北京西域电建机电工程有限公司

电厂锅炉燃烧很大程度上影响着电厂运行的安全和经济性，有目的、有计划地控制、调整燃烧，实现锅炉最佳的运行方式，需要准确地测量影响燃烧工况的主要参数。一次风、二次风风速风量以及一次风煤粉浓度是影响燃烧的重要因素。因此，依据锅炉负荷情况、燃烧器形式、煤种等因素合理地调整电厂一、二次风参数，建立炉内良好的空气动力工况，是实现电厂经济运行和安全运行的关键。
大型锅炉的优化燃烧，当锅炉容量较大或燃烧器数目很多时，只有每个燃烧器都按一定的风粉比向炉内送入煤粉和空气，才能使炉内的燃烧效果最佳。如果各燃烧器以差异悬殊的比例送入煤粉和空气，即使炉膛过剩空气系数仍维持在规定的范围内，就单个燃烧器来说，空气量和煤粉量的不均匀分配，将使有的燃烧器严重缺风，有的严重缺煤，从而带来一系列不良后果。如果其中的某只煤粉管煤粉量过多，管道阻力增大，风量减少，则会发生煤粉沉积，危及安全运行。此外煤粉偏多在燃烧器附近形成不足的还原性气氛区，使煤灰的熔化温度降低，从而引起局部结渣。所以运行中要经常注意给煤、供风的情况，并及时进行调节，维持每只燃烧器一定的风粉比例。
国内火力发电厂煤粉锅炉的燃烧调整，绝大部分采用调整一、二次风静压的方法来实现，但是传统的静压测量方法，不能正常反映一、二次风道内的配风情况，这是由于各风道的长短、弯头的多少、风门的开度、煤粉的浓度等各不相同，虽然测得的静压相差不大，然而进入炉膛参加燃烧的一、二次风量却相差甚多。因此，用一、二次风静压来指导燃烧是不合理的，况且大多数锅炉的参数是一、二次风速，如果把风速调匀了，不管是何型号的锅炉，都将得到合理的燃烧工况。如果锅炉一、二次风配风合理，各风道内风速均匀，就可保证锅炉燃烧稳定，改善燃烧工况，提高锅炉运行效益。通过测量一、二次风速，能有效判断堵粉和断粉现象。调整一、二次风速，可以控制锅炉燃烧火焰中心，防止锅炉结焦和爆管。因此，测量一、二次风道风速对锅炉安全经济运行具有重要意义。
但是，迄今为止，存在风速的测量与标定都比较困难，测量的准确度比较低（达不到压力和温度的测量水平），流量计的通用性差等问题。引起这些问题的原因，主要有以下三个方面的原因：
1、流体性质的多样性：压力与温度参数的高低；流体中含尘量的多少；流体粘度的差别；单相流体与多相流体的区别，等等。这些物性会影响流体状态，在流量测量中必须加以考虑，但又很难精确；
2、管路系统的多样性：管道的直与弯的区别；圆截面与非圆截面的区别；直管段长短不一样，等等。都会影响流动状态，使流量测量复杂化；
3、流动状态的多样性：由于以上流体的物性和采用管道的不同，会影响到流体的流动状态，诸如旋转流和脉动流；层流、紊流；流动是否达到充分发展，等等。
由于火力发电厂锅炉二次风管道的直管段极短，或者几乎就没有；而且二次风的管道在极有限的距离内，分布有Ｔ形管道、Ｌ形弯管、调节风门、变径管等，使管道内二次风的流动状态变化莫测，这就使得二次风速的测量成为非常困难的事情。
我公司设计制造的靠背管式、橫截面式和多通道均速笛形管式锅炉一、二次风速测量装置能够有效解决上述问题，由于使用了独特的风速取样方式在有无直管段的场合均可进行精确测量。同时采用先进的高精度、低温漂进口微差压变送器和新的防堵技术，通过对风道内风速（动压）的测量，结合计算机技术，更加全面、准确地反映管内的一、二次风情况，是目前国内火电厂测量锅炉风道风速较为先进的测量装置。
二、一次风速测量装置的原理及特点
锅炉一次风速测量装置主要由风速测量探头、微差压变送器两部分组成。将风速测量探头测得的差压经防堵装置由导压管引至微差压变送器，再从就地变送器箱的接线端子输出4～20mADC标准信号，接入DCS系统；在DCS主机中进行数据运算并显示，显示画面可以显示一次风管道内的差压值，也可显示一次风管道内风速或喷口风速，算法可由我公司提供，由DCS厂家完成系统组态，其工作原理简图如图1所示。

图1. 一风速测量装置工作原理简图
根据风速测量探头的形式，该装置一次风速测量使用靠背管式。
与二次风速测量相比，一次风速测量时能够找到相对合适的直管段来安装单点式测量装置，将探头安装管道的均速点上。我公司设计制造的一次风速测量装置是基于靠背测量原理，测量装置安装在管道上，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面管内压力较高，其压力称为“全压”，背风侧由于不受气流冲压，其管内的压力为风管内的静压力，其压力称为“静压”，全压和静压之差称为差压，其大小与管内风速有关，风速越大，差压越大；风速小，差压也小，因此，只要测量出差压的大小，再找出差压与风速的对应关系，就能正确地测出管内风速。
测量装置特点：

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刚玉：是以Al2O3粉为原料，经高温（1895℃）熔炼而成。呈白色，硬度比棕刚玉略高，韧性稍低。
以刚玉做防护的一次风速使用寿命通常在3～5年，在特硬煤种燃料环境中使用寿命在4个月左右。
锆刚玉：是以氧化锆为原料并添加少量氧化铝在电弧炉中经2300℃以上高温冶炼而成。锆刚玉是以富铝，锆材料以及添加剂于电弧炉中，经2300℃以上高温冶炼而成，质地坚韧，结构致密，强度高。主要矿物相是a-Al2O3和Al2O3-ZrO2形成的共晶体。Al2O3的熔点为2050℃，ZrO2的熔点为2690℃。在ZrO2含量为42.6%，温度为1710℃时是Al2O3和ZrO2共晶点。在组成确定后，当温度在相应组成液相线以上时，改变其温度不会导致新相的出现。当温度降到相应组分液相线上时，晶相开始析出，液相组成沿着液相线向共熔点方向变化。当温度达到共熔点时，按共熔点组成中的比例同时析出晶相Al2O3和ZrO2共熔相。当锆刚玉熔体冷却时，就开始产生晶体。晶体尺寸一般通过控制晶体成长速度，即采取急冷(过冷)的方法来实现。
以锆刚玉做防护的一次风速使用寿命约为刚玉的1.5～2倍。
碳化硼：碳化硼（B4C）是以硼酸（H3BO3）和炭素材料为原料，在电弧炉内经1700~2300℃的高温冶炼，由碳直接还原熔融的硼酐（B2O3）而制得。碳化硼是一种具有金属光泽的灰黑色粉末，是一种超硬材料。在空气中加热至500℃时，碳化硼开始氧化当温度达到800~900℃时，其氧化作用更为显著。碳化硼曾用来代替金刚石研磨硬质合金刀具。其烧结制品可以代替金刚石作为砂轮的修整工具，适用于精磨碳钨合金、碳钛合金、烧结刚玉、人造宝石和特殊陶瓷等硬质材料制品。
以碳化硼做防护的一次风速使用寿命约为刚玉的3～4倍。
立方结构的氮化硼：分子式为BN,其晶体结构类似金刚石，硬度微微略低于金刚石，为HV72000～98000兆帕，通常用作磨料和刀具材料。其在大约1300摄氏度高温、118430个大气压的高压条件下形成了晶体。其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性，以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能，它的硬度仅次于金钢石，但热稳定性远高于金钢石，对铁系金属元素有较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任难磨材料的加工，提高生产率，还能有效地提高工件的磨削质量。工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色。

科学家人工合成纳米等级的立方氮化硼
以碳立方结构的氮化硼做防护的一次风速使用寿命约为刚玉的10倍以上。
太空防磨漆：为一种高温性能突出的防磨材料，通常用于航天领域，温度在355℃以上时，防磨特性突出。
以上防磨材料我公司经过大量的实践摸索，从而掌握大量了材质特性和生产加工工艺，产品科学、成熟、可靠。
◆防堵塞：一次风速测量装置堵塞主要体现两部分—取样探头堵塞与取样管10mm头端堵塞，我公司在这两方面均有成熟的技术与成型产品。
探头防堵：一次风道中含有大量的粉尘，同时有些煤质中湿度很大，含有大量的粘性流体，基于以上工况对探头提出了新的要求，我公司所有测量管路均使用本溪钢铁集团为烟风量测量装置特殊研制的超硬不锈钢耐酸碱腐蚀特性突出的合金，并且内、外壁均抛光并使用航天工艺硬化，内、外壁特别光滑，利于粘性流体或灰尘脱落。结构上所有管路均为垂直安装,在重力的作用下，利于粘性流体或粉尘脱落。
在管路内加装了专为清灰设计的经过严格计算好的自摆针---可变混频振打装置，由于风的作用，将接受到的风能转变为动能，对测量管壁内侧进行划刮、撞击、震动，使管路内无法积灰。
我公司设计的可变混频振打装置处于微动态平衡状态，即使在1m/s的低风速状态下也能大幅度摆动、刮削起到清除杂质使管路通畅作用。

取样管防堵：一般情况下，管路无漏点，粉尘无法进入取样管路，但密封都是相对的，管路在压力传递过程中管路内的空气经历有限压缩，将粉尘带入管路头端3～10mm的区域，使粉尘在此停留，进而堵塞。
我公司在此位置进行了环路设计，使粉尘可以回流到取样管路。

◆节能：对于整个大风道来说，单点一次风速测量装置的挡风面积几乎可以忽略不计，因此，其对整个风道流体的压力损失几乎没有，节能效果十分显著，且安装方便
 三、技术参数及性能指标
◆输入回路数：可根据用户需要进行任意组合，一般不大于16路；
◆变送器电源：24VDC二线制（特殊要求在订货时注明）
◆输出信号：DC 4～20mA；
◆量程：风速为0～70m/s；
◆测量范围：差压：0～±100Kpa静压：-100Kpa～+100Kpa
◆工作条件：-10℃～+60℃，环境温度：-40℃～+80℃，相对温度≤95%，保护等级IP56
◆变送器柜：（铁箱或不锈钢），外尺寸按安装路数而定；
◆变送器壳体材料：铝合金
 四、装置结构及安装
1. 靠背管探头结构及安装
靠背管探头结构及安装示意图，如图8所示。

图8. 靠背管探头安装示意图