某660 MW机组一次风机流量在线监测及其工程应用

王加勇 邓德兵 陈 伟 何布朗 邬 平

苏州热工研究有限公司

0 概述

锅炉运行中的风机风量调节通常用调整风机动叶角度的方式完成，风量能否稳定控制，对锅炉的安全、经济性影响很大[1,2]。风机风量是风机运行中监测的重要数据，风量测量装置均安装在入口或出口风道里，大部分采用测量差压方法获取风量，但测量装置测量精度低、可靠性低[3-5]。某些电厂一次风机的总风量是根据各台磨煤机入口风量叠加而成的，当空气预热器漏风率大时测量误差较大，给运行分析和调整带来较大困难。本文提出的风量确定主要是运用理论计算方法，将挡板不同开度下风机入口风量对现场差压装置进行标定，计算得到流量系数，能够实现通过差压装置实时在线监视风机运行工况功能。

为了使测量装置风量更接近实际风量，对测量装置流量系数进行修正和校正，即在相同工况下，用皮托管测取风机实际风量，将计算结果与测量装置差压进行拟合，求出在线流量测量装置的流量系数。实践证明，修正后的测量计算风量与实测风量偏差较小，在一次风机试验中，用流量测量装置测量得出风量与用皮托管方式测量风量值进行比较，计算风量相对误差满足国标要求＜3%，通过系统标定，流量测量装置测量风量值完全可靠。该风机风量测量装置已投入应用，标定后风量测量准确，运行工况实时在线监测直观方便。

1 机组系统简介

采用皮托管方式测量风量，虽然数据准确，但网格法在线测量使系统阻力增加，厂用电率增加，且工作量大，不利于实时在线监测。通过一次风机性能在线监测系统的改造，启用风机集气箱上的已有文丘里流量装置，加装微差压变送器，并将信号引入主控室，新增风机运行图监视画面，使风机运行工作点在实际性能图上显示。由此，运行人员可实时掌握一次风机运行位置及距离失速线的余量。

标定工作分为三个阶段：1）根据不同开度下流量测量，对现场差压流量测量装置进行流量系数标定；2）对流量系数进行线性拟合，确认流量测量装置的流量系数；3）实例验证，在不同负荷下，采用流量测量装置进行流量测量，并与传统方法进行比较，验证在线流量测量装置实用性，风机在线流量测量装置的流量系数标定示意图见图1。按本文所述试验方法，分别标定26%、35%、45%和60%动叶开度下流量系数。

图1 风机流量测量测点布置示意图

2 试验理论分析

2.1 风量直接测量

流量测量采用速度场法。将风机流量测量截面等分为若干网格，利用检定合格的S型皮托管和0．5级电子微压计依次测量各网格中心处的动压，然后取其方根的平均值，计算出该截面的平均动压，平均动压按式（1）计算：

采用FLUKE54便携式测温仪，测量流量的测量截面处的介质温度；采用量程为10 kPa的U型压力计测量流量截面处的气体静压。流量测量截面处的体积流量按式（2）计算：

K——靠背管流量系数（无量纲）；

A3——流量测量截面处的面积，m2；

ρ3——流量测量截面处的烟气密度，kg/m3。

2.2 风机全压

式中：

pF——风机压力，Pa；

pe1，pe2——风机进、出口静压，Pa；

pd1，pd2——风机进、出口动压，Pa；

A1、A2——风机进、出口面积，m2；

ρ1、ρ2——风机进、出口密度，kg/m3；

2.3 流量相似关系

式中：

qVp、qVm——风机的体积流量，m3/s；

Dp、Dm——风机叶轮的外径，m；

np、nm——风机转速，rpm。

2.4 文丘里装置流量系数

一次风机进气箱弯头前/后设静压测点，与差压变送器相连，所测信号经过转换送到集散控制系统，由计算后得出风机进口流量。压差法测定风机风量是利用在风机入口逐渐收缩段选择两个近距离异径断面,通过测定该断面的静压差来实现。

式中：

k——文丘里装置的流量系数；

Q1——风机入口体积流量，m3/s；

Δps——文丘里装置的流量差压，Pa；

ρ1——风机入口气流密度，kg/m3。

3 文丘里装置流量系数的标定

在标定风量系数时应全面考虑各项因素（如：动叶、风门挡板等）对测量的影响，而不能简单地以多个试验工况取平均值来确定。试验前检查锅炉风烟系统隔离状态和通风条件，确认一次风系统完整性，完成26%、35%、45%和60%开度下的流量测量。见表1至表4。

由表1至表4可知，在26%、35%、45%、60%开度下，喷嘴流量系数均值为1．380，喷嘴流量系数与平均值最大偏差在0．59%，满足日常运行要求，以此作为喷嘴流量系数。

表1 45%开度下文丘里装置流量系数标定

images/BZ_68_235_1330_2244_1389.png流量测量截面动压方根平均流量测量截面平均流速测量截面体积流量测量截面质量流量风机出口体积流量实际风机流量折算至标准状态下入口风量折算至设计条件下入口风量折算至设计条件下风机全压喷嘴流量差压折算流量喷嘴流量系数喷嘴流量系数平均值m/s m3/s kg/s m3/s m3/h Nm3/h m3/s kPa kPa 20．550 23．22 94．51 106．98 90．02 340 233．5 300 488．3 88．70 7．618 2．689 94．04 1．371 1．376 20．097 22．71 92．43 104．61 87．39 332 765．4 293 879．1 86．77 8．633 2．515 92．00 1．387 18．868 21．32 86．77 98．24 81．37 312 354．9 275 973．3 81．47 9．762 2．323 86．35 1．354 18．341 20．72 84．34 95．49 78．67 303 638．4 268 267．0 79．19 10．597 2．146 83．94 1．370 16．672 18．84 76．67 86．79 70．74 276 021．7 243 856．7 71．97 12．271 1．699 76．30 1．399

表3 35%开度下文丘里装置流量系数标定

表426 %开度下文丘里装置流量系数标定

4 文丘里装置在线流量运行监测

为验证机组日常运行负荷情况下文丘里装置流量测量准确性，本文以450 MW、500 MW两个工况点进行验证。验证数据见表5。

按测量误差比较分析，标定后的流量测量装置风量测量满足国标要求，小于3%。

5 结语

1）在线风机风量装置经过实测风量的修正和校正，偏差很小，完全可以满足现场运行分析要求。

2）在线流量测量装置可对风机运行工况实时在线监视，指导运行人员调整风机运行工况，以提高风机效率。

3）在线风量测速装置利用厂家提供的标定系数计算的风量与实测值差距较大，系现场管道阻力不匹配等因素引起，应该对流量装置重新进行标定。

4）对同类型风机进行一次风机性能在线监测系统改造，启用风机集气箱上的已有文丘里流量装置，加装微差压变送器，并将信号引入主控室，新增风机运行图监视画面，使风机运行工作点显示在实际性能图上，运行人员可实时掌握一次风机运行位置及距离失速线的余量。