风量测量位置及选型

沁北电厂一期工程测风装置主要安装在磨煤机入口一次风风量(6套)，二次风热风道支管风量(12套)燃尽风支管风量(4套)每套测风装置包括：GDWZL-50AF型插入式多喉径风量测量装置及所有安装附件(阀门管件等)。
但在机组试运中测量信号不能正确反映风量的变化，甚至连风量的变化趋势都不能争取反映，通过分析认为，插入式多喉径测风装置主要是通过测平均流速来测量风量的变化，此种装置对要求有一定的直管段，且风场相对稳定。但沁北的二次风管道，直管段相对较短，距离测风装置安装位置仅1米处就是弯头，再加上风道内有加强筋等使得二次风管道内的风场相对比较紊乱，磨煤机一次风管道更是恶劣，直管段也仅一米多，且热一次风和冷一次风垂直接入。
电站锅炉风量测量装置有风道型文丘里/机翼/笛型管/威力巴(超力巴、阿牛巴)/多喉径文丘里等,理论和实践证明,通风量与测风装置提供的压差满足以下公式：Q=K*(PH)1/2
其中Q---通过测风装置所在截面的风量kg/S
P---气流速度kg/m3
H---测风装置提供的压差Pa
f(dP)=1.44261-1.25917dP+4.3629dP2-7.67466dP3+6.67339dP4-2.26755dP5
四、对风量测量装置的布置及选型的几点看法
1、风量是锅炉机组最主要的参数之一，随着机组容量的增大，采用直吹式燃烧方式的比例增加，锅炉通风量准确测量和控制显得更为主要。因此在系统设计时和设备选型时，热工测量装置的设计和热机风道设计要密切配合，风道的布置以及测量装置的布置要有统一的规则，为风量测量装置留有足够的空间。
k---测风装置的流量系数
当测风装置在稳定流场中时,上式中的流量系数为常数，通过测风装置所在截面积的流量与测风装置提供的压差的平方根呈线性关系，风量测量系统就是根据这一线性关系，并通过测风装置提供的压差来换算出实际风量，锅炉通风量测量所使用的测风元件为非标元件，使用前需经过规范化的标定，确定其流量系数。
根据理论，风量测量装置的流量信号，当测风装置在稳定流场中时,上式中的流量系数为常数，通过测风装置所在截面积的流量与测风装置提供的压差的平方根呈线性关系，风量测量系统就是根据这一线性关系，并通过测风装置提供的压差来换算出实际风量，锅炉通风量测量所使用的测风元件为非标元件，使用前需经过规范化的标定，确定其流量系数，这就是所谓的现场标定，但风场的稳定却与管道的布置有着密不可分的关系，这就要求测风装置的上游一定要有足够的直管段，风通过直管段而风场趋于相对的稳定，如果不考虑直管段还要要求测风装置准确反映风量的变化是不可能实现的，这就是目前风量测量所存在的误区，往往在分析风量测量不准的情况时，不能追其根源。
DCS系统的简化计算公式
(流量单位采用：标准体积流量20C101.325kPa)
Qb=Kb*f(dP)*SQRT(dP*((Ph+Pg)/(273.15+t))Nm3/h
式中：t——实测流体温度C
dP——实测差压kPa
Pg——实测流体表压kPa
双文丘里(插入式多喉径)体积小，安装方便，不会造成压力损失，能提供很强的流量信号，但对流场的稳定性要求较高，一旦流场不稳，提供的流量信号就不稳定。
巴式(威力巴、超力巴、阿牛巴)结构简单，安装方便，测量范围是贯穿风道的一条线，对其线上的测点取平均值，风场压力损失较小。
二、造成测风装置线性失真的原因
随着控制技术的进步，电站锅炉的负荷、燃料量及配风量已经实现了在线检测及协调控制，但在目前仍有大部分机组因管道或测风装置选型和配置不合理，而使通风量不能难以准确测量，导致锅炉负荷。风量、燃料量无法投入自动，造成燃烧不稳，烟气流畅不均匀，锅炉效率下降，以及磨煤机通风量不足造成堵塞等。
一、锅炉测风装置的基本形式及特点
另外，根据我厂风系统风道实际安装尺寸、安装位置，同时综合其他电厂同类型机组上述设备使用情况等综合因素考虑，经慎重考虑，建议对#1、#2锅炉二次风量测量装置进行如下变更：即在送风机出口或空预器出口合适的直管段上加装风量测量装置，而目前二次风箱上的测量装置经过调试作为监视信号使用。为使改进候的测量装置能够正确反映风场的变化情况，结合实际具体采取措施如下：
2、测风装置必须布置在足够长的直管段上。所谓不需直管段的测风装置是不存在的，可想而知在一个相对紊乱的风场条件下，任何测量装置都不可能准确的反映出其变化趋势。若其上游必须设置调风门，测风装置与调风门的距离应满足：
L/D≥3.5
其中：L－测风装置与风门的距离
D－风道内径
风门挡板尺寸(垂直于风门轴向)也是造成测风装置线性失真的原因之一。挡板尺寸越大，风门造成的漩涡就越大，漩涡影响的范围越大，流场恢复稳定需要的距离就越长。
位于测风装置下游的风门对测风装置的特性造成的影响相对较小。
三、北电厂测风装置的选型及配置
3.1沁北风量测量装置布置及短、形状各异，流体阻力系数各不相同。而各分支管道的总流阻相同，所以流量分配是不均匀的。由于管道形状也不完全相同，所以在分支管道上测得的流量之和与实际的总流量之比，相对误差较大是不可避免的，需要采取修正的办法来提高测量精度。
b.由于工况体积流量受温度、压力变化的影响较大，在温度、压力变化不可忽略的工况条件下，是不宜采用工况体积流量做计量单位的。以前的设计都是按照工况体积流量单位进行的，若换算不正确会给流量测量带来不可接受的误差，所以直接采用标准体积流量单位计算流量，并据此建立精确的DCS简化计算公式，保证热态和冷态的计量准确可靠。
例如：宁夏大坝电厂使用的双文丘里距热风门3.5米，用热风门调节风量时双文丘里的流量系数偏差为14％；华能岳阳电厂总风门距文丘里仅为2.7米左右，用总风门调节风量时文丘里流量系数偏差约34％左右，热风门距文丘里4.6米左右，用热风门调节风量时，文丘里流量系数偏差约14％左右；热风门、总风门全开，风箱压力变化时，文丘里流量系数偏差仅4.1％左右。
c.流量测量装置的取压系统应作严格的检查维护，保证无接错、无泄漏、无堵塞，变送器要定期校验，保持准确稳定。DCS简化计算公式要按标准体积流量单位的公式修改，确认无误后再运行标定。
d.采用西北电力设计院的意见，在总风道上增加一套流量测量装置，用于总风量的测量。由于总风道尺寸较大，风速小，流场速度分布各不相同，不宜采用单点测量，必须采用多点测量取平均值。本方案采用两支(对插式)超利巴CLBⅡ型流量测量装置，其优点是：测量点多，平均值更具代表性，准确性高，现场适应能力强。因总风管直管前弯头不规则，导致总风管测量段内流场分布不对称，仅在总风管测量点对称面上插一支，测量仍会产生偏差，必须采取分块多支测量方法才能妥善解决问题。经多个设计方案比较后，选择如图所示设计方案作为改造实施方案。将总管划分为四个矩形块，在每两个对应矩形块截面的平分线上安装一支完全贯穿风道截面的(双头对插式)超利巴CLBⅡ型流量测量装置。两支超利巴CLBⅡ型流量测量装置的总压和静压取压管并联连接在一起，构成一套组合式流量测量装置。每支有8个测点，共32个测点，可将整个截面的风速平均值准确测取出来。因超利巴CLBⅡ流量测量管太长，其尾端必须有支撑点，所以在大风管的内部需加装一个专用支架。为避免干扰，支架应放在测量面后端，支承还应具有伸缩补偿性能。
B－风门挡板的宽度(垂直于挡板轴线方向的)
4、测风装置后的调节风门对测风装置不产生明显的影响，如果可能尽量将调节风门布置在测风装置的下游。
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运行实践证明，目前常用的几种风量测量装置的测量精度都能满足锅炉通风量及控制要求，但因锅炉机组结构复杂，测风装置的布置往往受到限制，此外由于风量测量系统和风道布置在设计院属于两个专业，造成设计上的脱节，从而导致重大缺陷。实际测量数据表明，测风装置的流量特性主要受测风装置上游的风门变化的影响，风门是调节风量的主要手段，风门下游总要形成涡流，当风门变化时，风门造成的涡流强度及漩涡在风道中的分布也相应发生变化，当测风装置与风门间的距离过小时，测风装置所处的流畅就会紊乱，所测的流量信号就会失真。位于测风装置下游的风门对测风装置的特性造成的影响相对较小。
3.2设计改进
3.2.1一次风测量系统改进
因磨煤机入口一次风测量条件差(流畅紊乱)原设计的测量装置(插入式多喉径文丘利)无法实现准确测量。修改方案如下：每台磨煤机采用三只超力巴Ⅱ型流量装置，均匀间距插入风道，切全压、静压口并接，输出差压平均值，DCS计算得到的流量值，测量范围0-110000Nm3/h，差压输出：0-2.4kPa.
3、测风装置前面直管段有限时，应尽可能减少风门的数量。一般情况下一次风道可省去总风门，直接用冷热风门调温调风，每个调节门必须要有4个或4个以上的挡板，以便减小风门后的漩涡尺寸，测风装置与其上游调节风门间的距离及风门挡板的宽度应满足下面的关系。
L/B≥14
其中:L－测风装置与调节风门间的距离
3.2.2总风量系统改进
我厂#1、#2锅炉二次风箱流量测量装置采用GDWZL-50AF型插入式多喉径风量测量装置，自机组168试运至今二次风箱流量测量装置基本处于不可用状态，主要现象为无差压、实际流量增加差压减小等，造成累加后的总风量不准，导致送风自动无法投入、锅炉MFT风量低保护无法投入等缺陷。
风道型文丘里结构简单、安装方便、输出的流量信号稳定可靠，但因其本体较长，需占用较大的空间，在大型风道中布置比较困难。
机翼型测风装置相对较短，测压空多，机构复杂，在大型风道中布置较为合适，但会引起风量的压力损失。
笛型测风装置结构简单，不会造成压力损失，但提供的流量信号较弱，风量的微小变化不易显示出来。
Ph——当地平均大气压kPa
PA=Ph+Pg)——绝对压力kPa
Kb——仪表系数
f(dP)——流量校准函数
Kb及f(dP)选项如下：
050723Kb=1401045.2
f(dP)=1.41287-0.81795dP+2.06471dP2-2.3049dP3+0.94491dP4