目前工业上气体流量测量装置的类型多达数十种。电厂锅炉风量测量装置一般使用机翼测风装置、均速管(阿纽巴、威力巴)、文丘里管及热导式流量计等。但由于机翼型测风装置体积较大,压损较大,制造安装都比较困难,且易堵塞信号管路;均速管输出的差压信号较小,易堵塞,精度较差;文丘里管对其前后直管段要求较长;热导式流量计响应慢,传感器积灰影响测量值,且造价昂贵。
电厂锅炉一、二次风管道,往往是直管段很短,但管道(圆形或矩形)的当量直径又很大,这给风量的测量带来很大的困难,直接影响到锅炉的燃烧调整和风量自动控制系统的投入率
针对上述存在的问题,北京北交富沃机电工程科技有限公司,采用航空气动理论及流体力学等学科的最新研究成果,应用大型计算机技术和风洞实验,与东南大学联合开发研制的基于比托管原理的国家专利产品防堵阵列式风量风速测量装置,有效解决了测量装置的防堵问题以及低流速、大流量、大管径工作状态下要求差压值大、永久压力损失小、直管段不够长度等一系列难题,同时网格状阵列结构提高了装置的测量精度、线性度和重复性。
防堵阵列式风量风速测量装置稳定性好,在大的负荷范围内具有平滑的压差特性。另外,该装置安装特别方便,且几乎不用维护保养。该风量风速测量装置在电力系统应用多年以来,效果十分良好,受到用户一致好评。
【概述】
在电站锅炉上有许多需要测量气体流速流量的风 管风道,测量气体的流量是指导安全经济运行的重要参数,为了实现这一目的,目前有多种在线的气体流量测量装置在电站锅炉上运行。由于锅炉风管风道大多不是理想的结构,主要问题是弯管变径部位多、直管段短、含粉尘等,因此对风量测量装置提出了更高的要求。
FWS92 系列防堵阵列式风量测量装置是一种具有防堵性能的多点风速风量在线测量装置,每套阵列风量测量装置由多支测量探头组成,每支探头包括多对具有防堵功能的基于标准毕托管测量原理的气体流速传感器,相当于组成了毕托管阵列进行风量测量。
【主要特点】
基于标准毕托管的测量原理;测量精度高、良好的线性度与重要性;可以任意角 度安装;很高的性能价格比,非常经济的运行成本;可以忽略不计的管道压力损失,有效降低风机电耗; 管道内截面多点阵列分布、测量平均流速;对风道、风管的直管段无严格要求,既使直管段小于是 1d ,也可以准确测量;对用户提供个性化设计方案,调整测点位置与数量,实现网格法测量;传感器内部包含防堵塞装置,自动清除感压口处的灰尘,保持连续运行不会堵塞,无须外加任何压缩气体吹扫,做到长期运行免维护;全压感压口设计成抛物面结构,可产生较大的差压输出,达到标准风量测量装置的 2.5 倍以上;适合各类锅炉大管径、 低流速、短直管段的风管风道流速测量。
【技术指标】
测点距离 |
0.1 -1.0m (根据系统需要确定) |
探头材料 |
321 不锈铜( 1Cr18Ni9Ti )或 361 不锈铜 |
探头长度 |
0.2 – 6.0m (根据风道尺寸确定) |
测量介质 |
空气或其它低湿度 \ 含气体尘 |
风管风道最小直管径 |
≥ 0.5d |
动压输出接口 |
M20 × 1.5 外螺纹 |
测量精度 |
1.5%( 现场校验后可达 0.5%) |
工作温度 |
-50 ~ 450 ℃ |
【主要用途】
可用于电站锅炉煤粉管道以外的各种风速风量测量
☆ 冷一次风、二次风风量测量;热一次风、二次风风量测量 ;
☆ 送风机入口或出口总风量测量;增压风风量测量;
☆ 双进双出筒式磨煤机(BBD)中的风量测量;
☆ 中速磨煤机入口风风量测量;
☆ 循环流化床锅炉所有风管风道风速风量测量;
☆ 其他需要测量气体流量的场所。
【传感器设计及工作原理】
测量管道内的气体流量,理想的状态是管道壁光洁而且有足够长的直管段,否则管道内气体的流场就会不均匀,存在紊与旋流,从而影响测量的准确度。电站锅炉的风管风道大多不具备理想的测量条件,解决的方法就是采用网格法在风道中布置多个测点,得到风道内的平均风速。FWS92防堵阵列式风量测量装置就是一种实现气体流速多点测量的装置,并且有非常优良的防粉尘堵塞的功能。
FWS92 系列防堵阵列式风量测量装置是基于标准毕托管测量原理,根据ISO3966:1997《封闭管道中流体流量的测量/采用 皮托静压管的速度一面积法》国际标准设计 制造的。测量装置安装在管道上,其探头插入管道内,当管道内有气体流动时,全压传感器受气流冲击,在此处气流的动能转换成压力其压称为“静压”,全压和静压之差称为差压,其大小与管道内风速有关,风速越大,差压 越大;风速小,差压也小,风速与差压的关系符合伯努得方程:

如图所示,全压传感器的感压口对准气体的气流方向, 气流在全压传感上产生与流速对应的压力,相邻的静压传感器同时测出该位置的风道静压,在这一测点位置就有代表气体流速的动压(差压)输出。在一支测量探头上,如果配置多对流速传感器,探头的输出则代表多个测点的平均流速。
当风道内插入多支测量探头时,将探头输出的全压与全压、静压与静压并联起来,就可以准确测量风道截面各测点的平均流速。这就意味着如果尽量多地在风道内布置测量探头、每支测量探头尽量多地配置流速传感器,就可以避免风道内由于旋流、紊流造成的流场不均匀对测量带来的影响,减少测量误差。
流速传感器的结构很简单,如图所示,全压感压口设计成抛物面结构,这样可以降低对气流的方向要求,并且有压 力放大、稳定输出的作用。传感器内部设计了巧妙的防粉尘堵塞装置,在气流的冲出和风道振动产生的能量作用下,能够自动清除感压口处的灰尘,保持感压口不会堵塞。
如图所示,全压传感器的感压口对准气体的气流方向,气流在全压传感上产生与流速对应的压力,相邻的静压传感器同时测出该位置的风道静压,在这一测点位置就有代表气体流速的动压(差压)输出。在一支测量探头上,如果配置多对流速传感器,探头的输出则代表多个测点的平均流速。
当风道内插入多支测量探头时,将探头输出的全压与全压、静压与静压并联起来就可以准确测量风道截面各测点的平均流速。这就意味着如果尽量多地在风道内布置测量探头、每支测量探头尽量多地配置流速传感器,就可以避免风道内由于旋流、紊流造成的流场不均匀对测量带来的影响,减少测量误差。
流速传感器的结构很简单,如图所示,全压感压口设计成抛物面结构,这样可以降低对气流的方向要求,并且有压 力放大、稳定输出的作用。传感器内部设计了巧妙的防粉尘堵塞装置,在气流的冲出和风道振动产生的能量作用下,能够自动清除感压口处的灰尘,保持感压口不会堵塞。
【与其它风量测量装置性能的比较】
目前的电站锅炉上有多种风量测量装置在使用,由于其工作原理与结构的不同,各有特点,以下
将主要的几种风量测量装置进行比较。
表一:几种风量测量装置性能对照表
产品名称 |
测量精度 |
压力损失 |
直管段要求 |
防堵性能 |
输出稳定性 |
均速管 |
高 |
小 |
一般 |
一般 |
一般 |
文丘里 |
高(单点) |
小 |
高(单点) |
一般 |
一般 |
机翼型 |
一般 |
大 |
一般 |
一般 |
一般 |
热式气体流量 |
高(单点) |
小 |
高(单点) |
较好 |
好 |
防堵靠背管 |
一般 |
小 |
高(单点) |
最好 |
一般 |
PBS92 系列防堵阵列式风量测量装置 |
高 |
小 |
低 |
好 |
较好 |
表二:几种风量测量装置特点对照表
产品名称 |
优点 |
缺点 |
均速管型 |
插入式,安装方便;阻力小,
节能性能好;反应速度快;
可实现多点布置测量大风道
平均流速 |
取压口易堵塞,运行维护量大,不适
宜含粉介质风量测量,输出差压小 |
文丘里型 |
插入式,安装方便;阻力小,
节能性能好;反应速度快 |
取压口易堵塞,运行维护量大,不适
宜含粉介质;如果单点布置,不适宜
大风道的风时测量,输出差压小 |
机翼型 |
反应速度快;多点测量大风道
平均流速 |
体积大,安装不方便;风道阻力大,
不节能;取压口易堵塞,运行维护
量大,不适宜含粉介质 |
防堵靠背管 |
插入式,安装方便;阻力小,
节能性能好;反应速度快;
防堵塞,即使是高浓度的煤
粉气流也能适用,运行维护
量小 |
仅适合水平风道测量 |
PBS92 系列防无堵阵列式风量测量装置 |
插入式,安装方便;阻力小,
节能性能好;反应速度快;多
点测量大风道平均流速;防堵
塞 |
不适用较小直径的风管 |
【选型】
于直管足够长(上游不小于10倍的当量直径,下游不小于3倍的当量直径)的矩形风道,可以参照以下表格选择探头的数量。当直管段较小时,应酌情增加探头的数量。
表三:选择探头数量参照表
风道直径 (mm) |
探头数量 |
风道直径( mm ) |
探头数量 |
200 ~ 500 |
1 |
2000 ~ 3500 |
3 ~ 4 |
500 ~ 1000 |
1 ~ 2 |
3500 ~ 5500 |
4 ~ 5 |
1000 ~ 2000 |
2 ~ 3 |
5500 ~ 8000 |
5 ~ 7 |
对于直管足够长(上游不小于 10 倍的当量直径,下游不小于 3 倍的当量直径)的圆形管道一般采用单支探头,探头上的流速传感器数量和分布形式根据 SP3966:1997 《封闭管道中流体流量的测量 / 采用皮托静压管的速度 - 面积法》标准确定。但当直管段较小时,可采用十字交叉方式插入 2 支探头。 (注释:当量直径是为了方便计算矩形管道口径而采用的概念尺寸,矩形管道的当量直径为:
式中 H 是风道高度 , W 是风道宽度) 针对每个风道 , 防堵阵列式风量测量装置可以根据以上原则进行选型 , 选型表如上。

【典型应用安例】
某600MW 机组空预器出口热一次风流量
1、设计参数
测量介质 |
热风 |
压力 |
13.5KPa |
温度 |
338 ℃ |
最大流量 |
193140Nm 3 /h |
运行流量 |
134244 Nm3/h |
管径 |
φ2320 × 4 |
管道布道 |
水平 |
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2、选型
根据设计参数和图纸,管道布置在锅炉两侧,直管段很长,因此采用单支探头即可满足
测量要求。
推荐型号: FWS92-C-2320-A-200-1

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