0、引言
一／二次風(fēng)速作為電站鍋爐燃燒調(diào)整的重要參數(shù)，在鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中起著重要作用。準(zhǔn)確的風(fēng)速測(cè)量有助于選擇最佳燃燒工況和風(fēng)量調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。多年來，司爐一般通過肉眼看火、風(fēng)道靜壓顯示、風(fēng)門擋板開度調(diào)節(jié)等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段來調(diào)整鍋爐燃燒。這種方法雖然簡單、直觀，但不能直接、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到鍋爐一／二次風(fēng)的風(fēng)速，燃燒調(diào)整仍處于靠感覺、憑經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，無法有效地監(jiān)測(cè)和調(diào)整爐膛內(nèi)燃燒工況。因此，可能會(huì)使鍋爐配風(fēng)不均，甚至引起火焰中心偏斜，燃燒不穩(wěn)，從而導(dǎo)致熄火放炮、局部結(jié)焦及爐管爆漏等后果，降低鍋爐熱效率。所以，可靠、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)鍋爐風(fēng)速是十分重要的，富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機(jī)、
秸稈顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
火電廠風(fēng)速測(cè)量存在直管段短且風(fēng)道空間布置復(fù)雜、返料風(fēng)流速較低且管徑較小等缺點(diǎn)，并受氣流性質(zhì)、管路系統(tǒng)以及流動(dòng)狀態(tài)多樣等多種影響因素，因此電站鍋爐風(fēng)速測(cè)量難度較大。目前測(cè)風(fēng)技術(shù)種類很多，特點(diǎn)各異，本文將分析比較當(dāng)前國內(nèi)電站鍋爐風(fēng)速在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，介紹各種技術(shù)的特點(diǎn)、應(yīng)用情況以及鍋爐風(fēng)速測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
1、常用差壓式風(fēng)速測(cè)量技術(shù)
目前，流量計(jì)有100多種，其中差壓式流量計(jì)在工業(yè)應(yīng)用較為廣泛，鍋爐風(fēng)速測(cè)量也普遍采用在風(fēng)道中安裝差壓式流量計(jì)來測(cè)量風(fēng)速。這種儀器是利用風(fēng)速與壓差間的關(guān)系間接計(jì)算出風(fēng)速。
1.1噴嘴
標(biāo)準(zhǔn)噴嘴由二段圓弧形收縮段和圓筒形段組成，它是一個(gè)孔徑逐漸減小的流道，孔徑最小的流道部分稱為噴嘴的喉部。文丘里噴嘴的喉部后有孔徑逐漸擴(kuò)大的流道，臨界流文丘里噴嘴的喉部氣流速度達(dá)到臨界速度（即音速），其流速只與上游壓力有關(guān)而與下游壓力無關(guān)，流出系數(shù)只與雷諾數(shù)有關(guān)。噴嘴測(cè)量儀經(jīng)典成熟且已標(biāo)準(zhǔn)化，無需實(shí)流校準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)簡單、體積小；沒有可動(dòng)部件，準(zhǔn)確度較高、性能穩(wěn)定、重復(fù)性好；噴嘴入口為光滑曲面，不易磨損，流出系數(shù)非常穩(wěn)定；壓損比孔板小一半多；對(duì)測(cè)試氣體的潔凈度要求不高。但它制造成本高；安裝較難、工藝復(fù)雜；壓損較大；負(fù)壓側(cè)的取樣孔因局部渦流的影響易堵塞；需要直管段較長。因此，此測(cè)量儀很少直接應(yīng)用于電廠現(xiàn)場(chǎng)，常用作氣體流量的傳遞標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)定其他氣體流量的儀表。
1.2孔板
標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊加工成圓形同心的、具有銳利直角邊緣的薄板。充滿管道的氣體在流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流孔板時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，使氣速增加，靜壓力降低，孔板前后產(chǎn)生靜壓力差。通過測(cè)量此差壓，就能確定流過孔板的流速。孔板測(cè)量儀經(jīng)典成熟且已標(biāo)準(zhǔn)化，無須實(shí)流標(biāo)定；結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、方便維護(hù)；通用性強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠；價(jià)格低廉、使用壽命長。但它易積污、磨損、壓損很大，且由流體沖刷引起的邊緣磨損會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度下降，需要定期維護(hù)；加工精度和安裝要求較高，安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力；量程較小；測(cè)量重復(fù)性和精確度一般；要求直管段較長；易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障。因此，此測(cè)量儀難以在電廠現(xiàn)場(chǎng)長期使用，常用作氣體流量的傳遞標(biāo)準(zhǔn)。
1.3畢托管
畢托管利用垂直裝在支桿上的圓筒形測(cè)量頭，正對(duì)流向的端部孔測(cè)出流體全壓，再由環(huán)繞其圓周的多個(gè)側(cè)面孔測(cè)出流體靜壓，根據(jù)此差動(dòng)壓便可推算測(cè)點(diǎn)流速。畢托管測(cè)量儀結(jié)構(gòu)簡單，使用、制造方便；抽樣標(biāo)定容易，可用于標(biāo)定儀表；價(jià)格便宜，堅(jiān)固耐用；測(cè)量較高氣速時(shí)精確且分辨力好。但由于其屬于接觸式測(cè)量，全壓孔需正對(duì)風(fēng)向，且其靜壓孔尺寸較小，所以儀器本身對(duì)風(fēng)場(chǎng)影響較大；結(jié)構(gòu)脆弱，不宜在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長期使用；壓差較小，不宜遠(yuǎn)傳，當(dāng)氣速較低時(shí)，壓差更小，靈敏度低，難以精確測(cè)量；不適合測(cè)量含煙塵氣體的風(fēng)速；要求測(cè)量截面上下游直管段較長，上游≥5—7D、下游≥2—3D（D為測(cè)量管內(nèi)徑）；屬于單點(diǎn)測(cè)量，至少要測(cè)20點(diǎn)才可求出較高精度的均速，工作量大。此儀器適用于氣體流量實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)流量計(jì)定期檢定標(biāo)準(zhǔn)，尤其適合利用網(wǎng)格法大管道氣體的大速度測(cè)量。
1.4靠背管
靠背管由兩根端面與水平面成750的管子背靠背焊接而成，兩開口面成1800對(duì)稱布置，一面迎向氣流作為全壓感壓孔，另一面背向氣流作為靜壓感壓孔。將靠背管安裝在管道或風(fēng)箱上，其探頭插入管內(nèi)，當(dāng)管內(nèi)有氣流流動(dòng)時(shí)，通過計(jì)算迎風(fēng)面管內(nèi)的全壓和背風(fēng)側(cè)管內(nèi)的靜壓之間的差壓，可算出管內(nèi)氣速。靠背管測(cè)量儀結(jié)構(gòu)可靠、安裝方便、維護(hù)容易、調(diào)節(jié)整定簡單；靠背管開口較大，不易堵粉．且對(duì)氣流的偏斜敏感度很小，不會(huì)引起明顯的誤差。但它屬于單點(diǎn)測(cè)量，無法解決流場(chǎng)不均勻性造成的測(cè)量誤差，至少需要測(cè)量20點(diǎn)才可求出較好精度的平均流速；要求測(cè)量截面上下游直管段較長，上游≥8—10D、下游≥1- 3D；屬于非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)壓管，它的結(jié)構(gòu)型式和加工精確度各不相同，使用前必須逐個(gè)標(biāo)定。此儀器適用于含塵氣體及大管道氣體的速度測(cè)量，可用于電廠一／二次風(fēng)速測(cè)量。
1.5均速管
均速管由全壓管和靜壓管組成。全壓管上的測(cè)壓孔是迎著來流方向布置，而靜壓管上的測(cè)壓孔是背著來流方向或與之平行，測(cè)出平均動(dòng)壓（差壓），就可計(jì)算出平均流速。按取壓方式的不同，均速管可分為笛型管、雙笛型管和阿牛巴管等幾種。其中笛型管是一根或數(shù)根橫穿管道截面的中空細(xì)金屬管，在管子的迎風(fēng)面開一排全壓感壓孔。雙笛型管是將全壓側(cè)管和靜壓側(cè)管點(diǎn)焊在一起，全壓管的迎流面開有一排全壓測(cè)孔，靜壓管背面開有一排靜壓測(cè)孔。阿牛巴管是一種沿直徑方向插入圓形、菱形、橢圓形、扇形和機(jī)翼形等斷截面管道的均速管。威力巴管采用了根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)的子彈頭外形，具有良好防堵能力。均速管測(cè)量儀用于多點(diǎn)測(cè)量，即一次測(cè)量沿一直線或曲線上多點(diǎn)流速的綜合值來確定平均流速，準(zhǔn)確度較點(diǎn)測(cè)量方式好；壓損小，僅為孔板的1/10左右；結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格低廉；安裝簡單、維護(hù)方便；由于多個(gè)檢測(cè)孔的均壓作用，降低了對(duì)直管段的管徑要求，一般≥25mm;在充分發(fā)展紊流的流場(chǎng)中，準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性較好；早期產(chǎn)品易堵塞，后期的威力巴管解決了易堵塞的弊端，威力巴管具有防堵塞、低壓損、高精度、易安裝、免維護(hù)及長壽命等特點(diǎn)。但它測(cè)量截面前后要有一定長度的直管段，直管段≥7—25D；感壓孔易堵塞，被測(cè)流體應(yīng)是不含污穢、沉淀物的潔凈流體；屬于非標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流裝置，產(chǎn)品需單獨(dú)標(biāo)定；差壓較小，精度較差，特別是流速較低時(shí)，誤差更大，對(duì)變送器的要求很高；受安裝精度、流場(chǎng)的脈動(dòng)和不均勻性影響較大。此儀器適合測(cè)量于安裝在較小管道或矩形管道中，常被用于電廠返料風(fēng)量的，也用于鍋爐一／二次風(fēng)量及蒸汽流量的測(cè)量。
1.6文丘里管
經(jīng)典文丘里管由人口圓筒段、收縮段，喉部、擴(kuò)壓段和出口段五部分組成。文丘里管的流道截面形狀是一個(gè)先收縮后擴(kuò)張的圓形管子，空氣由左向右在管內(nèi)流動(dòng)，由于管道的截面不同，氣束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而氣速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后間產(chǎn)生壓差，由壓差的大小就可計(jì)算出流速。文丘里管分為風(fēng)道式、單管、變管、內(nèi)管及雙管等多種文丘里管。其中，風(fēng)道式文丘里管把整個(gè)風(fēng)道做成文丘里形式，從入口及喉部分別引出靜壓測(cè)點(diǎn)，取其壓差進(jìn)行流速測(cè)量。該裝置作為風(fēng)道的一部分，成本低、安裝方便、壓差穩(wěn)定可靠，對(duì)氣流條件適應(yīng)性強(qiáng)，但尺寸較長、占用空間大，且信號(hào)放大較小、壓損大，增加了風(fēng)機(jī)電耗。單文丘里管就是普通的標(biāo)準(zhǔn)文丘里管，它分為收縮段、喉部和擴(kuò)壓段部分，負(fù)壓測(cè)點(diǎn)就是從喉部引出，與風(fēng)道內(nèi)的靜壓或全壓形成壓差進(jìn)行風(fēng)量測(cè)量。單文丘里管屬于點(diǎn)測(cè)量，體積小、阻力小、安裝方便，但對(duì)風(fēng)道氣流條件要求較高，直管段需較長，放大倍數(shù)低。文丘里管出現(xiàn)過矩型、Dall型等多種改進(jìn)外型，矩型有良好的特性，但壓損過大，管很長，而Dall型雖比標(biāo)準(zhǔn)文丘利管短、壓差大、壓損小等，但要求更長的直管段。內(nèi)文丘里管是由特型芯體與測(cè)量管內(nèi)壁間的環(huán)形間隙形成節(jié)流通道，其節(jié)流件設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)管段內(nèi)，其圓錐收縮段可以均衡流速并減少壓損。此儀器測(cè)量穩(wěn)定性好，不確定度優(yōu)；對(duì)被測(cè)介質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，可測(cè)量各種流體；不積污、不易堵塞；測(cè)量范圍度寬，不用二次修正；適用雷諾數(shù)范圍寬；對(duì)上下游直管段要求低，一般上游；1. 5D、下游≥lD;壓損為孔板的1/3。但加工要求高，價(jià)格較高，流量系數(shù)受加工精度和實(shí)際磨損程度影響大；屬于點(diǎn)測(cè)量，要求流場(chǎng)穩(wěn)定或流動(dòng)相似；如要求高測(cè)量精度，則必須配置高性能的差壓變送器；分流嚴(yán)重。
雙文丘里管是由兩只大小不同、型線相似的圓形文丘里管同心套裝在同一軸線上，小文丘里管插在大文丘里管中，能夠使差壓信號(hào)增大，其負(fù)壓測(cè)點(diǎn)取在內(nèi)文丘里喉部，通過該信號(hào)與風(fēng)道內(nèi)氣流的靜壓或全壓比較產(chǎn)生壓差進(jìn)行測(cè)量。它的輸出差壓大、靈敏度高；差壓與流速的線性關(guān)系較好，準(zhǔn)確度較高；壓損小，只占差壓1%；結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安裝方便；對(duì)測(cè)量直管段要求不嚴(yán)格。但它屬于點(diǎn)測(cè)量，要求流場(chǎng)穩(wěn)定或流動(dòng)相似；一般所處位置并非管內(nèi)平均流速點(diǎn)，準(zhǔn)確度難以達(dá)到3%；壓差波動(dòng)大，要求流場(chǎng)更加穩(wěn)定；設(shè)計(jì)和加工較難，成本較高；粉塵及黏稠物在其取壓管內(nèi)沉積結(jié)垢，難以清除，維護(hù)量大。文丘里管已越來越多地在電廠的—／二次風(fēng)量測(cè)量和大口徑管道的風(fēng)速測(cè)量中采用。
1.7機(jī)翼型測(cè)速裝置
機(jī)翼型測(cè)風(fēng)裝置是由多個(gè)全機(jī)翼、取樣傳壓管及一段矩形風(fēng)道構(gòu)成。當(dāng)氣流流經(jīng)機(jī)翼測(cè)量裝置時(shí)，在翼型表面形成繞流而產(chǎn)生壓差。該壓差與風(fēng)道內(nèi)的流速之間有～定的關(guān)系。常用的機(jī)翼型裝置有平板型、三曲線型、流線型三種不同截面型式。其中，平板型由翼頭半個(gè)圓柱體與兩塊平板相切組成；三曲線型由三條具有一定比例關(guān)系的弧線相切組成；流線型由翼頭圓柱體與兩塊符合流線曲線的凸形拱板相切組成。此機(jī)翼型測(cè)速裝置壓差大、靈敏度高和穩(wěn)定性好；壓損較小；上下游所需直管段較短，一般上游≥0.6D、下游≥0. 2D；制造容易，安裝維護(hù)方便。但它測(cè)壓孔多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成一定的壓損，運(yùn)行成本較高；易堵塞，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)；屬于非標(biāo)準(zhǔn)裝置，產(chǎn)品需要做標(biāo)定；屬于風(fēng)道型設(shè)備，體積大、造價(jià)高、搬運(yùn)困難。此法適用于低流速、大管徑、矩形截面、純凈流速測(cè)量，可用于大容量鍋爐大截面一／二次風(fēng)風(fēng)速測(cè)量。
1.8彎管測(cè)速裝置
彎管測(cè)速原理是流體通過彎管時(shí)，由于受彎管的約束被迫在彎管內(nèi)作近似圓周運(yùn)動(dòng)，流體在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內(nèi)外兩側(cè)，這時(shí)外管壁的壓強(qiáng)大于內(nèi)管壁的壓強(qiáng)，在彎頭的內(nèi)外圈產(chǎn)生靜壓差，由壓差與流速間的關(guān)系可得到流速。彎管測(cè)速裝置對(duì)上下游直管段的要求較低，上游≥2 ~3D、下游≥1D；彎頭法直接焊接在管道上，安裝簡單可靠；彎頭角度對(duì)測(cè)量結(jié)果無影響，可充分利用現(xiàn)場(chǎng)已有彎頭，節(jié)省安裝費(fèi)用；可靠性和精度較高；由于測(cè)量的是靜壓，解決了測(cè)量元件的磨損問題，且靜壓測(cè)管簡單可靠、成本低、壽命長；適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫／高壓／高濃度及其它惡劣環(huán)境下使用。但它輸出差壓小，測(cè)量精度不高；屬于非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，流量系數(shù)很難統(tǒng)一，難于標(biāo)準(zhǔn)化；屬于點(diǎn)測(cè)量，要求流場(chǎng)穩(wěn)定或流動(dòng)相似；壓損大，易泄漏，維修困難。此裝置完全適應(yīng)一次風(fēng)速測(cè)量環(huán)境的需求，適用于各種送粉系統(tǒng)的風(fēng)速在線監(jiān)測(cè)。
2、新型的風(fēng)速測(cè)量技術(shù)
隨著傳感測(cè)試技術(shù)發(fā)展，一些新型的氣體流量計(jì)在風(fēng)速測(cè)量中有著越來越廣泛的應(yīng)用。新型風(fēng)速測(cè)量技術(shù)主要采用橫截面式、熱式質(zhì)量、渦輪氣體、渦街氣體和超聲波氣體等流量計(jì)來測(cè)量風(fēng)速。這些測(cè)量技術(shù)也都各有特點(diǎn)，它們已開始用于火電廠一／二次風(fēng)速測(cè)量，但由于技術(shù)不成熟且成本較高等原因，目前還沒有被廣泛應(yīng)用于風(fēng)速測(cè)量中。隨著技術(shù)的成熟和成本的降低，這些新的風(fēng)速測(cè)量技術(shù)也會(huì)在風(fēng)速測(cè)量上逐步推廣應(yīng)用。此外，還有插入式多喉徑文丘利、V型錐、科里奧利及示蹤法等新型流量計(jì)都有其特點(diǎn)，也可用于包括風(fēng)速在內(nèi)的氣體流速測(cè)量。
3、風(fēng)速測(cè)量技術(shù)發(fā)展與選用
風(fēng)速測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為結(jié)構(gòu)從繁、重到簡、輕，向一體化發(fā)展；功能從單一到多種，向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；準(zhǔn)確度從低到高，向高精度發(fā)展：量程從小到大，向量程自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)展；安裝從繁到簡，向免安裝發(fā)展；校驗(yàn)從實(shí)校到干標(biāo)，向自動(dòng)校準(zhǔn)發(fā)展；壓損從大到小，向節(jié)能方向發(fā)展；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件從高向低；直管段從長到短；流體從單相到多相；測(cè)點(diǎn)從單點(diǎn)到多點(diǎn)；裝置從接觸式到無接觸式；顯示從模擬到數(shù)字；易堵性從易堵塞向自動(dòng)清堵發(fā)展；可靠性和壽命從低到高；產(chǎn)品從共性向個(gè)性，向?qū)Ｓ没l(fā)展。
用戶選擇測(cè)速裝置時(shí)需要考慮的因素有測(cè)量裝置的性能、流體的物理化學(xué)特性、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件及維護(hù)、壽命與成本費(fèi)用等。盡管風(fēng)速測(cè)量裝置種類很多，但每種技術(shù)都各自的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，用戶在選擇時(shí)，不可能面面俱到，而應(yīng)該針對(duì)電廠的風(fēng)速測(cè)量特點(diǎn)，權(quán)衡利弊，最后的抉擇一般是在成本與性能之間做平衡。
4、結(jié)束語
準(zhǔn)確的電站煤粉鍋爐風(fēng)速測(cè)量有助于進(jìn)行最佳燃燒工況和風(fēng)量調(diào)節(jié)，提高安全性和經(jīng)濟(jì)效益。由于鍋爐風(fēng)速測(cè)量受到諸多因素影響，目前的測(cè)量技術(shù)還無法滿足所有理想測(cè)量要求，每種技術(shù)各有特點(diǎn)和適用范圍，因此這就要求技術(shù)人員首先必須熟悉各種技術(shù)的特點(diǎn)，并綜合考慮相關(guān)影響條件，選擇最合適的測(cè)量手段，以滿足電站鍋爐工程測(cè)量的要求。本文全面地介紹了當(dāng)前各種風(fēng)速測(cè)量技術(shù)原理與特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)速測(cè)量技術(shù)的選擇有一定參考指導(dǎo)價(jià)值。
相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)熱風(fēng)空調(diào)
2、
木屑顆粒機(jī)
2、
秸稈顆粒機(jī)
