阵列小机翼检测锅炉二次分风道风速的装置和方法与流程

本发明涉及锅炉的风道检测领域，特别是检测电站锅炉、工业锅炉二次风分风道和燃尽风分风道风速的装置和方法。

背景技术：

目前，在工业生产中，特别是电站锅炉或工业锅炉的设备中一些大型风道、烟道直段较短仍然没有有效手段进行较准确测量，一些大截面低流速场合也缺少手段进行较准确测量，对于变截面、流道转弯换向、流场多变、流速不均匀、直段极短或没有直段的状况更是无法测量。电站锅炉或工业锅炉的二次分风道及燃尽风道绝大多数都是直段较短，所谓的二次风分风道是指在二次风大风箱末端、二次风小风门后到每个二次风喷口的单个小风道。如附图1、附图2、附图3所示，有的是直段极短、且转弯换向、变截面；如附图4所示，是典型的“C”型风道；甚至有的是没有直段、多次转弯换向、流场多变，如附图5所示，是典型的“S”型风道，流道截面随着不断变化，现有技术手段无法实时检测。锅炉二次风是炉内燃烧助燃风，在主要燃烧区的二次风为主二次风，在燃尽区的二次风为燃尽sofa二次风，也称燃尽风。炉内燃烧过程的组织和二次风、燃尽风的合理调配非常重要，直接影响着燃烧效率的高低和有害排放物的生成。

以现有技术仅能对二次分风门进行冷态开度特性标定，以风门开度来粗略的判断风速风量，甚至有的锅炉只能依据各角二次风箱静压的变化判断二次风配比。由于传统差压法检测风道风速要求测点前后直段较长，以皮托管、笛形管、靠背管为例，测点前直段大于6-8D(当量直径)，测点后直段大于2-3D。不同锅炉的二次分风道形状也不相同，距传统测量要求相差巨大。这样的二次分风检测现状，显然不能实现比较准确的调整，更不能实现精确化调整，也就对于锅炉燃烧的优化、超低有害物质的排放、生产水平的提高、成本的降低，带来了困难和障碍。专利申请号为201511000798.0所公开的技术，仅表明该小机翼传感器能够适用于电站锅炉的风道中气流的雷诺数Re＝2×10⁵-9.8×10⁵，为较低雷诺数区域。虽然可以将椭圆头小截面机翼型测速管看作是现代差压式测量流速技术的发展；但是，并没有解决像电站锅炉和工业锅炉二次分风道那样难度较大的检测技术方法。

技术实现要素：

由于小机翼测速管的特性，需要保证小机翼上游的直段L1≥0.6d(d为当量直径)，小机翼下游的直段L2≥0.2d，可保证测量的准确性。小机翼对测量直段的要求已经比传统差压法测量有了巨大的降低，如何进一步降低对测量直段的要求以实现锅炉二次分风道的风速检测是本发明的目标。

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种阵列小机翼测速管检测锅炉二次分风道风速的方法，本发明的目的之二是阵列小机翼测速管检测锅炉二次分风道风速的装置。

本发明的技术方案为：

阵列小机翼检测锅炉二次分风道风速的方法，该方法包括：利用整流消旋装置将矩形截面的二次分风道上的直段分隔成若干个矩形截面的小风道，所述小风道在气流流动方向的长度至少为0.8d，d为小风道的当量直径，将小机翼测速管阵列布置在所述整流消旋装置上，实现对每个小风道同时进行测量，进而获得二次分风道内的风速。

进一步，具体步骤为：步骤1，选取二次分风道上的直段，利用整流消旋装置将该段风道分隔成若干个矩形等截面的小风道；

步骤2，在整流消旋装置上布置阵列小机翼测速管，使所述小机翼测速管能够测量每个所述小风道内的全压和静压，其中，小机翼测速管距离小风道上游端至少0.6d，且距离小风道下游端至少0.2d；

步骤3，通过测得的全压值和静压值，计算出二次分风道内的风速。

进一步，所述整流消旋装置是由若干个薄钢板构成的栅格结构，所述薄钢板的厚度尽可能的薄。

进一步，所述步骤2中，所述整流消旋装置将所述二次分风道在截面长度上分成N_a等份，在其截面宽度上分成N_b等份，所述小机翼测速管沿所述截面长度方向或者沿截面宽度方向布置于二次分风道内，并贯穿整个二次分风道。

进一步，所述小机翼测速管通过传压管与微差压计连接，由所述微差压计算二次分风道内的风速。

进一步，当使用多个所述小机翼测速管测量时，将小机翼测速管阵列布置并与同一传压管相互连接。

进一步，所述整流消旋装置对气流的流动阻力低于100Pa—120Pa。

进一步，所述方法还应用在燃尽风分风道上。

阵列小机翼测速管检测锅炉二次分风道风速的装置，该装置用于实现上述的方法，该装置包括：

整流消旋装置，设置在矩形截面的二次分风道的直段，用于将该段风道分隔成若干个矩形等截面的小风道，所述小风道在气流流动方向的长度至少为0.8d，d为小风道的当量直径；

小机翼测速管，插置在小风道内，距离小风道上游端至少0.6d，且距离小风道下游端至少0.2d，用于检测小风道的全压和静压进而获得二次分风道内的风速。

进一步，小机翼风速检测设备包括：所述小机翼测速管、传压管和微差压计，所述小机翼测速管用于测量风道内的全压和静压，小机翼测速管从所述二次分风道的侧壁插入，所述传压管连接小机翼测速管和所述微差压计。

进一步，所述整流消旋装置是由若干个薄钢板构成的栅格结构，所述薄钢板的厚度尽可能的薄。

进一步，将所述二次分风道替换为燃尽风分风道。

根据矩形流道当量直径的计算公式d＝2a*b/(a+b)可以获知，当量直径d与流道的截面长度a和流道的截面宽度b有关，因此本发明利用缩小流道的截面长度和截面宽度的方法，进一步减少了小机翼测速管需要的流道直线长度，使小机翼测速管能够适用在直段很短的二次分风道和燃尽风分风道内进行测速，从而获得喷口的准确风速，使锅炉的进风配比更加精准，提高锅炉的燃烧效率。

该阵列小机翼测量方法和技术，能够实现电站锅炉主要燃烧区域二次分风道和燃尽风二次分风道的风速实时在线准确检测，便于锅炉实现燃烧优化配风调节、降低NOx生成。

若干个小流道能够削弱气流的涡流旋转，使流体均匀性被提高，有利于测量的准确性。

形成全截面测量点，保证测量的准确性、代表性和可靠性，易于实施。

附图说明

图1为某350MW发电机组锅炉二次分风道平面示意图；

图2为某350MW发电机组锅炉sofa分风道平面示意图；

图3为某600MW发电机组锅炉sofa分风道平面示意图；

图4为某330MW发电机组锅炉二次分风道平面示意图；

图5为某600MW发电机组锅炉二次分风道平面示意图；

图6为阵列小机翼检测锅炉二次分风道风速的装置的截面结构示意图；

图7为阵列小机翼检测锅炉二次分风道风速的装置的小流道前后直段示意图；

图8为某350MW发电机组锅炉二次分风道阵列小机翼布置示意图；

图9为某350MW发电机组锅炉sofa燃尽分风道阵列小机翼布置示意图；

图10为某600MW发电机组锅炉sofa燃尽分风道阵列小机翼布置示意图；

图11为某330MW发电机组锅炉二次分风道阵列小机翼布置示意图；

图12为某600MW发电机组锅炉二次分风道阵列小机翼布置示意图；

图中，1二次分风道、2整流消旋装置、3小机翼测速管、31全压管、32静压管、4传压管、5微差压计。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图6和图7所示的阵列小机翼检测锅炉二次分风道风速的装置包括：整流消旋装置2，整流消旋装置2是由若干个薄钢板构成的栅格结构，整流消旋装置2设置在矩形截面的二次分风道1的直段内将二次分风道1分隔成若干个矩形等截面的小风道整流消旋装置，即整流消旋装置2中每个栅格形成一个独立的小风道。构成整流消旋装置的薄钢板整流消旋装置的厚度应该尽可能薄，避免使整流消旋装置2的流动阻力产生不必要增加。整流消旋装置2有两个作用，一个是整流消旋作用，减少涡流，使小流道中的风速比较均匀，利于准确测量；另一个作用是可以进一步缩短测量直段，使得测量直段极短。这样就实现了小机翼测速管3能够对锅炉各种变化形式的二次分风道风速的测量。

整流消旋装置2结构参考附图6，将风道截面的长A分成n_a等分，将风道截面的宽B分成n_b等分，形成许多n_i个小的通道，小通道的长a＝A/n_a，宽b＝B/n_a；每个小通道中有一组测点，小矩形截面的通道当量直径为：

整个风道测量断面的当量直径

相比较d＜＜D，可缩小3倍以上，直至实现目标。

在本实施例中整流消旋装置2将二次分风道1分隔成8个小风道，当然还可以将二次分风道1分隔成更多或更少数量的小风道，小风道数量越多小风道的当量直径越小，测量直段长度也越短，但是随着小通道数量的增加，整流装置的流动阻力也随着增加，对于二次分风流动阻力越大，流体的动量损失也越大；为了实现准确测量，又不过多增加流动阻力，小通道数量要设计恰当，使整流装置的流动阻力低于100Pa—120Pa。小风道的截面仍为矩形，小风道在气流流动方向的长度至少为0.8d，d为小风道的当量直径；小机翼风速检测设备包括：小机翼测速管3、传压管4和微差压计5，小机翼测速管3的结构及使用方法在专利申请号为201511000798.0的中国专利申请中有详细说明，小机翼测速管3内具有能够检测风道内全压的全压管31和检测风道内静压的静压管32，小机翼测速管3从二次分风道1的侧壁插入，插置在四个小风道内进行检测，因此，需要配备两个小机翼测速管3才能完成对8个小风道同时检测，小机翼测速管3距离小风道上游端至少0.6d，且距离小风道下游端至少0.2d，两个小机翼测速管3与传压管4连接，传压管4与微差压计5连接，根据测量的全压值和静压值计算二次分风道1内风速。在需要配备更多根小机翼测速管3时，小机翼测速管3按阵列排布。当然，可以将二次分风道1替换为燃尽风分风道，使该装置在燃尽风分风道内应用。

阵列小机翼测速管检测锅炉二次分风道风速的方法，具体步骤为：

步骤1，选取二次分风道1上的直段，利用整流消旋装置2将该段风道分隔成多个矩形截面的小风道，小风道在气流流动方向的长度至少为0.8d，d为小风道的当量直径；

步骤2，向整流消旋装置2所在的二次分风道1内插置阵列布置的小机翼测速管3，使小机翼测速管3能够测量每个小风道内的全压和静压，其中，小机翼测速管3距离小风道上游端至少0.6d，且距离下游端至少0.2d；

步骤3，小机翼测速管3通过传压管4与微差压计5连接，根据测量的全压值和静压值，计算出二次分风道1内的风速。

优选的，步骤2中，整流消旋装置2将二次分风道1在截面长度上分成N_a等份，在其截面宽度上分成N_b等份，小机翼测速管3沿所述截面长度方向或者沿截面宽度方向布置于二次分风道1内，并贯穿整个二次分风道1。

还可以，将二次分风道1换为燃尽风分风道，使该方法应用在燃尽风分风道内。

实施例1

图8为某350MW发电机组锅炉二次分风道，这样的分风道布置在锅炉的主要燃烧区，在二次分风道小风门后的直段较短，紧接着一个直角弯头通向二次风喷口。对于阵列小机翼测量技术，这段直角弯头前的、小风门后的不长的直段已经满足条件。将小机翼测速管水平横置，翼头迎向来流，在每个分风道中，垂直方向上并列2根小机翼测速管3，并配置整流消旋装置2，在测量截面上形成8—16个小通道，也具有相应的8—16组测点，满足翼型测速管对相关直段的要求，能够通过传压管向微差压计输送准确的压差信号，测量出风道流速、流量及喷口风速。

实施例2

图9为某350MW发电机组锅炉sofa燃尽分风道，和上述主二次分风道不同，在分风道小风门后的一段不长的直段后紧接着的是约120°的弯头通向喷口。采用上述技术方法即可实现测量目的。

实施例3

图10为某600MW发电机组锅炉sofa燃尽分风道，小风门后没有直段风道，可以利用小风门前的直段风道位置，采用同上的技术方法，阵列小机翼测量技术实现测量目的。

实施例4

图11为某330MW发电机组锅炉二次分风道，是四角切圆燃烧锅炉的、布置在锅炉两侧的二次风大风箱中的二次风分风道，这样的二次分风道经过转弯后再通向连接着的二次风喷口，是典型的“C”型风道。同时，这样的风道在转弯的过程中其流通截面也在不断地变化，用传统测量手段或其它方法均不能准确测量风速风量。这种情况下，根据风道具体结构特征，在极短的平直段位置加装整流消旋装置，将小机翼测速管3水平横置，翼头迎向来流，在每个分风道中，垂直方向上并列2—3根小机翼测速管3，在测量截面上利用整流消旋装置2形成12—18个小通道，也具有相应的12—18组测点，整流消旋装置2将这段风道分隔成若干小矩形断面的流道，在每个小流道中保证小机翼测点前后的直段长度均符合测量要求。整流消旋装置2能够和风道中的导流板合理、巧妙配合，该检测装置能够通过传压管向微差压计输送准确的压差信号。如此，运用阵列小机翼检测技术就可以准确测量经过整流装置的风速、风量，进一步即可得知二次风喷口的准确风速。

实施例5

图12为某600MW发电机组锅炉二次分风道，为墙式切圆燃烧布置方式，大风箱形成的二次分风道接近于“S”型风道，连一点极短直段都没有。对于这种风道结构特征，如图所示，可以选择局部改造，创造出一段极短的直段，能够加装整流消旋装置。同样，将小机翼测速管水平横置，翼头迎向来流，在每个分风道中，垂直方向上并列布置2—3根小机翼测速管3。在配置整流消旋装置2时，在测量截面上形成12—18个小矩形断面的流道，也具有相应的12—18组测点，满足翼型测速管对相关直段的要求。并且，整流装置能够和风道中的导流板合理、巧妙配合，测量装置能够通过传压管向微差压计输送准确的压差信号，测量出风道流速、流量及实现准确测量二次风喷口风速的目的。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。