基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置

摘要

本发明公开一种基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置。二次风测量装置由全压取样管和全压连通管单元、静压取样管和静压连通管单元、差压变送器、自清灰单元、自动吹扫单元、全/静压取样管互换单元、二次风量软测量单元组成。挖掘二次风测量装置的防堵潜能，全/静压取样管互换提高了二次风测量的精度和可靠性。集成自清灰、吹扫功能，矩/圆形管道采用等截面网格/环形的多测点方案，进一步提高了二次风测量的精度和可靠性。吹扫作业，以及全压取样管堵塞或发电机组出力→min、运行人员指令下的全/静压取样管互换作业；立足二次风量软测量数据，吹扫作业和全/静压取样管互换作业期间，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC。

权利要求

1.一种基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置，其特征在于二次风测量装置由全压取样管和全压连通管、静压取样管和静压连通管、差压变送器、自清灰单元、自动吹扫单元、全/静压取样管互换单元、二次风量软测量单元组成；基于靠背原理，多测点的全压取样口正对二次风，静压取样口背对二次风，分别采集各测点的全压和静压；各测点的全压和静压分别经全压取样管、静压取样管接入全压连通管、静压连通管，全压连通管、静压连通管接入差压变送器，差压变送器输出二次风全压减静压的差压、即二次风量的数据至锅炉燃烧调节DCS；自清灰单元的清灰棒借助二次风的流体动能实现自清灰；锅炉燃烧调节DCS控制自动吹扫单元，定期吹扫全压取样管和全压连通管、静压取样管和静压连通管，立足二次风量软测量单元提供的二次风量数据，吹扫作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC；全压取样管堵塞结块或发电机组出力→min，运行人员给出互换指令，锅炉燃烧调节DCS控制全/静压取样管互换单元，进行全/静压取样管互换作业，立足二次风量软测量单元提供的二次风量数据，全/静压取样管互换作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC。

2.根据权利要求1所述的基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置，其特征在于所述位于二次风管道内的全压取样管包括全压取样管固定部分、全压取样管活动部分；全压取样管固定部分的一端固定在全压连通管上、并与全压连通管连通，全压取样管固定部分的另一端为外锥体；全压取样管活动部分的一端为全压取样口、正对二次风，全压取样管活动部分的另一端为内锥孔，所述外锥体与所述内锥孔研配；位于二次风管道内的静压取样管与全压取样管类同，差异之处有二：静压取样管固定部分的一端固定在静压连通管上、并与静压连通管连通，静压取样管活动部分的另一端为静压取样口、背向二次风；

全、静压取样管活动部分均固定在转动基座上，分别布置在以基座为圆心、相对180°的位置；转动基座与转动连杆固定连接，转动连杆转动时，转动基座带动全、静压取样管活动部分实现位置互换；转动基座上设有一个圆环状的活动腔室，全、静压连通管穿过圆环状活动腔室、与转动基座无接触：转动基座转动时，全、静压连通管保持在原有固定位置；转动基座上安装感应式接近开关，当全、静压取样管活动部分正对静压连通管时，所述接近开关动作‑‑触点闭合；

实现全/静压取样管互换的机电设备包括进退力矩电机、旋转力矩电机、传动凹槽板、传动齿、所述接近开关、传动板、进/退到位限位挡板及相应连接杆；取样管互换涉及垂直退出平移过程，水平旋转过程、垂直进入平移过程；全/静压取样管互换的垂直退出平移过程：进退力矩电机带动传动板后退，传动板与转动连杆固定连接，传动板后退时转动连杆同步后退，固定在转动连杆上的转动基座以及全/静压取样管活动部分一同动作，全/静压取样管活动部分与固定部分分离；当传动板接触退到位限位挡板后，进退力矩电机由于过力矩停止，全/静压取样管固定部分与活动部分按设计距离完成分离；

全/静压取样管互换的水平旋转过程：取样管固定部分与活动部分分离到位，旋转力矩电机启动，带动传动凹槽板正向移动，传动凹槽板上的凹槽与固定在转动连杆上的转动齿咬合，通过转动齿实现传动连杆的逆时针旋转；传动连杆旋转时，带动转动基座逆时针旋转，当转动角＝180°时，全压取样管活动部分转至所述接近开关、所述接近开关触点动作，发出全/静压取样管活动部分转动到位信号，旋转力矩电机停止，全/静压取样管活动部分的水平位置实现互换；全/静压取样管互换的垂直进入平移过程：与上述的垂直退出平移过程类同，全/静压取样管活动部分水平位置互换到位，进退力矩电机带动传动板前进，全/静压取样管固定部分的外锥体插入取样管活动部分的内锥孔内，传动板接触到进到位限位挡板，力矩电机由于过力矩停止，全/静压取样管活动部分与静/全压取样管固定部分复位。

3.根据权利要求1所述的基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置，其特征在于所述全/静压取样管位于矩形管道采用等截面网格的多测点方案，位于圆形管道则采用环形多测点方案；

锅炉二次风量软测量模型由锅炉过量空气系数计算公式反推得出，根据氧化锆测得的烟气氧量[O2]及煤的发热量QB计算锅炉总二次风量；输入变量包括：单位燃料量对应的机组负荷K1、机组发电效率ηu、燃料量qc、烟气氧量[O2]、风量修正系数A1和空气热量修正系数A2；

锅炉二次风量V1计算公式如下：

[O2]为烟气中含有的氧气的体积分数，由安装在空预器出口的氧化锆测量装置测量得出，O2为空气中含有的氧气的体积分数，是一个常数、近似取21％；

QB为当给煤量为qc时燃烧的热量，可以用燃煤的低位发热量乘以给煤量计算得到，即：QB＝qcQar

其中，qc为燃料量；Qar为燃煤的低位发热量，可用以下公式进行计算：式中K1为单位燃料量对应的机组负荷；ηu为机组发电效率；

风量修正系数A1是为了修正燃烧实际所需二次风量与燃烧后产生烟气的偏差，计算公式为：

式中Car、Har、Oar、Sar、Nar分别为煤的收到基中碳、氢、氧、硫、水分的质量分数；

空气热量修正系数A2是为了修正实际空气热量比与理论值的差异，计算公式为：式中Cat、Hat、Oat、Sat、Mat分别为煤的收到基中碳、氢、氧、硫、水分的质量分数。

4.一种使用如权利要求1所述基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置的二次风测量方法，其特征在于二次风测量方法流程如下：变量说明

时间time，t

吹扫周期sweepperiod，P_sweep软测量soft sensor，S_sensor传感器测量sensor measurement，M_sensor测量误差measurementerror，E_measurement测量误差阈值measurementerrorthreshold，TE_measurement算法说明

测量误差 (M_sensor‑S_sensor)/M_sensor (1)二次风量传感器故障判据E_measurement≥TE_measurement二次风测量方法的流程

①读M_sensor、S_sensor根据公式(1)，计算E_measurement②自清灰作业

③吹扫作业

如果t＝P_sweep

采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC否则转④④全/静压取样管互换作业

④‑1如果E_measurement≥TE_measurement，运行人员给出互换指令采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC执行全/静压取样管互换作业否则转④‑2

④‑2如果发电机组出力→min，运行人员给出互换指令采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC执行全/静压取样管互换作业

否则转⑤

⑤转①。

说明书

基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置

技术领域

[0001] 本发明属燃煤电站锅炉二次风的测量技术领域。特指采用全/静压取样管互换、风量软测量技术，集成吹扫和自清灰功能的高可靠二次风测量装置和方法。

背景技术

[0002] 2020年9月22日，中国联大庄重承诺：二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。因此，推进清洁能源、可再生能源是我国的既定国策。光伏发电有赖于日
照、风力发电取决于气象，故上述可再生能源具有随机性、不可控性的固有特征。核能发电
出于安全考量，现有技术条件下，只能有限地参与电网的负荷调节，况且“调节”的代价不
菲、实时性差。大型水电站和抽水蓄能电站的技术成熟，遗撼的是如今适宜建站的、不可再
生的场地资源几近枯竭。国内电力负荷的实时调节主要依靠燃煤机组和燃气机组，“富煤、
贫油、少气”的资源禀赋，燃煤机组占比远大于燃气机组的现状，在可预见的时间内电网调
峰主角非燃煤机组莫属。燃煤机组参与电网调峰，给风、光、潮汐等新能源腾出消纳空间，需
要频繁调节机组和锅炉出力。近年来，负荷低谷阶段的机组出力已降至30％BRC(额定最高
出力)；偏离设计工况如此之大，一旦燃烧调节系统出现异常，发生锅炉熄火等事故的可能
性剧增；因此，提高燃烧调节系统、送风调节系统和风量测量的可靠性和精度，是燃煤电站
参与调峰的必要条件。

[0003] 送风调节系统是锅炉燃烧自动调节系统的重要组成部分，送风调节系统运行的好坏，直接影响炉膛过量空气系数的变化，即排烟氧量。送风调节系统由风量测量系统、风量
控制逻辑、信号输入输出系统，风量调节机构等部门组成，其中最基础、最关键的部门就是
风量测量系统。首先，锅炉燃烧的经济性取决于风煤比是否适当：风量太大，烟气带走大量
热量使锅炉效率降低；风量太小，又使燃料因氧量不足不能完全燃烧，同样会使锅炉效率降
低且污染环境。其次，风煤比还与锅炉燃烧的稳定性息息相关。风量测量不仅为发电厂运行
人员提供实时准确的送风量数据，了解锅炉的风煤比情况，判断锅炉的燃烧状态；更是送风
量自动调节系统的调节目标参数。风量测量在发电厂锅炉运行中起到至关重要的作用。

[0004] 受限于基建设计等原因，燃煤电站锅炉的一/二次风管道直管段一般较短，风道回路较复杂，造成管道截面的流场分布不均匀，部分位置甚至产生回流。此外，燃煤电厂锅炉
一般采用回转式三分仓空气预热器，其受热面的构件表面易积灰，空气预热器运转时，积灰
进入二次风道；海边燃煤电站的环境湿度大，锅炉冷热态变化均会促成水气生成，导致测量
装置取样管路内的积灰形成结块，很难清理。燃煤机组作为主角参与电网调峰，则加剧了管
道截面流场分布的不均匀性，测量装置取样管路的堵塞结块。电站锅炉二次风大多采用文
丘利式、机翼型或均速管式测风装置，上述测量装置受原理所限，对直管段长度要求高；加
上测量含尘气流时，取样管路灰尘只进不出的堵塞和结块，测量精度和可靠性差強人意。显
然，二次风测量装置是锅炉燃烧调节系统、燃煤机组参与电网调峰的技术短板。

[0005] 现以X集团浙江X发电公司2*650MW+2*600MW机组的燃煤锅炉为例。采用型号HG‑1890/25.4‑YM4的临界本生直流锅炉：单炉膛、一次中间再热、滑压运行、平衡通风、Π型布
置。配置两台上海鼓风机厂动叶调节轴流式送风机，左右侧布置，为燃料燃烧提供二次风及
燃烬风。送风自动控制目标参数为锅炉二次风量，二次风量测量装置布置在二次风量的母
管内，分左右侧分别测量。当测量实际值与设定目标值存在偏差，DCS通过PID算法调节，输
出控制指令，控制左右侧送风机动叶调节机构，调节送风量。当运行人员判断锅炉燃烧状态
不佳或自动送风出现异常时，可解除送风自动，手动给定送风机的动叶开度、改变送风量。
不论自动调节还是手动控制，前提条件都是对二次风量的可靠准确测量，以及二次风测量
装置与燃烧调节DCS的集成。

[0006] 影响二次风测量精度和可靠性的原因有二。业界经过不懈的努力，已取得长足进步，但仍存在这样那样的问题；因此，有必要重新审视二次风的测量精度和可靠性问题。立
足现有二次风测量装置成果，针对现有解决方案的不足，挖掘既有二次风测量装置的潜能，
提高测量精度和可靠性；填补疏忽遗漏的二次风测量装置与燃烧调节DCS集成环节，提高燃
烧调节DCS的控制品质、燃煤机组参与电网调峰的能力。

[0007] 1、管道截面的流场分布不均匀影响测量精度。业界形成共识：设计多测点测量方案。本申请借鉴业界成果提出：矩形管道采用等截面网格法的多测点方案，圆形管道则采用
环形多测点方案；减少风道流场分布不均匀对测量精度的影响。

[0008] 2、取样管路的灰尘堵塞和结块影响测量的精度和可靠性。业界开发二项防堵功能：自清灰、手/自动吹扫功能。现场实测防堵有效，但效用尚待提高。

[0009] ·自清灰功能。借助二次风的流体动能实现自清灰，发明人在发明专利“多点式防堵风量测量系统”(CN106017580A)中提出，测量管内设两端部弯折形成U形卡勾结构的清灰
棒(参见权利要求2)。本申请继承业界成果。

[0010] ·手/自动吹扫功能。专利“一种差压式气体流量计自动吹扫装置”(ZL2018218124074)，专利“一种带自动吹扫装置的火电厂二次风量测量系统”
(ZL2015203791419)；期刋.王钢.一种提高锅炉二次风量测量准确性的反吹扫方案设计
[J].华电技术，2019，41(6):76‑78.上述文献均提出，在二次风量测量系统上增设自动吹扫
装置。本申请继承业界成果。

[0011] 上述防堵功能尚无法满足燃煤电站锅炉对二次风测量精度和可靠性的要求。有鉴于此，立足二次风测量机理挖掘装置的防堵潜能，提出全/静压取样管互换。二次风测量基
于靠背原理：全压取样口正对二次风，气流动能转化为动压能；静压取样口背对二次风，仅
承受二次风管道内的压力(静压)，无全压口的动压。不难发现，全压取样口灰尘只进不出，
易堵塞和结块；静压口则无缘堵塞之患。另一方面，静压取样口采集二次风管道内的静压；
即使出现部分堵塞和结块，不影响采样值。因此，全/静压取样管互换可提高二次风测量的
精度和可靠性：全压取样管堵塞结块，取样管互换后继续测量；发电机组出力→min，可考虑
取样管互换提供高精度二次风测量值，提高燃烧调节DCS的控制品质。

[0012] 3、二次风测量装置与燃烧调节DCS集成，提高燃烧调节DCS的控制品质。

[0013] 目前进行手/自动吹扫时，要解除风量低MFT保护，切除送风和协调自动；燃烧调节退出AGC，即AGC投入率降低、机组安全经济运行受损。二次风测量装置是燃烧调节系统的子
系统，吹扫功能融入燃烧调节系统却被疏忽遗漏了。发明专利“一种能自动吹扫的燃煤电站
锅炉二次风量测量装置及其控制方法”(CN111750937A)提出，DCS控制逐一吹扫左/右侧三
套二次风量取样管路。换言之，锅炉燃烧调节系统不退出AGC，测二次风时额外附加1÷6≈
17％误差；必须指出，上述发明存在重大缺陷：吹扫时间延长约一个数量级‑‑这是致命的。
有鉴于此，本申请借鉴风量软测量技术成果，提出吹扫二次风量取样管路时、或全/静压取
样管互换时，锅炉燃烧调节系统不退出AGC；采用软测量技术获取二次风量，锅炉燃烧调节
系统基于软测量的二次风量进行短时间的控制。

发明内容

[0014] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置和方法。

[0015] 基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量装置由全压取样管和全压连通管单元、静压取样管和静压连通管单元、差压变送器、自清灰单元、自动吹扫单元、全/静
压取样管互换单元、二次风量软测量单元组成；基于靠背原理，多测点的全压取样口正对二
次风，静压取样口背对二次风，分别采集各测点的全压和静压；各测点的全压和静压分别经
全压取样管、静压取样管接入全压连通管、静压连通管，全压连通管、静压连通管接入差压
变送器，差压变送器输出二次风全压减静压的差压、即二次风量的数据至锅炉燃烧调节
DCS；自清灰单元的清灰棒借助二次风的流体动能实现自清灰；锅炉燃烧调节DCS控制自动
吹扫单元，定期吹扫全压取样管和全压连通管单元、静压取样管和静压连通管单元，立足二
次风量软测量单元提供的二次风量数据，吹扫作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换
AGC；全压取样管堵塞结块或发电机组出力→min，运行人员给出互换指令，锅炉燃烧调节
DCS控制全/静压取样管互换单元，进行全/静压取样管互换作业，立足二次风量软测量单元
提供的二次风量数据，全/静压取样管互换作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC。

[0016] 所述的位于二次风管道内的全压取样管包括全压取样管固定部分、全压取样管活动部分；全压取样管固定部分的一端固定在全压连通管上、两管连通，全压取样管固定部分
的另一端为外锥体；全压取样管活动部分的一端为全压取样口、正对二次风，全压取样管活
动部分的另一端为内锥孔，所述外锥体与所述内锥孔研配；位于二次风管道内的静压取样
管与全压取样管类同，差异之处有二：静压取样管固定部分的一端固定在静压连通管上、两
管连通，静压取样管活动部分的另一端为静压取样口、背向二次风；全、静压取样管活动部
分均固定在转动基座上，分别布置在以基座为圆心、相对180°的位置；转动基座与转动连杆
固定连接，转动连杆转动时，转动基座带动全、静压取样管活动部分实现位置互换；转动基
座上设有一个圆环状的活动腔室，全、静压连通管穿过圆环状活动腔室、与转动基座无接
触：转动基座转动时，全、静压连通管保持在原有固定位置；转动基座上安装感应式接近开
关，当全、静压取样管活动部分正对静压连通管时，感应式接近开关动作‑‑触点闭合；

[0017] 实现全/静压取样管互换的机电设备包括进退力矩电机、旋转力矩电机、传动凹槽板、传动齿、转动到位接近开关、传动板、进/退到位限位挡板及相应连接杆；取样管互换涉
及垂直退出平移过程，水平旋转过程、垂直进入平移过程；全/静压取样管互换的垂直退出
平移过程：进退力矩电机带动传动板后退，传动板与转动连杆固定连接，传动板后退时转动
连杆同步后退，固定在转动连杆上的转动基座以及全/静压取样管活动部分一同动作，全/
静压取样管活动部分与固定部分分离；当传动板接触退到位限位挡板后，进退力矩电机由
于过力矩停止，全/静压取样管固定部分与活动部分按设计距离完成分离；

[0018] 全/静压取样管互换的水平旋转过程：取样管固定部分与活动部分分离到位，旋转力矩电机启动，带动传动凹槽板正向移动，传动凹槽板上的凹槽与固定在转动连杆上的转
动齿咬合，通过转动齿实现传动连杆的逆时针旋转；传动连杆旋转时，带动转动基座逆时针
旋转，当转动角＝180°时，全压取样管活动部分转至接近开关、接近开关触点动作，发出全/
静压取样管活动部分转动到位信号，旋转力矩电机停止，全/静压取样管活动部分的水平位
置实现互换；全/静压取样管互换的垂直进入平移过程：与上述的垂直退出平移过程类同，
全/静压取样管活动部分水平位置互换到位，进退力矩电机带动传动板前进，全/静压取样
管活动部分的外椎体插入取样管固定部分的内锥孔内，传动板接触到进到位限位挡板，力
矩电机由于过力矩停止，全/静压取样管活动部分与静/全压取样管固定部分复位。

[0019] 所述的全/静压取样管位于矩形管道采用等截面网格的多测点方案，位于圆形管道则采用环形多测点方案；

[0020] 锅炉二次风量软测量模型由锅炉过量空气系数计算公式反推得出，根据氧化锆测得的烟气氧量[O2]及煤的发热量QB计算锅炉总二次风量；输入变量包括：单位燃料量对应的
机组负荷K1、机组发电效率ηu、燃料量qc、烟气氧量[O2]、风量修正系数A1和空气热量修正系
数A2；锅炉二次风量V1计算公式如下：

[0021]

[0022] [O2]为烟气中含有的氧气的体积分数，由安装在空预器出口的氧化锆测量装置测量得出，O2为空气中含有的氧气的体积分数，是一个常数、近似取21％；

[0023] QB为当给煤量为qc时燃烧的热量，可以用燃煤的低位发热量乘以给煤量计算得到，即：

[0024] QB＝qcQar

[0025] 其中，qc为燃料量；Qar为燃煤的低位发热量，可用以下公式进行计算：

[0026]

[0027] 式中K1为单位燃料量对应的机组负荷；ηu为机组发电效率；

[0028] 风量修正系数A1是为了修正燃烧实际所需二次风量与燃烧后产生烟气的偏差，计算公式为：

[0029]

[0030] 式中Car、Har、Oar、Sar、Mar分别为煤的收到基中碳、氢、氧、硫、水分的质量分数；

[0031] 空气热量修正系数A2是为了修正实际空气热量比与理论值的差异，计算公式为：

[0032]

[0033] 式中Cat、Hat、Oat、Sat、Mat分别为煤的收到基中碳、氢、氧、硫、水分的质量分数。

[0034] 所述的基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量方法流程如下：

[0035] 变量说明

[0036] 时间time，t

[0037] 吹扫周期sweepperiod，P_sweep

[0038] 软测量soft sensor，S_sensor

[0039] 传感器测量sensor measurement，M_sensor

[0040] 测量误差measurementerror，E_measurement

[0041] 测量误差阈值measurementerrorthreshold，TE_measurement

[0042] 算法说明

[0043] 测量误差E_measurement ABS(M_sensor‑S_sensor)/M_sensor(1)

[0044] 二次风量传感器故障判据E_measurement≥TE_measurement

[0045] 二次风测量方法的流程

[0046] ①读M_sensor、S_sensor

[0047] 根据公式(1)，计算E_measurement

[0048] ②自清灰作业

[0049] ③吹扫作业

[0050] 如果t＝P_sweep

[0051] 采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC否则转④

[0052] ④全/静压取样管互换作业

[0053] ④‑1如果E_measurement≥TE_measurement，运行人员给出互换指令采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC执行全/静压取样管互换作业

[0054] 否则转④‑2

[0055] ④‑2如果发电机组出力→min，运行人员给出互换指令

[0056] 采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC执行全/静压取样管互换作业

[0057] 否则转⑤

[0058] ⑤转①。

[0059] 本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

[0060] 挖掘二次风测量装置的防堵潜能，全/静压取样管互换提高了二次风测量的精度和可靠性。集成自清灰、吹扫功能，矩/圆形管道采用等截面网格/环形的多测点方案，进一
步提高了二次风测量的精度和可靠性。吹扫作业，全压取样管堵塞或发电机组出力→min、
运行人员指令下的全/静压取样管互换作业，立足二次风量软测量数据，吹扫和全/静压取
样管互换作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC。

附图说明

[0061] 图1是二次风测量装置的原理框图；

[0062] 图2(a)是全/静压取样管互换的结构图；

[0063] 图2(b)是全/静压取样管互换的机电设备安装图；

[0064] 图3(a)是二次风测量装置取样管在矩形风道内的布置图；

[0065] 图3(b)是二次风测量装置取样管在圆形风道内的布置图。

具体实施方式

[0066] 如图1所示，二次风测量装置由全压取样管和全压连通管单元、静压取样管和静压连通管单元、差压变送器、自清灰单元、自动吹扫单元、全/静压取样管互换单元、二次风量
软测量单元组成；基于靠背原理，多测点的全压取样口正对二次风，静压取样口背对二次
风，分别采集各测点的全压和静压；各测点的全压和静压分别经全压取样管、静压取样管接
入全压连通管、静压连通管，全压连通管、静压连通管接入差压变送器，差压变送器输出二
次风全压减静压的差压、即二次风量的数据至锅炉燃烧调节DCS；自清灰单元的清灰棒借助
二次风的流体动能实现自清灰；锅炉燃烧调节DCS控制自动吹扫单元，定期吹扫全压取样管
和全压连通管单元、静压取样管和静压连通管单元，立足二次风量软测量单元提供的二次
风量数据，吹扫作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC；全压取样管堵塞结块或发电
机组出力→min，运行人员给出互换指令，锅炉燃烧调节DCS控制全/静压取样管互换单元，
进行全/静压取样管互换作业，立足二次风量软测量单元提供的二次风量数据，全/静压取
样管互换作业期间锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC。

[0067] 说明1：考虑表述的完整性，简述了自清灰功能、自动吹扫功能；因自清灰功能、自动吹扫功能属公知知识范畴，文中只提及不展开，图1中用虚线框标注，以示区别。

[0068] 如图2(a)、图2(b)所示，位于二次风管道内的全压取样管包括全压取样管固定部分、全压取样管活动部分；全压取样管固定部分的一端固定在全压连通管上、两管连通，全
压取样管固定部分的另一端为外锥体；全压取样管活动部分的一端为全压取样口、正对二
次风，全压取样管活动部分的另一端为内锥孔，所述外锥体与所述内锥孔研配；位于二次风
管道内的静压取样管与全压取样管类同，差异之处有二：静压取样管固定部分的一端固定
在静压连通管上、两管连通，静压取样管活动部分的另一端为静压取样口、背向二次风；全、
静压取样管活动部分均固定在转动基座上，分别布置在以基座为圆心、相对180°的位置；转
动基座与转动连杆固定连接，转动连杆转动时，转动基座带动全、静压取样管活动部分实现
位置互换；转动基座上设有一个圆环状的活动腔室，全、静压连通管穿过圆环状活动腔室、
与转动基座无接触：转动基座转动时，全、静压连通管保持在原有固定位置；转动基座上安
装感应式接近开关，当全、静压取样管活动部分正对静压连通管时，感应式接近开关动作‑‑
触点闭合；

[0069] 实现全/静压取样管互换的机电设备包括进退力矩电机、旋转力矩电机、传动凹槽板、传动齿、转动到位接近开关、传动板、进/退到位限位挡板及相应连接杆；取样管互换涉
及垂直退出平移过程，水平旋转过程、垂直进入平移过程；全/静压取样管互换的垂直退出
平移过程：进退力矩电机带动传动板后退，传动板与转动连杆固定连接，传动板后退时转动
连杆同步后退，固定在转动连杆上的转动基座以及全/静压取样管活动部分一同动作，全/
静压取样管活动部分与固定部分分离；当传动板接触退到位限位挡板后，进退力矩电机由
于过力矩停止，全/静压取样管固定部分与活动部分按设计距离完成分离；

[0070] 全/静压取样管互换的水平旋转过程：取样管固定部分与活动部分分离到位，旋转力矩电机启动，带动传动凹槽板正向移动，传动凹槽板上的凹槽与固定在转动连杆上的转
动齿咬合，通过转动齿实现传动连杆的逆时针旋转；传动连杆旋转时，带动转动基座逆时针
旋转，当转动角＝180°时，全压取样管活动部分转至接近开关、接近开关触点动作，发出全/
静压取样管活动部分转动到位信号，旋转力矩电机停止，全/静压取样管活动部分的水平位
置实现互换；全/静压取样管互换的垂直进入平移过程：与上述的垂直退出平移过程类同，
全/静压取样管活动部分水平位置互换到位，进退力矩电机带动传动板前进，全/静压取样
管活动部分的外椎体插入取样管固定部分的内锥孔内，传动板接触到进到位限位挡板，力
矩电机由于过力矩停止，全/静压取样管活动部分与静/全压取样管固定部分复位。

[0071] 说明2：为避免自动控制装置及系统中部分设备故障导致自动控制功能异常，可在风道外部转动连杆上，安装手动旋转和进退操作杆作为应急备份。

[0072] 如图3(a)、图3(b)所示，矩形管道采用等截面网格的多测点方案，圆形管道则采用环形多测点方案；

[0073] 锅炉二次风量软测量模型由锅炉过量空气系数计算公式反推得出，根据氧化锆测得的烟气氧量[O2]及煤的发热量QB计算锅炉总二次风量；输入变量包括：单位燃料量对应的
机组负荷K1、机组发电效率ηu、燃料量qc、烟气氧量[O2]、风量修正系数A1和空气热量修正系
数A2；锅炉二次风量V1计算公式如下：

[0074]

[0075] [O2]为烟气中含有的氧气的体积分数，由安装在空预器出口的氧化锆测量装置测量得出，O2为空气中含有的氧气的体积分数，是一个常数、近似取21％；

[0076] QB为当给煤量为qc时燃烧的热量，可以用燃煤的低位发热量乘以给煤量计算得到，即：

[0077] QB＝qcQar

[0078] 其中，qc为燃料量；Qar为燃煤的低位发热量，可用以下公式进行计算：

[0079]

[0080] 式中K1为单位燃料量对应的机组负荷；ηu为机组发电效率；

[0081] 风量修正系数A1是为了修正燃烧实际所需二次风量与燃烧后产生烟气的偏差，计算公式为：

[0082]

[0083] 式中Car、Har、Oar、Sar、Mar分别为煤的收到基中碳、氢、氧、硫、水分的质量分数；

[0084] 空气热量修正系数A2是为了修正实际空气热量比与理论值的差异，计算公式为：

[0085]

[0086] 式中Cat、Hat、Oat、Sat、Mat分别为煤的收到基中碳、氢、氧、硫、水分的质量分数。

[0087] 说明3：常见的二次风管道截面有矩形或圆形。

[0088] 基于全/静压取样管互换和软测量技术的二次风测量方法流程如下：

[0089] 变量说明

[0090] 时间time，t

[0091] 吹扫周期sweepperiod，P_sweep

[0092] 软测量soft sensor，S_sensor

[0093] 传感器测量sensor measurement，M_sensor

[0094] 测量误差measurementerror，E_measurement

[0095] 测量误差阈值measurementerrorthreshold，TE_measurement

[0096] 算法说明

[0097] 测量误差E_measurement ABS(M_sensor‑S_sensor)/M_sensor(1)二次风量传感器故障判据E_measurement≥TE_measurement

[0098] 二次风测量方法的流程

[0099] ①读M_sensor、S_sensor

[0100] 根据公式(1)，计算E_measurement

[0101] ②自清灰作业

[0102] ③吹扫作业

[0103] 如果t＝P_sweep

[0104] 采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC否则转④

[0105] ④全/静压取样管互换作业

[0106] ④‑1如果E_measurement≥TE_measurement，运行人员给出互换指令采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC执行全/静压取样管互换作业

[0107] 否则转④‑2

[0108] ④‑2如果发电机组出力→min，运行人员给出互换指令

[0109] 采用二次风量软测量S_sensor，锅炉燃烧调节DCS执行无扰切换AGC执行全/静压取样管互换作业

[0110] 否则转⑤

[0111] ⑤转①

[0112] 说明4：吹扫周期P_sweep＝30Day。

[0113] 现有技术条件下，软测量生成的二次风量数据，其精度不如传感器；因此，软测量生成的风量数据一般不能直接用于锅炉燃烧调节系统。另一方面，软测量具有高可靠性，其
可靠性优于二次风量传感器或仪表测量；因此，软测量数据可用于诊断传感器或仪表的故
障状态。当传感器或仪表出现故障，或发电机组出力→min，在运行人员给出互换指令时，软
测量生成的二次风量值短时间内、也可用于锅炉燃烧调节系统，即锅炉燃烧调节DCS执行
AGC。

[0114] 注意，全压减静压的差压风量测量切换至软测量的风量测量，二测量值之间存在偏差ΔE；本申请采用无扰切换算法：切换后风量值＝软测量值+(N‑K)÷N×ΔE，燃烧调节
系统DCS的采样周期Ts，N为N×Ts，N＞1，1≤K≤N，K＞N时风量 软测量值，K为采样序号；软
测量的风量测量切换至全压减静压的差压风量测量，亦采用无扰切换算法。