循环流化床锅炉风量公式选择及应用

孟洛伟

(宜昌东阳光火力发电有限公司，宜昌 443300)

0 引 言

循环流化床锅炉技术是目前迅速发展起来的一项高效、清洁燃烧技术。在近十多年来在我国得到快速发展。循环流化床锅炉风量在线测量装置比较多，而且风量装置对锅炉安全运行关系重大，风量准确性尤为重要。由于风量装置厂家对循环流化床锅炉运行工艺了解的欠缺，提供的风量公式与现场需求存在一定的偏差，这就为风量测量、风量标定造成了一定困难，不能有效的指导运行调整及故障处理。风量测量公式的规范化及合理选择对循环流化床锅炉运行调整、节能降耗、故障处理非常关键。我们通过风量测速公式的推导结合循环流化床锅炉实际运行特点对风量公式的选择及应用提出建议。

1 循环流化床锅炉风系统测量的情况

以300 MW等级循环流化床锅炉为例，风系统主要包括一次风系统、二次风系统、高压流化风系统、播煤风系统，还有外置床流化风、风水联合冷渣器流化风、给煤机密封风、火焰检测吹扫风、排灰锥形阀冷却风等辅助用风。其中一次风系统、二次风系统、高压流化风系统、播煤风系统需要准确测量以利于组织燃烧调整、故障判断。

一次风分左右两路进风，各设置1台风量计，共2台；二次风分左右两路进风，左右两路再分为两层，一般在左右两路总管各设置1台风量计，左右上下两层支管各设置1台风量计，二次风系统共6台风量计；高压流化风供给回料器用风，每个回料器需测量的风量有3个左右，回料器3～4个，风量计共计12台左右。播煤风供给落煤管，按8根落煤管计算，每根落煤管一般布置3层播煤风，共计24台风量计，故一台300 MW等级循环流化床锅炉装有50台左右风量计。尚未考虑拥有外置床、风水联合冷渣器用风的循环流化床锅炉炉型，这些部位至少再布置24台风量计。

2 常见风量公式存在的问题

常见的风量公式主要有以下几个公式：

(1)某300 MW循环流化床锅炉风量装置说明书风量计算公式及DCS组态风量公式为：

(1)

式中，K为修正系数；t为实测风温；t0为锅炉设计风温264 ℃；p为实测风压；p0为设计风压14.465 kPa；Δp为风量计测量差压。该公式将风量修正至设计工况状态，而不是修正到标准状况。

(2)某200 MW循环流化床锅炉风量装置说明书风量计算公式及DCS组态风量公式为：

(2)

公中，K为修正系数；Δp为风量计测量差压。该公式未对风量在温度、压力变化时提供有效修正。

(3)某135 MW循环流化床锅炉风量装置说明书风量计算公式及DCS组态风量公式为：

(3)

式中，K为修正系数；Δp为风量计测量差压；t为实测风温。该公式未对风量在压力变化时提供有效的修正。

(4)锅炉设计指导风量均折算为标准状况，所以风量折算标准状况下，对锅炉运行才具有重要意义。以上公式均存在一定的瑕疵，风量偏差较大，不能指导锅炉进行优化、经济调整。同时冷态试验时，所得参数偏差太大，对锅炉运行指导意义不大，甚至造成误导，导致锅炉运行中厂用电率高、磨损严重、锅炉结焦、飞灰、底渣可燃物高等异常与故障。山西某电厂试运初期，出现冷态试验正常，运行中多次锅炉结焦的事故，最终确认风量计公式为修正，热态时风量显示过大，50%负荷时超出锅炉运行规程允许的最大风量，运行人员不敢调节而导致锅炉结焦。可见风量计的准确性是锅炉运行的调整基础性依据。

3 锅炉标准风量公式的推导

利用伯努利方程：

(4)

得出：

(5)

公式(4)、(5)中，υ为风速；ρ空气密度；Δp动压。

不同温度、压力下空气密度为：

(6)

式中，ρ空气密度；p为空气压力；t空气温度。

由公式(5)、(6)推导出：

(7)

流量公式为:

Q=υ×S

(8)

式中，υ为流速；S为管道截面积。

(9)

根据理想理想气体公式：

(10)

将实际流量折算至标准状况下，即温度为0 ℃(273.15 K)和压强为101.325 kPa(1标准大气压，760 mmHg)的情况。从而推导出标准状况下空气流量公式：

(11)

即标准状况下风量公式。式中S为风道截面积；p为实测风压；t为实测风温。

4 标准风量公式的选择及应用

4.1 标准风量公式在风量测量装置及风量标定中的应用

公式：

(11)

在工程实际应用中，需根据风量测量装置特性与标定设备如皮托管的修正系数加入修正系数。

即：

(12)

式中，ξ为皮托管修正系数或风量测量装置性能系数。整体修正系数K=ξ×7350.13×S。可见修正系数与风道截面面积、风量测量装置性能系数有关。在使用皮托管标定风量测量装置时，即标定其ξ。如皮托管修正系数为ξ0。则K0=ξ0×7 350.13×S，风量测量装置系数为ξ1，则K1=ξ1×7 350.13×S，即：

(13)

4.2 标准风量公式在一次风、二次风风量测量中选择及应用

在循环流化床锅炉实际运行工况中，一次风、二次风从冷态启动至额定负荷过程中，风温变化从环境温度升至260 ℃左右，温度变化达二百多摄氏度，风压变化从正常大气压变化至大于10 kPa，压力变化十多千帕。所以温度、压力修正对一次风、二次风测量与实际运行工况调整至关重要。故一、二次风量公式应选用：

(14)

4.3 标准风量公式在高流风风量测量中选择及应用

高压流化风在启动后，压力波动较小一般在40～50 kPa之间，温度变化较小一般在90～110 ℃之间，正常运行中不作调节，我们可以直接设置运行工况参数将其修正至标准状况。比如风压选45 kPa，风温选100 ℃，从而简化风量公式如下：

(15)

4.4 标准风量公式在播煤风风量测量中选择及应用

播煤风取至热一次风，在锅炉投煤时启用至锅炉停运，正常运行中不作调节，在锅炉投煤至稳定运行风温随热一次风温变化，变化范围接近热一次风温度变化范围，而风压从投运至正常运行，变化幅度较小一般为10～13 kPa，我们可以设置运行工况风压为设计工况值12 kPa，风温必须修正。从而简化风量公式如下：

(16)

5 结束语

在循环流化床锅炉运行中，对风量的准确测量、控制至关重要。按照实际运行的需求，将风量折至标准状况下，从而对锅炉运行的指导、设备故障的分析起到重要的作用。将风量的公式进行统一、标准化，根据锅炉的实际运行工况进行选择，解决因风量公式引起的测量、标定过程中存在的问题。