鍋爐一、二次風速測量技術

鍋爐一、二次（cì）風（fēng）速測（cè）量技術（shù）

2017-09-28 15:23:44

一、二次風速作為電站鍋爐燃燒調整的重要參（cān）數，在鍋爐的安全、經濟運行中起著重要作用。準（zhǔn）確的風速測量有助於選擇最佳燃（rán）燒工況和風量（liàng）調節，提高係統的安全性和經濟效益。

多年來，運行人員一般通過肉眼看火（huǒ）、風道靜壓顯示、風門擋板開度調節等傳統監測手段來調整鍋爐燃燒。這種方法雖然簡單（dān）、直觀，但不能直接（jiē）、準確地監（jiān）測到鍋爐（lú）一、二次風的風速，燃燒（shāo）調整仍處於靠感覺、憑經驗的狀態，無（wú）法有效地監測和調整爐膛（táng）內燃燒工況。因此，可能會使鍋爐配風不均，甚至引起火焰中心偏斜，燃燒不（bú）穩，從而導致熄火放炮、局部結焦及爐管爆漏（lòu）等後果，降低鍋爐熱效率。所以，可靠、實時的監測鍋爐風（fēng）速是十分重要的。

火電廠風速測量存在直管段短且風道空間（jiān）布置複雜、返（fǎn）料風流速較低且管徑較小等缺點，並受氣流性質、管路係統（tǒng）以及流動狀（zhuàng）態多樣等（děng）多種影響因素，因此電（diàn）站鍋爐風速測量（liàng）難度較大。目前測風技術種類很多，特點各異，本文將分析比較（jiào）當前國內電站鍋爐風速在線監測技術（shù），介紹各種技術的特點、應（yīng）用情況以及鍋爐風速測量技術的發展趨勢。

一（yī）、常用差壓式風速測量技術
目前，流量計有（yǒu）100多種，其中差壓式流量計在工業應用較為（wéi）廣泛，鍋爐風速測（cè）量也普遍采用在風道中安裝差壓式流量計來測量風速。這種儀器是（shì）利用風速（sù）與壓差間的關係間接計算出（chū）風速。

1、噴嘴
標準噴嘴由二（èr）段（duàn）圓弧形收縮段和圓筒形段組成，它是一（yī）個孔徑逐漸減小的流道，孔徑最小的（de）流道部分稱為噴嘴的喉部。文丘裏噴嘴（zuǐ）的喉部後有孔徑逐漸擴大的流道，臨界流文丘裏噴嘴的喉部氣流速度達到臨界速度(即（jí）音速)，其流速隻與（yǔ）上遊壓力有關（guān）而（ér）與下（xià）遊壓力無關，流出係數隻與雷諾數有（yǒu）關。噴嘴測量儀經典成熟且已標準化，無需實流校準;結構簡單、體積小;沒有可動部件，準確度較高、性能穩定、重複性（xìng）好;噴嘴入口為光滑曲麵，不易磨損，流出（chū）係（xì）數非常穩定;壓損比孔板小一半多;對測試氣體的潔淨度要求不高。但它製造成本（běn）高;安裝（zhuāng）較（jiào）難、工藝複雜;壓損較大;負壓（yā）側的取樣孔因局部渦流的影（yǐng）響易堵塞;需要直管段較（jiào）長。因此，此（cǐ）測（cè）量儀很少（shǎo）直接應用於電廠現場，常用作氣體流（liú）量的傳遞標準或標定其他氣體流量的儀表。

2、孔板
標準孔板是一塊加工成（chéng）圓形同心的、具有銳利直角邊緣的薄板。充滿管道的氣體在流經管道內的節流孔板時，流束將在節流（liú）件處形成局部收縮，使氣速增加，靜壓力降低，孔板前後（hòu）產生靜壓力差。通過測量此差壓，就能確定流過孔板的流（liú）速。孔板測量儀經（jīng）典成熟且已標準化，無須實流（liú）標定;結構簡單、便於製造、方便維護;通用性強、性能穩定可靠;價格低廉（lián）、使用（yòng）壽命（mìng）長。但（dàn）它易積汙、磨損、壓損（sǔn）很大，且（qiě）由流體（tǐ）衝刷引起的邊緣磨損會導致測量精度下降，需要定期維護;加（jiā）工精度（dù）和安裝要求較高，安裝費時費力;量（liàng）程較小;測量重複性和精確度一般;要求直管段較長;易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障。因此，此測量（liàng）儀難以在電廠現場長期使用，常用作氣體流量的傳遞標準。

3、畢托管
畢托管利用垂直裝在支杆上的圓筒形測量頭，正對流向的端部（bù）孔測出流（liú）體全壓，再由環繞其圓周的多個（gè）側麵（miàn）孔測出流體靜壓，根據此差（chà）動壓便可推算測點流速。畢托（tuō）管測量（liàng）儀結構簡（jiǎn）單（dān），使用、製造方便;抽樣標定容易，可用於標定儀表;價格（gé）便宜，堅（jiān）固耐用;測量較高氣（qì）速時精確且分辨力好。但由於其屬於接觸（chù）式測量（liàng），全壓孔（kǒng）需正對風向（xiàng），且其（qí）靜壓孔尺寸較小，所以儀器本身對風場影響較大;結構脆弱，不宜在工業現（xiàn）場長期使（shǐ）用;壓差較小，不宜遠傳，當氣速較低時，壓差更小（xiǎo），靈敏度低，難以精確（què）測量;不適合測量含煙塵（chén）氣體的風速;要求測（cè）量截麵上下（xià）遊直管段較長，上（shàng）遊≥5～7D、下遊≥2～3D(D為測量管內徑屬於單點測量（liàng），至少要測20點才可求出較高精度的均速工作量大。此儀器適用於氣體流量實驗室或工業流量計定期檢定標準，尤其適（shì）合利用網格法大管道氣體的大速（sù）度測（cè）量。

4、靠背管
靠背管由兩根端麵與水平（píng）麵成75度的管（guǎn）子背靠背焊接而成（chéng），兩開口麵成（chéng）180度對稱布置（zhì），一麵迎向氣流作為全壓感壓孔，另一麵背向氣流作為（wéi）靜壓感壓孔。將靠背管安裝在管道或風箱上，其探頭插人管內，當管內有氣流流動時，通過計算（suàn）迎風麵管內的全壓和背風側（cè）管內的靜壓之間的差壓，可（kě）算出管內氣速。靠背管測量（liàng）儀結構可靠（kào）、安裝方便、維護容（róng）易、調節整定簡單;靠背管開口較大，不易堵粉，且對氣流（liú）的偏斜敏感度很小，不會引起明顯的誤差。但它屬於單點測量，無法解決流場不均（jun1）勻性造成的測量誤差，至少需要（yào）測量20點才可求出較好（hǎo）精度的平均流（liú）速;要求測量截麵上下遊直管（guǎn）段較長，上遊（yóu）≥8～10D、下（xià）遊≥1～3D;屬於非標準測壓管，它的結構型式和加工精確度各不（bú）相同，使用（yòng）前（qián）必須逐個標定。此儀器適用於含塵氣體及大管道氣體的速度測量，可用於電廠一、二次風速測量。

5、均速管
均速管由全壓管和靜壓管組成（chéng）。全壓管上的測壓孔是（shì）迎著來流方向（xiàng）布置，而靜（jìng）壓管上的（de）測壓孔是背著來流方向或與之平行，測出（chū）平均動壓(差壓)，就可計算出平（píng）均流速。按取（qǔ）壓方式的不同，均速管可分為笛型管、雙（shuāng）笛型管和阿（ā）牛巴管等幾種。其中笛型管是一根（gēn）或數根橫穿（chuān）管（guǎn）道（dào）截麵的中空細金屬（shǔ）管（guǎn），在管子的迎（yíng）風麵開一排全壓感壓孔。雙笛型管是將全壓側管（guǎn）和靜壓側（cè）管（guǎn）點焊在（zài）一起，全壓（yā）管的迎流麵開有一排全壓測孔，靜壓管背麵開（kāi）有一排靜壓測（cè）孔。阿牛巴管是一種沿直徑方向插人圓形、菱形、橢圓形、扇形（xíng）和機翼（yì）形等斷截麵管（guǎn）道的均速管。威力巴管（guǎn）采用了根據空氣動（dòng）學原理設計的子彈頭外形，具有良好防堵能力。均速管測量儀用於多點（diǎn）測量，即一次測量沿一直線或曲線上多點流速的綜合值來確定平均（jun1）流速（sù），準確度較點（diǎn）測量方式好;壓損小，僅為孔板的1/10左右;結構簡（jiǎn）單、製造容易、價格低廉;安（ān）裝簡單、維護方便;由（yóu）於多個檢測孔的均壓作用，降低了對直管段的管（guǎn）徑要求，一般（bān）≥25mm;在充分發展紊流的流場中，準確度（dù）及穩定性（xìng）較好;早期產品易堵塞，後期的威力巴（bā）管解決了（le）易堵塞的弊端，威力巴管具有防堵塞、低壓損、高精度、易安裝、免維護及（jí）長壽命等特點。但它（tā）測量截麵前後要有一定長度的直管段，直管段≥7～25D;感（gǎn）壓孔易堵塞，被測流體應是不含汙穢、沉澱物的潔淨流體;屬於非標準型節流裝置，產品需單獨（dú）標定;差壓較小，精（jīng）度（dù）較差（chà），特別是流速較低時，誤差更大，對變送器（qì）的要求很高;受（shòu）安（ān）裝精度、流場的脈（mò）動和不均勻性影響較大。此儀器適合（hé）測量於安裝在較小管道或矩形管道中，常被用於電廠返料風量的，也用於鍋爐一、二次風量及蒸汽流量的（de）測量。

6、文丘（qiū）裏管
經典文丘裏管由入口圓（yuán）筒段（duàn）、收縮段，喉部、擴壓段和（hé）出口段五部分組成。文丘裏管的流道截麵形狀是一個（gè）先收縮後擴（kuò）張的圓形管子，空氣由（yóu）左向右（yòu）在管內流（liú）動，由於管道的截麵不同，氣束將在節流件處形成局部收（shōu）縮，因而氣速增加，靜壓力降低（dī），在節流件前後間產（chǎn）生壓差，由壓差的大小就可計算出流（liú）速（sù）。文丘裏管分為風道式、單管、變管、內管及雙管等（děng）多種文丘裏管。其中，風道式（shì）文丘裏管把整個風道做成文丘裏形（xíng）式，從入口及喉部分別引（yǐn）出靜壓測點，取（qǔ）其壓差（chà）進行流速測量（liàng）。該裝置作為風道的一部分，成本低、安（ān）裝方便、壓差穩定可靠（kào），對氣流條（tiáo）件適應性強，但尺寸較長（zhǎng）、占（zhàn）用空間大，且信號放大較小、壓損大，增加了風機電耗。單（dān）文丘裏管（guǎn）就（jiù）是普通的標準文丘裏管，它分（fèn）為收縮（suō）段、喉部和擴壓段部分，負壓測點就是從喉部引出，與風道內的（de）靜（jìng）壓或全壓形成壓差（chà）進行風量測量。單文丘裏管屬（shǔ）於點測量，體積小、阻力（lì）小、安裝方便，但對風道氣流條件要求較高，直管段需較長，放大（dà）倍數低。文丘裏管（guǎn）出現（xiàn）過矩型（xíng）、Dall型等多種改進（jìn）外型，矩型有（yǒu）良好的特勝，但壓損過（guò）大，管很長，而Dall型雖比標準文丘利管短（duǎn）、壓差大、壓損（sǔn）小等，但要求更長的直管段。內文丘裏管是由特（tè）型芯體與測量管內壁間的環形間隙形成節流通道叫（jiào），其節流件（jiàn）設置在標（biāo）準管段（duàn）內，其圓錐收縮段可以均衡流速並減少壓損。此儀器測量穩定性好，不確定度優;對被測介質適應能力（lì）強，可測（cè）量各種流體（tǐ）;不積汙、不易堵（dǔ）塞;測量範（fàn）圍度寬，不用二次修正（zhèng）;適用雷諾數範圍寬;對（duì）上下遊直管段要求低，一般上遊≥1.5D、下遊≥1D;壓損（sǔn）為孔板的1/3。但加（jiā）工要求（qiú）高，價格較高，流（liú）量係數受加工精度和實際磨損程度（dù）影響大;屬於點測量，要（yào）求流場穩定或流動相似;如要求高測量精度，則必須配置高性能的差（chà）壓變送器;分流嚴重。

雙文丘裏管是由兩隻大小不（bú）同、型線相似的圓形文丘裏管同心套裝在同一軸（zhóu）線上，小文（wén）丘裏管插（chā）在大文丘裏管中，能夠使差壓信號增大，其負壓測（cè）點取在內文丘裏喉部，通過該信號與風道內氣流的靜壓或全壓比較產生壓差進（jìn）行測（cè）量。它的輸出差壓大、靈敏度高;差壓與流速的（de）線性關係較（jiào）好，準確度較高;壓損小，隻占差壓1%;結構簡單、體積小、重量輕、安裝方便;對（duì）測量直管段要（yào）求不嚴格。但它屬於點測量，要求流場穩定或流動相似;一般所處位置並非管內平均流速（sù）點，準確度難以達到3%;壓差波動大，要求流場更加穩定;設計和加工較（jiào）難，成本較高;粉塵及黏（nián）稠物（wù）在其取壓管內沉（chén）積（jī）結垢，難以清除，維護量大（dà）。文丘裏管已越來越多地在電廠（chǎng）的一、二次風量測量和大口徑管道的風速測量中采用。

7、機翼型測速裝置
機（jī）翼型測風裝置是由多個全（quán）機翼、取樣傳（chuán）壓管及一段矩（jǔ）形風道構成。當氣（qì）流流經機翼測量裝置時，在翼型表麵形成（chéng）繞（rào）流而產生壓差（chà）。該壓差與風道內的流速之（zhī）間有（yǒu）一定的關係（xì）。常用的機翼型裝置有平板型、三曲線型、流線（xiàn）型三種不同截麵型式。其中，平板型由翼頭半個圓柱（zhù）體與兩塊（kuài）平（píng）板相切組成;三（sān）曲線型由三條具有一定比例關係的（de）弧線（xiàn）相切組成;流線型由翼頭圓柱體與兩塊符合流線曲線（xiàn）的凸形（xíng）拱板相切組成。此機翼型測速裝置（zhì）壓差大、靈敏度高和穩定（dìng）性好;壓損較小;上下遊所需直管段（duàn）較短，一般上遊≥0.6D、下遊≥0.2D;製造容易，安裝維護方便。但它測（cè）壓孔多、結構複（fù）雜，造成一定的壓損，運行成本（běn）較高（gāo）;易堵塞，導（dǎo）致測量不準（zhǔn）;屬（shǔ）於非標準裝置，產品需要做標定;屬於風道型設（shè）備，體積大（dà）、造價高、搬運（yùn）困難。此法適用（yòng）於低流速、大管徑、矩（jǔ）形截麵、純淨流速（sù）測量，可（kě）用於（yú）大容量鍋爐大截（jié）麵一、二次風風速測量。

8、彎管測速裝置
彎管測速（sù）原理是流體通過彎管時，由於受彎（wān）管的約束被迫在彎管內作近似圓周運動，流體在作圓周運動時產生的離（lí）心力（lì）作用（yòng）於彎管的內外兩側（cè），這時外管壁的壓強大於內管（guǎn）壁的壓強（qiáng），在彎頭（tóu）的內外圈產生（shēng）靜壓差（chà），由壓差與流速間的（de）關係可得到流速。彎管測速裝置對上下遊直管段的要求較低，上遊≥2～3D、下遊≥1D;彎頭法直接焊接在管道上，安裝簡（jiǎn）單可靠;彎頭角度對測量結果無影響，可充分利用現場已有彎頭，節省安裝費用;可（kě）靠性和精度較高;由於測量的是靜壓，解（jiě）決了測量元件的磨損問題（tí），且靜壓測管簡單可（kě）靠、成本低、壽命長;適應性強（qiáng），可在高溫/高壓/高（gāo）濃度（dù）及（jí）其它（tā）惡劣環境下使（shǐ）用。但它輸出差壓小，測量精度不高;屬於非標準測量（liàng），流量係數很難統一，難於標（biāo）準化;屬於點測（cè）量，要求流場穩定或流動相似（sì）;壓損大，易泄漏，維修困難。此裝置完全適應一次風速測量環境的需求，適用於（yú）各種送粉係統的風速在線監測。

二、新（xīn）型的風速測量（liàng）技術
隨著傳感測試技術發展，一些新型的氣體流量計在風速測量（liàng）中有（yǒu）著越來越廣泛的應用。新型風速測量技術主要采用橫截麵式、熱式質量、渦輪氣體、渦街氣體和超聲波氣體等流量計來測量風速。這些（xiē）測量技術也（yě）都各有特點，它們已開（kāi）始用（yòng）於火電廠一（yī）、二次風速測量，但由於技（jì）術不（bú）成熟且（qiě）成本較高等原因，目前還沒有被廣泛應用於風速測量中。隨著技術的成熟和成本的降低，這些新的風速（sù）測（cè）量技術也會在風速測（cè）量上逐步推廣應用。此外，還有插入式多喉徑文丘利、V型錐、科裏奧利及示蹤法等新型流量計都有其特點，也可用於包括風速在內的氣（qì）體流速測量。

三、風速測量技術發（fā）展（zhǎn）與選用
風速測量技術的發展趨勢可歸納為結構從繁到簡、輕，向一體化發展;功能從單一到多種，向智能（néng）化、數（shù）字化（huà）、網絡（luò）化發展;準確（què）度從低（dī）到高，向高（gāo）精度發展;量程從小到大，向量程自動調節發展;安裝從繁到簡，向免（miǎn）安裝發展（zhǎn）;校驗從實校到幹標，向自動校準發展;壓損從（cóng）大到小，向節能方向發展;現場測試條件從高（gāo）向低;直管段從長到短;流體從單相到多相（xiàng）;測點從單點到（dào）多點;裝（zhuāng）置從接（jiē）觸式到無接觸式;顯示從模擬到數字;易堵（dǔ）性從易堵（dǔ）塞向自動清堵發展;可（kě）靠性和壽命從低到高;產品從共性向個性，向專用化發展。

用戶選擇測（cè）速裝置時（shí）需要考慮的因素有測量裝置的（de）性能（néng）、流體的物理（lǐ）化學特性、現場安裝條（tiáo）件及維護、壽命與成本費用等。盡管風速測量裝置（zhì）種類很多，但每種技術都各自的優缺點。因此，用戶在選擇（zé）時（shí），不可能麵（miàn）麵俱到，而應該針對電廠的風速（sù）測量特（tè）點，權衡利（lì）弊，最後的抉擇一般是在成本與性能之間做平衡。

四、結束（shù）語
準確的鍋爐風速測量有助於進行最佳燃燒工況和（hé）風量調節，提高安全性（xìng）和經濟效益（yì）。由（yóu）於鍋爐風速測量受到諸（zhū）多因素影響，目前的測量技術還無法滿足所有理（lǐ）想測量要求，每種技術各有特點（diǎn）和適用（yòng）範圍，因此這就要求技術人員首先必須熟悉各種技術的特點，並綜合考慮相關影響條件，選擇最合適的測量手段，以滿足電站鍋爐工（gōng）程測（cè）量的（de）要求。

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