磨煤机一次风量测量装置改造及应用

何曙勇，李志坚

（神华国华浙能发电有限公司，浙江 宁波 315612）

磨煤机一次风量测量装置改造及应用

何曙勇，李志坚

（神华国华浙能发电有限公司，浙江 宁波 315612）

为解决因风道布置不合理引起的流场紊乱和难以准确测量风量的问题，对一次风量测量装置进行改造，将混风道测量装置由热导式气体流量计改为多点差压，冷、热风道采用热导式测量，取得了较好的效果。

一次风速；流量计；改造；风量测量；磨煤机

国华宁海电厂一期工程4×600 MW机组的锅炉设备采用上海锅炉厂有限公司引进美国CE公司燃烧技术生产的SG2028/17.47-M9xx亚临界压力控制循环锅炉，制粉系统配置6台HP-983型中速磨煤机。自机组投产以来，磨煤机一次风流量测量不准的问题一直困扰着机组安全运行。因测量偏差较大，影响一次风量自动调节的正常投入，运行人员也无法及时调整锅炉燃烧。在机组变负荷过程中，为防止因磨煤机入口一次风量不足、一次风压力偏低而造成磨煤机出粉不畅，只能维持高风量运行，从而影响锅炉燃烧与运行的经济性，同时造成磨煤机与一次风管磨损等问题。为此，电厂一直致力于改造一次风量测量装置，也考虑了多种方案，但效果均不理想。最终将测量装置由混风道热导式气体流量计改为多点差压式和冷、热风道热导式测量，解决了风量测量不准问题。

1 风量测量装置原理

该厂磨煤机使用的一次风量测量装置共有2种类型，分别为美国进口的MT86HT型热扩散式气体流量计（以下简称热导式）和国产的多点差压式流量计（以下简称差压式）。

1.1 热导式流量计

热导式流量计的测量原理是基于流体流过发热物体时，发热物体的热量散失量与流体的流量呈一定的比例关系。具体来说，流量计的传感器有2只标准级的铂热电阻，1只用做热源，1只用来测量流体温度，流体流过时，两者之间的温度差与流量的大小成非线性关系，通过仪表可以把这种关系转换为表征流量的线性输出。通过测量2个铂热电阻之间的温差△T，可导出温差和流量的关系。

这种类型的风量测量装置有以下特点：

（1）用一种稳定性很高的铂热电阻传感器代替体积、温度、压力3种传感器，提高了测量精度及稳定性，在流量计制造过程中无需很高的机加工精度，而此精度在传统的流量计制造过程中则十分关键。

（2）有较宽的量程比，可高达100∶1，远高于差压式（6∶1）、涡流式（10∶1），这点对于气体的流量计量有着无可比拟的优势。

（3）对气体洁净度要求不高，且便于安装及清洁维护。

（4）压力损失小，可忽略不计，特别适用于远距离管道输送及某些要求管道压力损失极低的特殊场合。

（5）气体温度适用范围广，采用温度自补偿设计，介质温度可达400℃。

1.2 多点差压式流量计

基于靠背管测量原理，测量装置安装在管道上，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面管内压力较高，其压力称为 “全压”，背风侧由于不受气流冲压，管内的压力为风管内的静压力，称其为“静压”，全压和静压之差称为差压，大小与管内风速有关，风速越大，差压越大。风速与差压的关系符合伯努利方程，可导出一次风量为：

式中：Q为风量，kg/s；ΔP为差压流量计差压，Pa；Px为混风静压，Pa；t为混风温度，℃；S为混风道截面积，m2；k为差压流量计标定系数。

2 风量测量装置的改造

机组原设计是在混风道内安装热导式质量流量计作为一次风测速元件。在机组投运之初，发现运行中显示的一次风量偏小，当调节挡板开度增大时，一次风量并不随之增加，在调节挡板的部分开度区域，风量的变化甚至是反向的，给运行操作和一次风投自动造成困难。

表1是浙江省电力试验研究院对1号炉5台磨煤机一次风量测量装置的标定结果，标定在磨煤机运行状态下进行，位置选取在磨煤机入口一次风管。

由表1可以看出，各台磨煤机入口风量与实测风量相差较大，不能满足现场要求。

经过认真分析，认为导致磨煤机一次风流量测量不准的根本原因是磨煤机冷风与热风混合的直管段太短，导致冷热风混合不均匀，流速不稳，测量偏差太大。为此，根据设备厂家的图纸，先后在1号机和2号机的磨煤机一次风管道上安装了导流板，目的是增强冷热风的混合，使测量元件处的温度混合均匀，但改造效果不佳，未能根本解决测量不准问题。

表1 一次风量测量装置标定结果t/h

而后在3号机大修时，再次对磨煤机一次风量测量装置进行改造，将B，D，E，F磨的混风道热导式流量计移至热一次风道上。在A，C，F磨煤机上各加装1套差压式多点防堵风量测量装置，测点安装在磨煤机入口处的混合风管道上。多点式风量测量装置的差压变送器信号送至DCS，用于观察判断混合风量，不参与自动调节。风量自动仍采用原来热导式装置的信号。

改造后对3号机作能耗诊断试验，磨煤机进口一次风量热态测量结果见表2。

流量系数为实测流量与DCS表盘流量的比值，可表征在线流量计的测量准确性。由表2可见，B，C，D，E磨煤机的流量系数在0.92～1.0，即表盘流量比实测流量略大。而A，F磨煤机的流量系数明显偏小，表盘流量偏离实测值较远，原因可能是A，F磨煤机进口风道结构特点有所不同。两种流量计实测流量系数比较见表3。

表3 两种流量计实测流量系数比较

由此可见，磨煤机处于稳定运行工况时，热导式热量计的平均流量系数为0．95，其测量精度明显高于差压式流量计。

在磨煤机一次风量测量过程中，对差压式流量计与热导式流量计的动态准确性进行了比较，结果如图1所示。

图1 F磨煤机热导/差压式流量计动态特性

对同时安装了差压式与热导式流量计的F磨进行变挡板试验，在3个小时的时间段内，机组负荷和给煤量保持不变，冷热一次风门共发生3次变化。时间段1，冷风挡板不变，热风门关小，此时差压式流量随热风门的开度减小而减小，并在较短时间内达到稳定状态；而热导式流量随热风门关小也相应减小，但存在明显的过调现象，经过15～20 min之后才回复并达到稳定状态。时间段2，冷热风门同时关小，此时差压式流量和热导式流量均减小，但差压式流量稳定速度更快。时间段3的情况与时间段2类似。

图2为安装热导式流量计的B磨煤机现场测试一个多小时的DCS记录数据，测试期间机组负荷保持不变，给煤量恒定。在22∶05时，冷热风门同时开大，其中热风门开至50%后保持不变，而冷风门迅速开至50%稳定2 min后，再次开大至90%，稍稳定后关小到65%左右。期间，热导式流量计的测量值随着冷热风门开度的变化，呈先增后降并再次上升的态势，其变化趋势明显与实际不符。当热风门开度稳定、冷风门再次开大时，实际风量增大，热导式流量计的测量值反而下降；而当冷风门关小、实际风量减小时，热导式流量计的测量值不降反升，其动态特性存在明显问题。

图2 B磨煤机热导式流量计动态特性

图1和图2说明，在磨煤机变工况期间，差压式流量计动态响应特性较好，而热导式流量计的动态特性差、响应速度慢、稳定周期长，存在着明显的超调、过调现象。而且，当风门挡板快速频繁变化时，热导式流量计的定性变化规律甚至与实际情况相反。热导式流量计的这种特性将严重影响一次风量的自动控制品质，甚至误导运行人员，影响制粉系统的安全经济运行。

通过磨煤机进口一次风量热态测量试验，可得出以下结论：

（1）表盘一次风量普遍比实测一次风量略大。受风道布置结构影响，磨煤机A和F的表盘风量与实测风量相差较大，且不同工况下流量系数一致性较差。

表2 磨煤机进口风量系数试验结果

（2）各台磨煤机混合风道的速度场与温度场非常不均匀，冷热风分层现象明显，客观上造成一次风量测量不准。

（3）热导式流量计稳态下测量精度较高，但动态特性差，稳定速度慢，存在明显的超调、过调现象，严重影响一次风量控制品质。

2008年6月，在3号机小修时再次对磨煤机一次风量测量系统进行改造，在B，D，E，F磨煤机的冷风风道上各增加一套热导式测风装置，混合风量为热一次风量和冷一次风量之和，并在其后的磨煤机一次风量标定中对准确性进行了测量。试验结果表明，按照这种方式测量的风量较准确，测量响应速度较快，并解决了调节过程中热导式流量计的测量值反向变化问题。

目前，1、2号炉的所有磨煤机一次风量测量装置均改为多点差压式流量计，3号炉根据不同的风道类型，分别采用了热导式和多点差压式流量计，具体布置位置见表4。4号炉将热导式流量计从混风管道移至热风管道，通过流量换算公式转换为混风流量，一次风量还存在测量不准问题，有待进一步改进。

表4 3号炉磨煤机一次风测量装置布置

3 结论

从差压式流量计与热导式流量计的对比看,热导式流量计对风量反应灵敏，能感应到风量的微小变化，反应速度快，符合自动投入的要求。但安装在混风风道时，易受混风温度不均匀的影响而导致测量不准。

差压式流量计的测量主要取决于风压变化。当风量微小变化时，由于风压变化很小，差压式流量计就不如热导式流量计灵敏，但因为不受温度变化的影响，因此更适合在混风风道中应用。

1、2、3号炉的磨煤机一次风量测量装置经改造后，测量准确性明显提高，冷热风门的开度变化均能正确反映到风量上，反应速度也较快。从自动扰动试验来看，已完全能够正常投入风门自动。一次风量测量装置的改造也改善了制粉系统和燃烧器喷口的磨损情况，减少了制粉系统的检修次数，对电厂的节能减排具有重要意义。

[1] 谭杰．磨煤机一次风量测量系统改造[J]．华电技术，2008（2）∶61－63．

（本文编辑：龚 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，浙江宁波人，工程师，从事发电厂集控运行工作。