0 引言
在火力发电厂中，每台锅炉消耗的煤炭数以万吨以上计，实现锅炉燃烧优化控制，将有利于降低能源消耗，提高燃烧效率，减少烟气总量排放和烟尘排放，降低烟气中NO/CO含量，减少运行人员操作的盲目性等等。要实现锅炉的燃烧优化控制，稳定、准确的风量测量是必不可少的，也是非常重要的。本文将介绍一种新型风量测量装置－美国KURZ热式气体质量流量计的性能特点及其应用。
1 锅炉风量测量装置现状
在锅炉的燃烧控制中，如何使燃料和助燃空气达到合理的配比以达到最佳燃烧，在理论上已有大量研究和论述。但在实际应用中，锅炉的燃烧控制结果却往往不能尽如人意，主要是燃烧控制中存在着一些难点，如准确地测量送风机的风量、炉膛4个角的二次风量。
炉膛的送风风量和二次风量的测量有如下特点：风道管径大，一般直径为2～3m或更大，尤其是二次风量的温度较高，125MW机组一般在300摄氏度左右。锅炉的二次风量测量有总管流量测量，分管流量测量，国内许多应用中尚无有效的流量仪表进行可靠测量，某些电厂也曾应用了一些国内新型仪表进行测量，但整体效果一般，使用可靠性差、寿命短。而有的电厂只是通过二次风挡板的开度信号来调节助燃空气流量，由于挡板的性能、控制精度、重复性差等原因，使助燃空气的流量很难准确测量，更难以实现准确的燃料配比，严重地影响着燃烧效率。
九十年代初以来，一些进口锅炉的燃烧控制设备，选用了美国KURZ公司生产的热式气体质量流量计，用于锅炉的风量测量，并将测量信号参与自动控制，取得了较好的效果。
2 传统风量测量装置原理及存在的问题
2.1 机翼型测风装置
机翼型测风装置由多个全机翼、取样管传压管及一段矩形风道构成。当气流流经机翼测量装置时，在翼型表面形成绕流，产生压差。该压差与风道内的气体流速(或流量)之间呈一定的系数关系。缺点是：
（1）大大减少风道的流通面积。为了在减少流通面积的情况下，仍保持应有的风量，以维持正常的发电负荷的要求，就必须提高风机的功率，增大能源消耗。
（2）机翼压力引出管大多用仪表管引出，大量的灰粒沉结在引出管口上，容易堵塞。
（3）长时间使用后，导致流量信号不准确。
2.2 差压原理流量计
差压原理流量计是通过节流装置产生的差压和气体的流速的平方成正比来测量气体流量。差压流量计容易损坏，流量测量的精度取决于取压装置的精度。
2.3 容积式流量计
容积式流量计是通过把流体分成定体积的流量来测量体积流量。容积式流量计能提供极高的精度，但由于活动部件易磨损且产生不可恢复的压损。
3 新型风量测量装置原理及性能
热式流量计可直接测量气体的质量流量，这一点在气体流量测量上是非常重要的。因为温度或压力的变化对气体的质量流量测量造成极大的影响，例如在气体的流速保持恒定时，气体温度从20O℃变到50O℃，质量流量相应减少9%；绝对压力变为原来的两倍时，质量流量也变为原来的2倍。
美国KURZ公司热式流量计的传感元件，包括2个带不锈钢套管保护的铂RTD温度敏感元件，其中一个为参比元件，测量介质自身的温度作为参比温度；另一个为测量元件测量流体流过加热器带走热量之后的温度。在两个铂电阻传感元件之间，存在着温差(电阻差)，此温差通过电路可转换为电压信号，由于气体带走的热量和气体的质量流量成一定的比例关系，气体带走的热量和传感元件之间的温差有关，流量越大两传感头之间的温差越小，因此通过测量温差就可得到气体的质量流量。
无活动部件热扩散技术已被证明在一些恶劣环境中能可靠运行，可根据不同流体而选用适应的传感元件材质。如大多数应用场合选用316不锈钢，而一些特殊场合则选用哈氏合金或其它金属材质，另外插入式流量计在大多数应用场合产生的压损是可以忽略的，这样就减少了压损造成的能源浪费。
热导技术有着非常高的量程比，大多数应用场合采用的量程比为10：1或100：1，而一些特殊应用场合采用的量程比可达1000：1。如火炬气监测需要的量程比为500：1或更高。
热式流量计能测量极低的流量或流速，插入式流量计的流速下限为0.05Nm3/s，而管道式的流速下限为0.09Nm3/h。热式流量计由于其独特的设计原理，因此与流体的雷诺数无关，能在层流过渡流湍流条件下标定。
4 钱清发电厂风量测量装置改造实践
4.1 改造背景
钱清发电厂1号炉二次风量、送风风量原采用机翼型测风装置，二次风量测点4个，送风风量测点2个。由于机翼测量装置存在精度低、对风道阻力大、测量管路容易堵塞等缺点，不能满足安全生产的需要，因此对测量装置实施了改造。
4.2 改造工作实施
本次改造范围：甲乙侧送风风道上各安装2台KURZ 454FT-16-MT流量计用于送风量测量；二次风量4个角各安装1台KURZ 454FT-16-HHT用于二次风量测量。原来的机翼测量装置被拆除，并进行计算机电缆敷设，电缆出桥架后均用镀锌保护管穿管。风量测量装置采用法兰式安装，并加装球阀，以便于今后的维护。在风箱上开孔布置KURZ流量计的测点位置非常重要，直接影响今后测量的准确性。因此在设计测点布置图后，请厂家技术人员到现场实际查看，经反复探讨论证后确定安装位置。KURZ流量计的接地也不容忽视，不仅信号传输电缆要接地，测量装置的机壳也要独立接地，避免外界的干扰。送风风量配置2个24V/10A电源，二次风量配置1个24V/10A电源。完成风量测量装置的安装和调试后对DCS相关组态做了修改。
4.3 改造后系统调试及标定
2005年6月7日，我们和厂家技术人员一起，对风量测量装置进行动态标定。标定分两个工况：模拟125MW负荷和75MW负荷下，对风量测量装置进行校对、参数修正。在运行人员的配合下，启动送、引风机，调整各风门开度，模拟两个工况的送风量。
标定使用仪器：美国KURZ公司2444型便携式风速风速仪。
图1 送风风量测量位置示意图
送风管道安装的流量计为：454FT-16-MT。二次风管道安装的流量计为：454FT-16-HHT。
（1）模拟负荷125MW工况下送风管道测量数据
模拟负荷125MW工况下乙侧送风管道便携式风速仪测量数据见表1。标态定义为：0℃、760mmHg
表1乙侧送风管道便携式 m/s
入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.275
11.2
13.1
14.1
11.2
49.6
0.825
12.4
13.2
12.5
11.9
50
1.375
12.5
13.4
13.3
11.4
50.6
1.925
9.7
12.2
13.3
8.6
43.8
194
12.12
安装在该送风管道上2台454FT流量计的数据见下表2。
表2
FD 11345A
KURZ(A)
12.1
12.1
12.1
12.1
48.4
AVG. V=12.1
FD 11344A
KURZ(B)
12.5
12.5
12.6
12.7
50.3
AVG. V=12.57
甲侧送风管道便携式风速仪测量数据见表3
表3 （m/s）
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.275
11.2
13.2
13.7
12.6
50.7
0.825
11.6
12.9
13.2
11.7
49.4
1.375
10.6
13.1
14
11.7
49.4
1.925
9.5
12.3
12.4
8.3
42.5
192
12
安装在该送风管道上2台454FT流量计的数据见表4。
表4
FD 11346A
KURZ(A)
13.2
13.1
13.4
13.2
52.9
AVG. V=13.2
FD 11343A
KURZ(B)
12.3
12.4
12.4
12.3
49.4
AVG. V=12.35
（2）模拟负荷75MW工况下送风管道测量数据
模拟负荷75MW工况下乙侧送风管道便携式风速仪测量数据见表5。
表5 （m/s）
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.275
9.3
10.3
11.6
9.3
40.5
0.825
9.5
10.5
10.3
9.6
39.9
1.375
8.2
10.2
10.5
9.3
38.2
1.925
7.4
9.7
8.2
5.5
30.8
194.4
9.33
安装在该送风管道上2台454FT流量计的数据见表6
表6
FD 11345A
KURZ(A)
9.8
10
9.9
9.7
39.4
AVG V=9.8
FD 11344A
KURZ(B)
10.3
10.3
10.3
10.2
41.1
AVG. V=10.27
甲侧送风管道便携式风速仪测量数据见表7。
表7 （m/s）
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.275
9.4
11.3
11.8
10.3
42.8
0.825
9.3
10.8
11.2
9.5
40.8
1.375
8.9
10.6
11.4
9.8
40.7
1.925
8.3
10.1
10.5
6.2
35.1
159.4
9.96
安装在该送风管道上2台流量计的数据见表8
表8
FD 11346A
KURZ(A)
10.9
10.8
10.9
10.6
43.2
AVG. V=10.8
FD 11343A
KURZ(B)
10.7
10.4
10.4
10.5
42
AVG. V=10.5
在125MW负荷工况下，二次风道风量测量数据见表9～12。标态定义为：0℃、760mmHg。
表9 二次风管角4 m/s
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.25
15.8
17.2
18.4
19.2
70.6
0.75
15.5
13.8
16.3
16.5
62.1
1.25
15.3
14.6
15.3
14
59.2
191.9
15.99
KURZ
17.5
17.6
17.6
17.5
70.2
17.55
表10二次风管角3 m/s
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.25
16.6
19.2
18.6
17.8
72.2
0.75
16.8
17.5
17.2
17.1
68.6
1.25
17
18.6
17.7
17.5
70.8
211.6
17.63
KURZ
24.3
24.4
24.4
24.4
97.5
24.4
表11二次风管角2 m/s
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.25
16.1
19.6
19.6
未测
55.3
0.75
17.2
17.9
18.4
未测
53.5
1.25
18
18.2
19.1
未测
55.3
164.1
18.2
KURZ
29.9
29.8
29.9
89.6
29.9
表 12 二次风管角1 m/s
插入深度 /m
Port1
Port2
Port3
Port4
合计
平均值
0.25
14.7
15.9
16.1
17.2
63.9
0.75
14.1
14.2
14.8
16.9
60
1.25
14.5
14.5
14.9
13.9
57.8
181.7
15.14
KURZ
16.9
16.9
16.9
16.9
67.6
16.9
4.4 改造效果分析
从标定测试结果来看，二次风量2号3号角测量值略偏大，进行了修正，其他风量测量数据比较接近标定值，能正确反应风量的变化和测量值。在机组启动后，8台风量装置测量准确，反应灵敏，工作稳定可靠，为运行人员的燃烧调整提供了参考依据。拆除了原机翼测量装置，减小了风道阻力，达到了节能的效果。
5 结论
根据火力发电厂锅炉风量测量的特点，选用KURZ热式气体质量流量计作为风量测量装置，给机组的安全经济运行提供了极大的帮助。从实际使用情况来看，KURZ热式气体质量流量计具有安装简单、量程比大，响应速度快，准确性、可靠性高，损耗低等特点，并达到了节能的效果。KURZ的热质量流量计技术应该说是目前较为领先的技术，替代传统流量测量装置对火电厂来说具有较高的经济和实用价值。
