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風量測量實驗裝置的布置及選型

文章作者:深圳市聚利興儀器有限公司    時間:2015/6/13 16:37:30

    隨著控制技術的升級改進,電站鍋爐的負荷、燃料量及配風量已經實現了在線檢測及協調控制,即便如此目前仍有大部分機組因管道或測風裝置選型和配置上很不合理,而使通風量難以得到準確的測量,這種情況往往導致了鍋爐超負荷現象,如風量、燃料量無法投入自動,造成燃燒不穩,煙氣流暢不均勻,鍋爐效率下降,以及磨煤機通風量不足造成堵塞等,下面我們就以風量測量實驗裝置的布置與選型給大家簡單的介紹下。

一、鍋爐測風裝置的基本形式及特點

電站鍋爐風量測量裝置有風道型文丘里/機翼/笛型管/威力巴(超力巴、阿牛巴)/多喉徑文丘里等,理論和實踐證明,通風量與測風裝置提供的壓差滿足以下公式:Q=K*(PH)1/2

其中Q---通過測風裝置所在截面的風量kg/S

P---氣流速度kg/m3

H---測風裝置提供的壓差Pa

k---測風裝置的流量系數

當測風裝置在穩定流場中時,上式中的流量系數為常數,通過測風裝置所在截面積的流量與測風裝置提供的壓差的平方根呈線性關系,風量測量系統就是根據這一線性關系,并通過測風裝置提供的壓差來換算出實際風量,鍋爐通風量測量所使用的測風元件為非標元件,使用前需經過規范化的標定,確定其流量系數。

風道型文丘里結構簡單、安裝方便、輸出的流量信號穩定可靠,但因其本體較長,需占用較大的空間,在大型風道中布置比較困難。

機翼型測風裝置相對較短,測壓空多,機構復雜,在大型風道中布置較為合適,但會引起風量的壓力損失。

笛型測風裝置結構簡單,不會造成壓力損失,但提供的流量信號較弱,風量的微小變化不易顯示出來。

雙文丘里(插入式多喉徑)體積小,安裝方便,不會造成壓力損失,能提供很強的流量信號,但對流場的穩定性要求較高,一旦流場不穩,提供的流量信號就不穩定。

巴式(威力巴、超力巴、阿牛巴)結構簡單,安裝方便,測量范圍是貫穿風道的一條線,對其線上的測點取平均值,風場壓力損失較小。

二、造成測風裝置線性失真的原因

根據理論,風量測量裝置的流量信號,當測風裝置在穩定流場中時,上式中的流量系數為常數,通過測風裝置所在截面積的流量與測風裝置提供的壓差的平方根呈線性關系,風量測量系統就是根據這一線性關系,并通過測風裝置提供的壓差來換算出實際風量,鍋爐通風量測量所使用的測風元件為非標元件,使用前需經過規范化的標定,確定其流量系數,這就是所謂的現場標定,但風場的穩定卻與管道的布置有著密不可分的關系,這就要求測風裝置的上游一定要有足夠的直管段,風通過直管段而風場趨于相對的穩定,如果不考慮直管段還要要求測風裝置準確反映風量的變化是不可能實現的,這就是目前風量測量所存在的誤區,往往在分析風量測量不準的情況時,不能追其根源。

運行實踐證明,目前常用的幾種風量測量裝置的測量精度都能滿足鍋爐通風量及控制要求,但因鍋爐機組結構復雜,測風裝置的布置往往受到限制,此外由于風量測量系統和風道布置在設計院屬于兩個專業,造成設計上的脫節,從而導致重大缺陷。實際測量數據表明,測風裝置的流量特性主要受測風裝置上游的風門變化的影響,風門是調節風量的主要手段,風門下游總要形成渦流,當風門變化時,風門造成的渦流強度及漩渦在風道中的分布也相應發生變化,當測風裝置與風門間的距離過小時,測風裝置所處的流暢就會紊亂,所測的流量信號就會失真。位于測風裝置下游的風門對測風裝置的特性造成的影響相對較小。

例如:寧夏大壩電廠使用的雙文丘里距熱風門3.5米,用熱風門調節風量時雙文丘里的流量系數偏差為14%;華能岳陽電廠總風門距文丘里僅為2.7米左右,用總風門調節風量時文丘里流量系數偏差約34%左右,熱風門距文丘里4.6米左右,用熱風門調節風量時,文丘里流量系數偏差約14%左右;熱風門、總風門全開,風箱壓力變化時,文丘里流量系數偏差僅4.1%左右。

風門擋板尺寸(垂直于風門軸向)也是造成測風裝置線性失真的原因之一。擋板尺寸越大,風門造成的漩渦就越大,漩渦影響的范圍越大,流場恢復穩定需要的距離就越長。

位于測風裝置下游的風門對測風裝置的特性造成的影響相對較小。

三、北電廠測風裝置的選型及配置

3.1沁北風量測量裝置布置及選型情況

沁北電廠一期工程測風裝置主要安裝在磨煤機入口一次風風量(6套),二次風熱風道支管風量(12套)燃盡風支管風量(4套)每套測風裝置包括:GDWZL-50AF型插入式多喉徑風量測量裝置及所有安裝附件(閥門管件等)。

但在機組試運中測量信號不能正確反映風量的變化,甚至連風量的變化趨勢都不能爭取反映,通過分析認為,插入式多喉徑測風裝置主要是通過測平均流速來測量風量的變化,此種裝置對要求有一定的直管段,且風場相對穩定。但沁北的二次風管道,直管段相對較短,距離測風裝置安裝位置僅1米處就是彎頭,再加上風道內有加強筋等使得二次風管道內的風場相對比較紊亂,磨煤機一次風管道更是惡劣,直管段也僅一米多,且熱一次風和冷一次風垂直接入。

3.2設計改進

3.2.1一次風測量系統改進

因磨煤機入口一次風測量條件差(流暢紊亂)原設計的測量裝置(插入式多喉徑文丘利)無法實現準確測量。修改方案如下:每臺磨煤機采用三只超力巴Ⅱ型流量裝置,均勻間距插入風道,切全壓、靜壓口并接,輸出差壓平均值,DCS計算得到的流量值,測量范圍0-110000Nm3/h,差壓輸出:0-2.4kPa.

3.2.2總風量系統改進

為使改進候的測量裝置能夠正確反映風場的變化情況,結合實際具體采取措施如下:

a.由于總風道后面的分支管道長短、形狀各異,流體阻力系數各不相同。而各分支管道的總流阻相同,所以流量分配是不均勻的。由于管道形狀也不完全相同,所以在分支管道上測得的流量之和與實際的總流量之比,相對誤差較大是不可避免的,需要采取修正的辦法來提高測量精度。

b.由于工況體積流量受溫度、壓力變化的影響較大,在溫度、壓力變化不可忽略的工況條件下,是不宜采用工況體積流量做計量單位的。以前的設計都是按照工況體積流量單位進行的,若換算不正確會給流量測量帶來不可接受的誤差,所以直接采用標準體積流量單位計算流量,并據此建立精確的DCS簡化計算公式,保證熱態和冷態的計量準確可靠。

c.流量測量裝置的取壓系統應作嚴格的檢查維護,保證無接錯、無泄漏、無堵塞,變送器要定期校驗,保持準確穩定。DCS簡化計算公式要按標準體積流量單位的公式修改,確認無誤后再運行標定。

d.在總風道上增加一套流量測量裝置,用于總風量的測量。由于總風道尺寸較大,風速小,流場速度分布各不相同,不宜采用單點測量,必須采用多點測量取平均值。本方案采用兩支(對插式)超利巴CLBⅡ型流量測量裝置,其優點是:測量點多,平均值更具代表性,準確性高,現場適應能力強。因總風管直管前彎頭不規則,導致總風管測量段內流場分布不對稱,僅在總風管測量點對稱面上插一支,測量仍會產生偏差,必須采取分塊多支測量方法才能妥善解決問題。經多個設計方案比較后,選擇如圖所示設計方案作為改造實施方案。將總管劃分為四個矩形塊,在每兩個對應矩形塊截面的平分線上安裝一支完全貫穿風道截面的(雙頭對插式)超利巴CLBⅡ型流量測量裝置。兩支超利巴CLBⅡ型流量測量裝置的總壓和靜壓取壓管并聯連接在一起,構成一套組合式流量測量裝置。每支有8個測點,共32個測點,可將整個截面的風速平均值準確測取出來。因超利巴CLBⅡ流量測量管太長,其尾端必須有支撐點,所以在大風管的內部需加裝一個專用支架。為避免干擾,支架應放在測量面后端,支承還應具有伸縮補償性能。

   

   
DCS系統的簡化計算公式

(流量單位采用:標準體積流量20C101.325kPa)

Qb=Kb*f(dP)*SQRT(dP*((Ph+Pg)/(273.15+t))Nm3/h

式中:t——實測流體溫度C

dP——實測差壓kPa

Pg——實測流體表壓kPa

Ph——當地平均大氣壓kPa

PA=Ph+Pg)——絕對壓力kPa

Kb——儀表系數

f(dP)——流量校準函數

Kb及f(dP)選項如下:

050723Kb=1401045.2

f(dP)=1.41287-0.81795dP+2.06471dP2-2.3049dP3+0.94491dP4

f(dP)=1.44261-1.25917dP+4.3629dP2-7.67466dP3+6.67339dP4-2.26755dP5

四、對風量測量裝置的布置及選型的幾點看法

1、風量是鍋爐機組最主要的參數之一,隨著機組容量的增大,采用直吹式燃燒方式的比例增加,鍋爐通風量準確測量和控制顯得更為主要。因此在系統設計時和設備選型時,熱工測量裝置的設計和熱機風道設計要密切配合,風道的布置以及測量裝置的布置要有統一的規則,為風量測量裝置留有足夠的空間。

2、測風裝置必須布置在足夠長的直管段上。所謂不需直管段的測風裝置是不存在的,可想而知在一個相對紊亂的風場條件下,任何測量裝置都不可能準確的反映出其變化趨勢。若其上游必須設置調風門,測風裝置與調風門的距離應滿足:

L/D≥3.5

其中:L-測風裝置與風門的距離

D-風道內徑

3、測風裝置前面直管段有限時,應盡可能減少風門的數量。一般情況下一次風道可省去總風門,直接用冷熱風門調溫調風,每個調節門必須要有4個或4個以上的擋板,以便減小風門后的漩渦尺寸,測風裝置與其上游調節風門間的距離及風門擋板的寬度應滿足下面的關系。

L/B≥14

其中:L-測風裝置與調節風門間的距離

B-風門擋板的寬度(垂直于擋板軸線方向的)

4、測風裝置后的調節風門對測風裝置不產生明顯的影響,如果可能盡量將調節風門布置在測風裝置的下游。

5、最后,選擇一家安全可靠的風量測量實驗裝置設備廠商,能夠使設備在使用及維護上有很好的保障。

   

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