

(2)某200 MW循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量裝置說(shuō)明書風(fēng)量計(jì)算公式及DCS組態(tài)風(fēng)量公式為：

(2)

公中，K為修正系數(shù)；Δp為風(fēng)量計(jì)測(cè)量差壓。該公式未對(duì)風(fēng)量在溫度、壓力變化時(shí)提供有效修正。

(3)某135 MW循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)量裝置說(shuō)明書風(fēng)量計(jì)算公式及DCS組態(tài)風(fēng)量公式為：

(3)

式中，K為修正系數(shù)；Δp為風(fēng)量計(jì)測(cè)量差壓；t為實(shí)測(cè)風(fēng)溫。該公式未對(duì)風(fēng)量在壓力變化時(shí)提供有效的修正。

(4)鍋爐設(shè)計(jì)指導(dǎo)風(fēng)量均折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況，所以風(fēng)量折算標(biāo)準(zhǔn)狀況下，對(duì)鍋爐運(yùn)行才具有重要意義。以上公式均存在一定的瑕疵，風(fēng)量偏差較大，不能指導(dǎo)鍋爐進(jìn)行優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)調(diào)整。同時(shí)冷態(tài)試驗(yàn)時(shí)，所得參數(shù)偏差太大，對(duì)鍋爐運(yùn)行指導(dǎo)意義不大，甚至造成誤導(dǎo)，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行中廠用電率高、磨損嚴(yán)重、鍋爐結(jié)焦、飛灰、底渣可燃物高等異常與故障。山西某電廠試運(yùn)初期，出現(xiàn)冷態(tài)試驗(yàn)正常，運(yùn)行中多次鍋爐結(jié)焦的事故，最終確認(rèn)風(fēng)量計(jì)公式為修正，熱態(tài)時(shí)風(fēng)量顯示過(guò)大，50%負(fù)荷時(shí)超出鍋爐運(yùn)行規(guī)程允許的最大風(fēng)量，運(yùn)行人員不敢調(diào)節(jié)而導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦?？梢?jiàn)風(fēng)量計(jì)的準(zhǔn)確性是鍋爐運(yùn)行的調(diào)整基礎(chǔ)性依據(jù)。

3 鍋爐標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量公式的推導(dǎo)

利用伯努利方程：

(4)

得出：

(5)

公式(4)、(5)中，υ為風(fēng)速；ρ空氣密度；Δp動(dòng)壓。

不同溫度、壓力下空氣密度為：

(6)

式中，ρ空氣密度；p為空氣壓力；t空氣溫度。

由公式(5)、(6)推導(dǎo)出：

(7)

流量公式為:

Q=υ×S

(8)

式中，υ為流速；S為管道截面積。

(9)

根據(jù)理想理想氣體公式：

(10)

將實(shí)際流量折算至標(biāo)準(zhǔn)狀況下，即溫度為0 ℃(273.15 K)和壓強(qiáng)為101.325 kPa(1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，760 mmHg)的情況。從而推導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣流量公式：

(11)

即標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)量公式。式中S為風(fēng)道截面積；p為實(shí)測(cè)風(fēng)壓；t為實(shí)測(cè)風(fēng)溫。

4 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量公式的選擇及應(yīng)用

4.1 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量公式在風(fēng)量測(cè)量裝置及風(fēng)量標(biāo)定中的應(yīng)用

公式：

(11)

在工程實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)風(fēng)量測(cè)量裝置特性與標(biāo)定設(shè)備如皮托管的修正系數(shù)加入修正系數(shù)。

即：

(12)

式中，ξ為皮托管修正系數(shù)或風(fēng)量測(cè)量裝置性能系數(shù)。整體修正系數(shù)K=ξ×7350.13×S?？梢?jiàn)修正系數(shù)與風(fēng)道截面面積、風(fēng)量測(cè)量裝置性能系數(shù)有關(guān)。在使用皮托管標(biāo)定風(fēng)量測(cè)量裝置時(shí)，即標(biāo)定其ξ。如皮托管修正系數(shù)為ξ0。則K0=ξ0×7 350.13×S，風(fēng)量測(cè)量裝置系數(shù)為ξ1，則K1=ξ1×7 350.13×S，即：

(13)

4.2 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量公式在一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)量測(cè)量中選擇及應(yīng)用

在循環(huán)流化床鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況中，一次風(fēng)、二次風(fēng)從冷態(tài)啟動(dòng)至額定負(fù)荷過(guò)程中，風(fēng)溫變化從環(huán)境溫度升至260 ℃左右，溫度變化達(dá)二百多攝氏度，風(fēng)壓變化從正常大氣壓變化至大于10 kPa，壓力變化十多千帕。所以溫度、壓力修正對(duì)一次風(fēng)、二次風(fēng)測(cè)量與實(shí)際運(yùn)行工況調(diào)整至關(guān)重要。故一、二次風(fēng)量公式應(yīng)選用：

(14)

4.3 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量公式在高流風(fēng)風(fēng)量測(cè)量中選擇及應(yīng)用

高壓流化風(fēng)在啟動(dòng)后，壓力波動(dòng)較小一般在40～50 kPa之間，溫度變化較小一般在90～110 ℃之間，正常運(yùn)行中不作調(diào)節(jié)，我們可以直接設(shè)置運(yùn)行工況參數(shù)將其修正至標(biāo)準(zhǔn)狀況。比如風(fēng)壓選45 kPa，風(fēng)溫選100 ℃，從而簡(jiǎn)化風(fēng)量公式如下：

(15)

4.4 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量公式在播煤風(fēng)風(fēng)量測(cè)量中選擇及應(yīng)用

播煤風(fēng)取至熱一次風(fēng)，在鍋爐投煤時(shí)啟用至鍋爐停運(yùn)，正常運(yùn)行中不作調(diào)節(jié)，在鍋爐投煤至穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)溫隨熱一次風(fēng)溫變化，變化范圍接近熱一次風(fēng)溫度變化范圍，而風(fēng)壓從投運(yùn)至正常運(yùn)行，變化幅度較小一般為10～13 kPa，我們可以設(shè)置運(yùn)行工況風(fēng)壓為設(shè)計(jì)工況值12 kPa，風(fēng)溫必須修正。從而簡(jiǎn)化風(fēng)量公式如下：

(16)

5 結(jié)束語(yǔ)

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，對(duì)風(fēng)量的準(zhǔn)確測(cè)量、控制至關(guān)重要。按照實(shí)際運(yùn)行的需求，將風(fēng)量折至標(biāo)準(zhǔn)狀況下，從而對(duì)鍋爐運(yùn)行的指導(dǎo)、設(shè)備故障的分析起到重要的作用。將風(fēng)量的公式進(jìn)行統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行選擇，解決因風(fēng)量公式引起的測(cè)量、標(biāo)定過(guò)程中存在的問(wèn)題。