近年来，随着火力发电厂锅炉容量的增大，烟风管道截面积也在不断增大，而风量测量装置安装位置的直管段较短，造成管道内流场不均匀，风量显示不准确、波动大，对锅炉的稳定运行产生严重影响。针对以上问题，利用数值模拟软件，开发了一套适用于任何烟风管道结构的均流装置设计系统，该系统可以方便快捷地对烟风管道内的均流装置进行设计，并在某电厂成功应用。 1 均流装置设计系统的构成及功能

均流装置设计系统包括典型烟风管道模型图库、典型均流装置模型图库、设计系统主体部分。1.1 典型烟风管道模型图库^[1]

利用ANSYS计算流体力学软件中的Geometry（DM）模块绘制一定数量的较为典型的烟风管道物理模型，由这些物理模型构成模型图库，作为均流装置设计系统的一部分。典型烟风管道模型图库具备以下特点：

（1）管道种类齐全；

（2）管道数量可增减；

（3）管道的结构、尺寸可修改；

（4）管道结构中预留均流装置的安装位置。 1.2 典型的均流装置模型图库^[2]

针对目前的烟风管道模型，绘制了典型的均流装置物理模型构成模型图库，也作为均流装置设计系统的一部分。1.3 设计系统主体功能

（1）从典型均流装置模型中选择合适的均流装置，并调整尺寸^[3]。

（2）可随意调整均流装置在烟风管道中的位置^[4]。

（3）设定介质参数。可根据实际情况修改烟风管道中的流动介质温度、压力、流量等参数。在相应的对话框中输入相关数据实现参数的修改。

（4）可实现输出结果立体可视化，并可查看任何截面的流体流动速度分布、压力分布、温度分布及整个管道中的流线图等。

本系统基于ANSYS计算流体力学软件进行开发，可以方便快捷地对烟风管道内的均流装置进行设计。以下为该系统在某电厂的应用情况。 2 某电厂锅炉一次风量显示不准确原因分析 2.1 锅炉一次风道概况

某电厂锅炉一次风管道直径1.8m，风量测量装置前有30°、90°2个弯头，风量测量装置距离30°弯头2m，管道下游距离风量测量装置2m处安装一档板门，直管段长4m。锅炉自投产以来，左、右两侧一次风量偏差显示为15000m³/h，风量波动幅度为10000m³/h。由于风量显示不准确，影响运行人员的正常操作，而弯头多、管道直径大、直管道短是风量显示不准确的主要原因。一次风管道物理模型见图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 一次风管道物理模型

在冷态条件下，对左、右两侧一次风量测量装置所在位置的流场进行测试，左、右侧均显示风量为74000m³/h。利用皮托管与微压计按照等截面法进行风量测试，并利用均流装置设计系统进行了模拟，实测风速和模拟风速对比见图 2、图 3所示。对数据进行分析，实测截面风速最大偏差为7.3m/s，该截面风速偏差过大，说明流场不均匀、不稳定，不适合安装风量测量装置。

图 2(Figure 2)

图 2 改造前左侧一次风实测风速与模拟风速柱形图

图 3(Figure 3)

图 3 改造前右侧一次风实测风速与模拟风速柱形图

图 4为均流装置设计系统模拟风量测量装置安装平面的速度矢量图。从图 4可以看出，该界面流线较乱，且速度方向不一致，存在旋流，无法保证风量的准确测量。对比实测风速与模拟风速，风速偏差最大达到19%，说明模拟结果与实际流场接近，能够进行烟风管道内流场的模拟。

图 4(Figure 4)

图 4 均流装置安装前风量测量装置安装平面的速度矢量图

通过对管道结构、数值模拟、冷态测试的综合分析认为，一次风量显示不准确的主要原因是由于一次风管道的弯头较多，直管段较短，阀门安装位置距风量测量装置位置较近，导致风量测量装置安装平面速度分布不均匀，速度方向不一致，有明显的漩涡，造成风量显示不准确。 3 均流装置的设计

在直管道上游加装均流装置，使一次风经过均流装置后流场变得均匀稳定，即可解决风量显示不准确的问题。利用均流装置设计系统模拟风道内加装均流装置的情形，对一次风管道内流场模拟结果进行分析后，确定在放置风量测量装置的直管段入口处加装栅格导流板均流装置，均流装置高240mm，x、y方向的栅格导流板分别与x轴、y轴成10°角，均流装置的模拟结构见图 5。

图 5(Figure 5)

图 5 栅格导流板均流装置模拟结构图

图 6为模拟条件下加装均流装置时的速度矢量图。从图 6看出，在模拟条件下加装导流装置后，管道内流场均匀、漩涡消除，这样的流场适合安装风量测量装置。

图 6(Figure 6)

图 6 安装均流装置后风量测量装置安装平面的速度矢量图

于一次风管道上安装导流装置，在冷态条件下测试风量测量装置安装平面流场分布，截面风速测试数据见图 7。分析图 7可以得出，加装均流装置后截面风速偏差明显减少，在试验工况下，截面风速最大偏差为1m/s，远小于改造前的7.3m/s，导流效果明显，满足风量测量装置对位置的要求，能够实现对风量的准确测量。

图 7(Figure 7)

图 7 改造后左、右侧一次风道截面风速分布

图 8为改造前后锅炉左、右侧一次风风量变化曲线。改造前一次风风量波动幅度为10000m³/h，无法正确指导运行；改造后风量波动幅度为3000m³/h，波动幅度明显减小。同时左、右两侧一次风风量偏差由15000m³/h降至3000m³/h。经过改造，彻底解决了风量波动大、左右两侧偏差大的问题。

图 8(Figure 8)

图 8 改造后左、右侧一次风道截面风速分布

利用均流装置设计系统设计的均流装置，导流效果好，风量波动幅度大幅减小，左右两侧风量偏差明显降低，风量显示准确，可为电厂解决因直管段短而造成的风量显示不准确问题。在今后的应用中，还需要不断对系统进行优化改进，使其对管道结构及介质参数具有更好的适应性。