CN110332526A - 一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法，所述烟气导流结构包括驱动单元和至少一个导流格栅单元，导流格栅单元具有第一格栅组件，第一格栅组件包括第一安装板和预设间隔排列的多个第一格栅板，第一格栅板能转动地连接在第一安装板上；驱动单元包括第一旋转机构，第一旋转机构驱动第一格栅板转动以调整或保持所述第一格栅板与水平面的夹角角度。本发明提出的烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法，能够保证不同工况下烟气均能均匀进入余热锅炉。
Description
技术领域
本发明涉及燃机余热锅炉技术领域，特别涉及用于余热锅炉以及其它具有突扩形烟风通道的一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法。
背景技术
随着资源短缺和环境污染日益严峻，节能降耗和余热的有效利用已经成为当今世界共同关注的话题。天然气资源的大量开发和利用，使高效率、低污染的燃气-蒸汽联合循环余热锅炉发电技术得到迅速发展。余热锅炉作为燃气-蒸汽联合循环的三大主要设备之一，处于燃气轮机和蒸汽轮机之间，通过布置大量的换热器来吸收燃机排气的余热，产生高温蒸汽供汽机发电或供热，实现能量的高效利用。
燃气轮机出口与余热锅炉受热面之间往往需用过渡烟道相连。燃气轮机出口和余热锅炉受热面进口两者之间的尺寸相差很大，且前者处于相对后者下端的不利位置，受场地及费用限制，中间过渡段不宜太长。因此入口烟道采用渐扩式结构，以适应高温高压的烟气速度和压力的陡然变化。随着燃气轮机向大型化高参数方向发展，燃机排气量也越来越高，为适应高流量和高温度的燃机排气，余热锅炉进口断面也越来越大。传统过渡烟道结构设计成上表面为两段仰角段，下表面为具有一定倾斜角的平面，完成进口到出口的空间扩张。上述结构导致烟道内烟气的流动状况不佳，烟气一般以60～150m/s、甚至200m/s的流速进入过渡烟道的进口平面，随后在过渡烟道底部形成一股高速主气流，而烟道中、上部相当大区域内流速很低，一般小于5m/s，并且由于速度梯度很大，在余热锅炉进口平面产生了很强的卷吸气流，且在中上部附近形成较大的旋涡，从而形成大范围的回流区，造成余热锅炉各受热面内烟气流动分布极不均匀。由于余热锅炉的换热效率与进入其烟气的流动均匀性相关，在进口平面流速分布越均匀，余热锅炉的换热效率越高。这种烟气进口流场的不均匀性，严重影响余热锅炉管束换热性能，使其达不到设计指标。此外，当流速不均时，在余热锅炉的进口部位面对局部高速的换热管束将受到很大的冲击，既会发生换热管磨损，还会因流体冲击而发生管束振动，甚至造成振动损坏，这对余热锅炉的性能及寿命都产生巨大的不良影响。同时，入口烟道的阻力是锅炉烟风阻力的重要组成部分，合理的烟道结构能够有效降低阻力，提高锅炉效率降低运行成本。
目前，烟道进口过渡段的设计没有可靠的标准可以依据，某些情况下还需要在进口烟道中加入导流板均流。然而，很多锅炉受热面烟气均匀效果并不理想，而且增设导流板会导致烟道阻力增加，有些机组振动还会导致导流板脱落，影响机组的安全运行。因此合理的入口烟道结构是余热锅炉设计所面临的一个重要问题。
目前解决余热锅炉进口烟气流动不均匀性问题的措施有：
1.对于改善锅炉烟道入口处烟气流动工况最直接的方法就是加长烟道稳流段的长度，使烟气流尽可能在到达换热面处时已经充分发展，进而使流场达到稳定。但是这样做会使得烟道加长，增加设备制造成本，而且，烟风道的加长也使得锅炉散热损失增大，降低锅炉热效率。
2.在烟道的上表面布置一个拐点来调整烟道上表面的仰角，选择合适的仰角大小，变更单仰角的上表面为仰角分别为30°和50°前后两段式面板，从而降低口截面的最大速度，缩小烟道上部的回流区区，但最终烟气流动均匀性并未显著改善。
3.在过渡烟道下表面上、面对高速气流区加装栅格挡板或均流孔板，迫使部分气流向过渡烟道上部的低速气流区流动。栅格挡板由大口径管组合而成，结构复杂，维护困难，而且，栅格也容易遭受冲击和磨损。此外，栅格挡板的装设增加了烟气的流动阻力，使燃气轮机出口压力提高，降低了燃气轮机的发电功率。采用均流孔板的形式固定安装存在一定难度，同时容易发生振动和湍流，有些机组振动还会导致栅格挡板或均流孔板脱落，影响机组的安全运行。
4.在过渡烟道下表面处靠近过渡烟道进口(燃气轮机出口)位置添加导流板，通过导流板使原来的一股紧贴烟道下表面的主气流分成多股气流填充整个烟道，最大速度降低，最小速度提高，平均速度降低，速度均方差也降低，使烟气在烟道内烟气流动的均匀性增加。但该区域导流板尚有不足之处：烟道的最下部相对于其他区域烟气流速较大，波动较大，经长时间运行后导流板极易变形和损坏，同时承受烟气流股的涡流冲击，存在导流板变形开裂的风险，部分烟气集中冲击底部管束；当烟道进口气流速度很高时，导流板需承受的冲击较大。
5.改变主气流到达烟气出口前的相对位置，通过进口截面较小的S型单扩散烟道引导气流从过渡烟道入口的较低位置流向相对余热锅炉烟气进口的中心位置，再运用圆变方的管道引导烟气进入后部扩散区，最终经线性扩展至整个出口(亦可在后部扩散段加装中心导流板)。该结构烟道缩小了烟气回流区的面积，提高了中上部流速，显著改善了烟气流动均匀性，使得余热锅炉换热性能优化的同时大大减弱管束所受的冲刷强度，提高运行的经济性与安全性，但该方案的流动阻力损失较大，并且不能应用于已经运行的余热锅炉，仅能在新建的余热锅炉中应用该技术。
6.在进口烟道末端，即锅炉本体入口处，增加管束排数或密度。该方案针对现有运行的余热锅炉中无法直接应用，无法改变底部管束收到高速烟气冲击的危害。
这些技术能在一定程度上提高流场的均匀性，但均不能根据燃气轮机的排放烟气的流量和温度的变化对烟气进行调节，不能适应燃气轮机的多种工况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气导流结构、装置、余热锅炉及烟气导流方法，能够保证不同工况下烟气均能均匀进入余热锅炉。
为达到上述目的，本发明提出一种烟气导流结构，用于导流余热锅炉进口烟道内的烟气，其中，所述烟气导流结构包括：
至少一个导流格栅单元，所述导流格栅单元具有第一格栅组件，所述第一格栅组件包括第一安装板和预设间隔排列的多个第一格栅板，所述第一格栅板能转动地连接在所述第一安装板上；
驱动单元，包括第一旋转机构，所述第一旋转机构驱动所述第一格栅板转动以调整或保持所述第一格栅板与水平面的夹角角度。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述第一格栅组件包括两个第一安装板，两个所述第一安装板竖直设置具有预设间隔，所述第一格栅板设置在两个所述第一安装板之间。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述第一格栅组件还包括第一连杆，多个所述第一格栅板通过所述第一连杆串联连接，所述第一旋转机构通过所述第一连杆驱动多个所述第一格栅板同步转动。
如上所述的烟气导流结构，其中，相邻的两个所述第一格栅板的转动轴线之间的距离小于所述第一格栅板的宽度的一半。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述导流格栅单元还包括设置在所述第一格栅组件一侧面的第二格栅组件，所述第二格栅组件包括第二安装板和预设间隔排列的多个第二格栅板，多个所述第二格栅板和多个所述第一格栅板构成井字形格栅结构，所述第二格栅板能转动地连接在所述第二安装板上，所述第二格栅板与竖直面的夹角能够调节。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述第二格栅组件包括两个所述第二安装板，两个所述第二安装板水平设置并分别安装与所述第一安装板的顶端和底端，所述第二格栅板安装在两个所述第二安装板之间。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述驱动单元还包括至少一个第二旋转机构，所述第二旋转机构驱动所述第二格栅板转动以调节或保持所述第二格栅板与竖直面的夹角角度。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述第二格栅组件还包括第二连杆，多个所述第二格栅板通过所述第二连杆串联连接，所述第二旋转机构通过所述第二连杆驱动多个所述第二格栅板同步转动。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述第一格栅板水平设置，所述第二格栅板竖直设置。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述烟气导流结构还包括水平设置的支撑梁，所述支撑梁上安装有多个所述导流格栅单元，多个所述导流格栅单元沿所述支撑梁顺序地按预设间隔排列。
如上所述的烟气导流结构，其中，所述第一安装板的底端与所述支撑梁能转动地连接，所述驱动单元还包括第三旋转机构，所述第三旋转机构驱动所述第一安装板绕所述支撑梁转动以调增或保持所述第一安装板与水平面的夹角角度。
本发明还提出一种烟气导流装置，其中，所述烟气导流装置包括：
多个如上所述的烟气导流结构，用于导流余热锅炉进口烟道内的烟气；
多个烟气流速检测装置，用于检测所述余热锅炉内不同预设区域的烟气流速；
控制单元，分别与所述驱动单元和所述烟气流速检测装置电连接，所述控制单元能接收所述烟气流速检测装置检测到的所述不同预设区域的烟气流速值，并能通过控制所述驱动单元以调整或保持所述不同预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向，使烟气在所述余热锅炉进口烟道内的速度分布均匀。
如上所述的烟气导流装置，其中，所述第一格栅组件还包括用于检测所述第一格栅板与水平面夹角的第一位置传感器，所述第一位置传感器设置在所述第一旋转机构上并与所述控制单元电连接。
如上所述的烟气导流装置，其中，所述烟气导流装置还包括用于检测所述余热锅炉内烟气温度的多个温度检测装置，所述温度检测装置与所述控制单元电连接。
如上所述的烟气导流装置，其中，所述烟气流速检测装置和所述温度检测装置一一对应设置，多个所述烟气流速检测装置和多个所述温度检测装置用于分别设置在位于所述余热锅炉内的同一竖直截面内的多个测量点上。
本发明还提出一种余热锅炉，包括锅炉本体和如上所述的烟气导流装置，其中，
所述锅炉本体的进口烟道内沿烟气进气方向上预设间隔设置有一个以上的所述烟气导流结构，所述烟气导流结构的所述第一格栅板与所述烟气进气方向具有夹角；
所述锅炉本体内设有多个所述烟气流速检测装置，多个所述烟气流速检测装置位于同一预设检测平面上，以检测所述锅炉本体内同一预设检测平面的不同预设区域的烟气流速，且每个预设区域均对应至少一个所述烟气导流结构；
所述锅炉本体外侧设有所述控制单元，所述控制单元能接收所述烟气流速检测装置检测到的所述不同预设区域的烟气流速值，并能通过控制所述驱动单元以调整或保持所述不同预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向，使烟气在所述余热锅炉进口烟道内的速度分布均匀。
本发明还提出一种烟气导流方法，其中，所述烟气导流方法包括：
步骤1、烟气流速检测装置对余热锅炉内不同预设区域的烟气流速进行实时检测，并将检测得到的烟气流速值发送给控制单元；
步骤2、所述控制单元根据所述不同预设区域的烟气流速值控制驱动单元，以调整或保持所述不同预设区域对应的烟气导流结构的导流方向，使烟气在所述余热锅炉进口烟道内的速度分布均匀。
如上所述的烟气导流方法，其中，所述步骤2具体为：
所述控制单元将所述不同预设区域的所述烟气流速值分别与预设平均值进行比对，当二者存在偏差时，则所述控制单元通过所述驱动单元调整当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向；当二者不存在偏差时，则所述控制单元控制所述驱动单元锁定，以保持当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向。
如上所述的烟气导流方法，其中，所述烟气导流方法还包括：
步骤3，所述控制单元继续接收所述烟气流速检测装置实时检测的所述不同预设区域的烟气流速值，并获取所述不同预设区域的所述烟气流速值分别与烟气预设平均值的差值，当所述差值在预设范围内时，则所述控制单元控制所述驱动单元锁定，以保持当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向；当所述差值不在预设范围内时，则所述控制单元通过所述驱动单元调整当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向。
如上所述的烟气导流方法，其中，所述步骤3中，所述控制单元持续记录所述不同预设区域的烟气流速值，当烟气总流量发生变化时，所述控制单元根据烟气总流量重新获取测量平面的烟气预设平均值。
如上所述的烟气导流方法，其中，所述控制单元根据设置在所述驱动单元上的位置传感器信号判断所述烟气导流结构的导流方向。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的烟气导流结构、烟气导流装置、余热锅炉及烟气导流方法，通过烟气导流结构中第一格栅板与水平面的夹角角度的变化，改变烟气导流结构的导流方向，实现烟气在余热锅炉进口烟道(过渡段)内的转向流动，同时，该烟气导流结构其导流方向的调整根据设置在余热锅炉内不同部位的烟气流速检测装置测得的烟气速度值而进行的，从而使得烟气在余热锅炉进口烟道内均匀分布。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的烟气余热锅炉的一实施例结构示意图；
图2为本发明提出的烟气余热锅炉另一实施例的结构示意图；
图3为本发明中烟气导流结构一实施例的结构示意图；
图4为图3中B-B向剖视图；
图5为本发明中烟气导流结构另一实施例的结构示意图；
图6为图5中B-B向剖视图；
图7为本发明中导流格栅单元一实施例的结构视图；
图8为本发明中多个第二格栅板单独调节的示意图；
图9为本发明中第一格栅组件的结构示意图；
图10为本发明中多个第一格栅板单独调节的示意图；
图11为本发明中第一安装板角度可调节的示意图；
图12为本发明中第一旋转机构的结构示意图；
图13为本发明中第一旋转机构驱动多个第一格栅板的示意图；
图14为多个第一格栅板单独调节的示意图(二)。
附图标记说明：
10、烟气导流结构； 100、导流格栅单元；
110、第一格栅组件； 111、第一安装板；
113、第一格栅板；
120、第二格栅组件； 121、第二安装板；
123、第二格栅板；
200、驱动单元； 210、第一旋转机构；
300、支撑梁； 50、余热锅炉；
51、锅炉本体； 52、进口烟道；
53、余热锅炉侧壁； 7、第一位置传感器；
1、步进电机； 2、蜗杆；
3、齿轮； 4、传动轴；
5、衬套； 6、密封垫；
130、通孔； X、转动轴线。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1至图14所示，本发明提出一种烟气导流结构10，用于导流余热锅炉50进口烟道52内的烟气，该烟气导流结构10包括驱动单元200和至少一个导流格栅单元100，导流格栅单元100具有第一格栅组件110，如图5所示，第一格栅组件110包括第一安装板111和多个第一格栅板113，多个第一格栅板113顺序地按预设间隔设置，第一格栅板113能转动地连接在第一安装板111上；驱动单元200具有至少一个第一旋转机构210，第一旋转机构210驱动第一格栅板113转动以调整或保持第一格栅板113与水平面的夹角角度。这样，通过第一格栅板113与水平面的夹角的变化，能够改变烟气流股在通过导流格栅单元后的运行轨迹(即能够改变烟气导流结构10的导流方向)，进而实现对烟气流股流动方向的精确控制，最终保证进入余热锅炉50进口烟道52内(余热锅炉50入口端面)的烟气能够均匀分布。
本发明还提出一种烟气导流装置，该烟气导流装置包括：多个烟气导流结构10、多个烟气流速检测装置和控制单元(图中未示出)，多个烟气导流结构10用于导流余热锅炉50进口烟道52内的烟气；多个烟气流速检测装置，用于检测余热锅炉50(也就是余热锅炉本体51)内不同预设区域的烟气流速；控制单元分别与驱动单元200和烟气流速检测装置电连接，控制单元能接收烟气流速检测装置检测到的不同预设区域的烟气流速值，并能通过控制驱动单元200以调整或保持不同预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向，使烟气在余热锅炉50进口烟道52内的速度分布均匀。
本发明还提出一种余热锅炉50，如图1、图2所示，该余热锅炉50包括锅炉本体51和烟气导流装置，锅炉本体51的进口烟道52内沿烟气进气方向上顺序地按预设间隔设置有一个以上的烟气导流结构10，烟气导流结构10的第一格栅板113垂直于烟气进气方向设置；锅炉本体51内设有多个烟气流速检测装置，多个烟气流速检测装置位于同一预设检测平面上，以检测锅炉本体51内同一预设检测平面的不同预设区域的烟气流速，且每个预设区域均对应至少一个烟气导流结构10；锅炉本体51外侧设有控制单元(图中未示出)，控制单元能接收烟气流速检测装置检测到的不同预设区域的烟气流速值，并能通过控制驱动单元200以调整或保持不同预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向，使烟气在余热锅炉50进口烟道52内的速度分布均匀。
本发明还提出一种烟气导流方法，该烟气导流方法包括：
步骤1、烟气流速检测装置对余热锅炉50内不同预设区域的烟气流速进行实时检测，并将检测得到的烟气流速值发送给控制单元；
步骤2、控制单元根据不同预设区域的烟气流速值控制驱动单元200，以调整或保持不同预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向，使烟气在余热锅炉50进口烟道52内的速度分布均匀。
本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法，通过烟气导流结构10中第一格栅板113与水平面的夹角角度的变化，改变烟气导流结构10的导流方向，实现烟气在余热锅炉50进口烟道52(过渡段)内的转向流动，同时，该烟气导流结构10其导流方向的调整根据设置在余热锅炉50内不同部位的烟气流速检测装置测得的烟气速度值而进行的，从而使得烟气在余热锅炉50进口烟道52内均匀分布。
本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法，在实际工程项目中是根据监测的余热锅炉50内不同部位的烟气速度，对烟气导流结构10的导流方向进行动态调节，满足实时进行调节的需要，进而保证烟气在进口烟道内平稳射流，最终使烟气在到达锅炉受热面区域时流动更加均匀，并能有效降低烟气阻力，进一步提高了余热锅炉的换热效率，减小由于底部烟气流速过大对余热锅炉下部换热管的冲刷和磨损，避免换热管下部的破损爆裂。
本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法，能够根据烟气轮机在不同工况下的排放烟气的流量对烟气导流结构10进行动态调节，实现不同工况下烟气均匀分布进入余热锅炉，保证余热锅炉对烟气的有效利用。
在本发明一个可选的例子中，导流格栅单元100包括两个第一安装板111竖直设置具有预设间隔，第一格栅板113设置在两个第一安装板111之间。
在本发明一个可选的例子中，第一格栅组件110还包括第一连杆，多个第一格栅板113串联连接在第一连杆上，第一旋转机构210通过第一连杆驱动多个第一格栅板113同步转动。
在本发明一个可选的例子中，如图9、图10所示，多个第一格栅板113沿竖直方向顺序排列，同时，多个第一格栅板113可以划分为多个动作组，每个动作组内的第一格栅板113通过一个第一连杆对应连接有一个第一旋转机构210。这样，驱动单元200能够对多个动作组进行独立调整，针对每个动作组的调整不受其他动作组的干涉。
在本发明一个可选的例子中，如图14所示，相邻的两个第一格栅板113的转动轴线X之间的距离(即预设间隔的宽度)小于第一格栅板113的宽度的一半。这样，第一格栅板113转动至一定角度后，相邻的两个第一格栅板113的边缘重叠，进而实现对于气流的完全阻隔，从而实现对一个或多个区域进行密封，阻隔烟气气流在对应区域处的行进。
在本发明一个可选的例子中，第一格栅板113采用与水平面的夹角为锐角的安装方式，第一格栅板113与水平面的夹角在15～90°之间范围内变化。
在本发明一个可选的例子中，如图3至图7所示，导流格栅单元100还包括设置在第一格栅组件110一侧面的第二格栅组件120，第二格栅组件120包括第二安装板121和多个第二格栅板123，多个第二格栅板123顺序地按预设间隔排列，多个第二格栅板123和多个第一格栅板113构成井字形格栅结构(多个第二格栅板123和多个第一格栅板113围合而成多个通孔130)，第二格栅板123的能转动地连接在第二安装板121上，第二格栅板123与竖直面的夹角能够调节。第二格栅板123和第一格栅板113配合使用，能够更为精确地控制烟气流股在通过导流格栅单元后的运行轨迹(即能够改变烟气导流结构10的导流方向)。
在本发明一个可选的例子中，第二格栅组件120包括两个第二安装板121，两个第二安装板121分别固接于第一安装板111的顶端和底端，第二格栅板123安装在两个第二安装板121之间。
在本发明中，第二格栅板123与竖直面(该竖直面沿烟气流通方向设置)的夹角在-45～45°之间范围内变化。
在本发明中，根据余热锅炉进口烟气流速分布和余热锅炉50进口烟道52形状(即进口烟道扩张段形状)等条件，确定导流格栅单元100的各项参数(例如第一格栅板113及第二格栅板123的长度、宽度、厚度等)，同时根据烟气流量和余热锅炉50入口段面积，计算烟气在余热锅炉50入口段的烟气速度预期平均值，利用CFD流体软件优化导流格栅单元100的烟气通孔(第一格栅板113与第二格栅板123围合而成的通孔)的面积和通孔的长度，原则上通孔长度大于通孔的宽度，以提高烟气进入锅炉受热面的流速均匀性。
在本发明中，如图3、图5所示，导流格栅单元100采用井字形格栅结构(多个第二格栅板123和多个第一格栅板113构成井字形格栅结构)，第一安装板111和第二安装板121采用钢板，两个第一安装板111和两个第二安装板121焊接组装成框架结构，第一格栅板113和第二格栅板123的材质优先选用耐高温的钢材，在钢材表面喷涂耐高温和冲刷的涂层材料，其中优选ZrO2，也可选用CoCrAlTaY+Al2O3的耐高温涂层材料。
在本发明一个可选的例子中，第一格栅板113沿水平方向设置，第二格栅板123沿竖直方向设置，多个第二格栅板123和多个第一格栅板113构成井字形格栅结构。
在本发明中，第一格栅板113包括格栅板本体和设置在格栅板本体两端的转动轴，第一安装板111上开设有与转动轴对应开设的安装孔，转动轴对应贯穿安装孔。进一步的，转动轴和安装孔之间还设置有衬套，以便于转动轴的转动。转动轴和衬套上均可以设置有耐磨层。
第二格栅板123与第二安装板121的连接方式可以与第一格栅板113与第一安装板111的连接方式相同，在此不进行赘述。
在本发明一个可选的例子中，驱动单元200还包括至少一个第二旋转机构，第二旋转机构驱动第二格栅板123转动以调节或保持第二格栅板123与竖直面的夹角角度。
在本发明一个可选的例子中，第二格栅组件120还包括第二连杆，多个第二格栅板123通过第二连杆串联连接，第二旋转机构通过第二连杆驱动多个第二格栅板123同步转动。
在本发明一个可选的例子中，如图8所示，多个第二格栅板123沿水平方向顺序排列在两个第二安装板121之间，并且多个第二格栅板123可以沿水平方向顺序划分为多个动作组，每个动作组内的第二格栅板123均通过个第二连杆相连接，每个第二连杆对应连接有一个第二旋转机构。
在本发明一个可选的例子中，导流格栅单元100包括一个第一格栅组件110和一个第二格栅组件120，第一格栅组件110内的多个第一格栅板113被划分为3个动作组，第二格栅组件120内的多个第二格栅板123也被划分为3个动作组，每个动作组均能独立调节，不受其它动作组的干涉；每个动作组内的第一格栅板113或第二格栅板123同步转动。
在本发明一个可选的例子中，如图5所示，烟气导流结构10还包括水平设置的支撑梁300，支撑梁300上设置有多个导流格栅单元100，多个导流格栅单元100沿支撑梁300顺序地按预设间隔排列；并且，导流格栅单元100与余热锅炉侧壁(即进口烟道的侧壁)之间也具有预设间隔。这样，在两个相邻的导流格栅单元100之间具有伸缩缝，以避免导流格栅单元100受热膨胀后相互碰撞。
在本发明一个可选的例子中，如图11所示，第一安装板111的底端与支撑梁300能转动地连接，驱动单元200还包括第三旋转机构，第三旋转机构驱动第一安装板111绕支撑梁300转动以调整或保持第一安装板111与水平面的夹角角度。通过调整第一安装板111与水平面的夹角角度，可以控制整个烟气导流格栅单元100的倾斜角度，从而更为精确的调节烟气导流格栅单元100的导流方向。
在本发明一个可选的例子中，烟气导流结构10还包括用于支撑第一安装板111的斜向支撑架，斜向支撑架能够伸缩和转动，以适应第一安装板111的转动。
在本发明一个可选的例子中，第一格栅组件110还包括用于检测第一格栅板113与水平面夹角的第一位置传感器7，第一位置传感器设置在第一旋转机构210上并与控制单元电连接。当然，第二旋转机构上可设置有用于检测第二格栅板123与竖直面夹角的第二位置传感器，第三旋转机构上可设置有用于检测第一安装板111与水平面夹角的第三位置传感器。
利用控制单元实时读取第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器的位置传感器信号来判断对应的导流格栅单元100当前的导流方向，并通过驱动单元200分别控制第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111的倾斜角度，进而在实际工程项目中可根据监测的余热锅炉内不同部位的烟气速度和温度分布进行动态调节，满足实时进行调节的需要，并精确控制高速烟气在余热锅炉过渡段内的分布，实现烟气在余热锅炉换热器入口段均匀分布，减少高速气流对换热器的冲刷和磨损，减少余热锅炉50表面的积灰，避免余热锅炉50的振动，延长余热锅炉50的使用寿命。
在本发明中，第一旋转机构210、第二旋转机构和第三旋转机构均可以采用现有技术，如图12所示，第一旋转机构210包括步进电机1、蜗杆2、齿轮3和传动轴4，步进电机1的输出轴与蜗杆2连接，蜗杆2上设置有齿轮3，齿轮3与传动轴4相连接，传动轴4穿过余热锅炉侧壁面后与第一格栅板相连接(传动轴4通过衬套5安装在余热锅炉的侧壁上)，齿轮3上安装有第一位置传感器7，第一位置传感器7和步进电机1均与计算机控制系统连接。利用步进电机1驱动蜗杆2旋转，蜗杆2旋转驱动齿轮3旋转，齿轮3通过传动轴4旋转带动第一格栅板113绕其转动轴线X进行旋转(传动轴4与转动轴线X同轴设置)，实现第一格栅板113与水平面夹角的变化，在同一个动作组内，该第一格栅板113通过第一连杆带动其余的第一格栅板113同步转动。需要说明的是，第一旋转机构210也可以采用齿环和齿轮传动装置的方式进行传动，或者还可以采用蜗杆和齿轮的方式进行传动。
在本发明中，在蜗杆2上可以设置有多个齿轮3，每个齿轮3分别通过传动轴4驱动第一格栅板113转动，这样，第一旋转机构210便可以调节多个第一格栅板113。
在本发明中，如图13所示，第二旋转机构和第三旋转机构的结构可以与第一旋转机构210相同，对于第二格栅板123和第一安装板111的调节原理也相同，在此不进行赘述。当然，第一旋转机构210、第二旋转机构和第三旋转机构也可以采用本领域技术人员熟知的其它结构。
在本发明中，衬套5为金属衬套，衬套5、传动轴4上均设置有抗磨损涂层。同时，传动轴4与余热锅炉侧壁面的内外位置连接处各设置有一个隔离和密封热气流的密封垫6，以保障人员和设备的安全。
在本发明中，驱动单元200还可以包括用于锁紧机构，用以分别锁紧第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111的位置(保证第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111的位置能够固定)。锁紧机构可以采用本领域技术人员熟知的现有技术在此不进行赘述。
在本发明一个可选的例子中，烟气导流装置还包括用于检测所述余热锅炉内烟气温度的多个温度检测装置，温度检测装置与控制单元电连接。
在本发明一个可选的例子中，烟气流速检测装置和温度检测装置一一对应设置，多个烟气流速检测装置和多个温度检测装置用于分别设置在位于余热锅炉内的同一竖直截面内的多个测量点上。
在本发明一个可选的例子中，步骤2具体为：
控制单元将不同预设区域的烟气流速值分别与预设平均值进行比对，当二者存在偏差时，则控制单元通过驱动单元200调整当前预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向；当二者不存在偏差时，则控制单元控制驱动单元200锁定，以保持当前预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向。
在本发明一个可选的例子中，烟气导流方法还包括步骤3：控制单元继续接收烟气流速检测装置实时检测的不同预设区域的烟气流速值，并获取不同预设区域的烟气流速值分别与烟气预设平均值的差值，当差值在预设范围内时，则控制单元控制驱动单元锁定，以保持当前预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向；当差值不在预设范围内时，则控制单元通过驱动单元200调整当前预设区域对应的烟气导流结构10的导流方向。
在本发明一个可选的例子中，步骤3中，控制单元持续记录不同预设区域的烟气流速值，当烟气总流量发生变化时，控制单元根据烟气总流量重新获取测量平面的烟气预设平均值。
在本发明一个可选的例子中，控制单元根据设置在导流格栅单元100上的位置传感器信号判断烟气导流结构10的导流方向。
请结合图1至图14，现结合一实施例详细说明本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法的工作过程：
在余热锅炉50的锅炉本体51内部某一个竖直截面中分别设置至少9个温度检测装置(热电偶测温装置)和9个烟气流速检测装置，温度检测装置(热电偶测温装置)和烟气流速检测装置一一对应设置，并且其分布是按照从上到下三排、从左到右三列的排布方式，9个测量点的监测数值利用数据线传输到控制单元(计算机控制系统)，控制单元根据9个位置的温度值和烟气速度值计算出烟气在进口烟道52(过渡段)内的分布规律，同时将9个点的烟气流速值和温度值与预期的平均值进行对比，如果测量值和预期平均值存在偏差，利用控制单元(计算机控制系统)对导流格栅单元100的对应位置处的第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111分别进行角度的调节，通过调节导流格栅单元100的导流方向，实现气流的分布在线实时调节，调节后9个监测点测量的温度和流量与预期的平均值的偏差小于规定值，则无需对第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111继续进行调节，控制单元利用位置传感器(第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器)分别记录导流格栅单元100中第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111的倾斜角度分布，同时利用锁紧机构进行锁定，避免由于烟气冲击造成导流格单元的导流方向的变化。如果检测值与预期平均值偏差大于规定值，控制单元继续驱动旋转机构(第一旋转机构、第二旋转机构和第三旋转机构)分别对第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111进行调节，直至检测值与预期平均值的偏差小于规定值，对导流格栅单元100进行锁定，避免烟气的高速冲击造成第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111倾斜角度的变化。同时控制单元记录9个测量点的烟气温度值和烟气流速值。
如果烟气总流量发生变化时，9个监测点测量的烟气温度值和烟气流速值(烟气流量值)发生变化，同时控制单元根据烟气总流量重新计算测量平面的烟气预期平均值，将测量值和预期平均值进行对比分析，如果测量值和预期平均值偏差大于规定值，则控制单元发送指令旋转机构分别对第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111分别进行调节，直至烟气流量监测值与预期平均值偏差小于规定值，对第一格栅板113、第二格栅板123及第一安装板111分别进行锁定。
与现有技术相比，本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法具有以下特点和有益效果：
其一，与调整入口烟道形状相比，本发明烟气导流结构10布置灵活，受空间和场地的限制少。
其二，与现有的导流栅板或均流孔板相比，在达到同样均流效果情况下，均流孔板所增加的烟气阻力远远大于本发明提出的烟气导流结构10和方法。
其三，传统导流板均流效果相对较差，而且当实际运行数据与设计数据不同时，导流板均流效果非常有限。与传统导流板相比，本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法适用范围广，均流效果好，对锅炉多工况不同进口烟气流场均能达到良好的均流效果。本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置、余热锅炉50及烟气导流方法能够结合余热锅炉内监测的烟气速度和温度分布动态的对导流结构进行调节，满足不同工艺要求。
其四，与S型导流板相比本发明提出的烟气导流结构10、烟气导流装置及烟气导流方法既能够应用于现有余热锅炉的升级改造中，改造工作量小，安装方便；也能直接应用于新建的余热锅炉工程项目中。
其五，现有技术中的燃气轮机压气机用的可转导叶装置等，尚未有余热锅炉进口过渡段安装能够进行角度动态调节的导流栅板结构。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
Claims (21)
1.一种烟气导流结构，用于导流余热锅炉进口烟道内的烟气，其特征在于，所述烟气导流结构包括：
至少一个导流格栅单元，所述导流格栅单元具有第一格栅组件，所述第一格栅组件包括第一安装板和预设间隔排列的多个第一格栅板，所述第一格栅板能转动地连接在所述第一安装板上；
驱动单元，包括第一旋转机构，所述第一旋转机构能够驱动所述第一格栅板转动以调整或保持所述第一格栅板与水平面的夹角角度。
2.如权利要求1所述的烟气导流结构，其特征在于，所述第一格栅组件包括两个第一安装板，两个所述第一安装板竖直设置具有预设间隔，所述第一格栅板设置在两个所述第一安装板之间。
3.如权利要求1所述的烟气导流结构，其特征在于，所述第一格栅组件还包括第一连杆，多个所述第一格栅板通过所述第一连杆串联连接，所述第一旋转机构通过所述第一连杆驱动多个所述第一格栅板同步转动。
4.如权利要求1所述的烟气导流结构，其特征在于，相邻的两个所述第一格栅板的转动轴线之间的距离小于所述第一格栅板的宽度的一半。
5.如权利要求1所述的烟气导流结构，其特征在于，所述导流格栅单元还包括设置在所述第一格栅组件一侧面的第二格栅组件，所述第二格栅组件包括第二安装板和预设间隔排列的多个第二格栅板，多个所述第二格栅板和多个所述第一格栅板构成井字形格栅结构，所述第二格栅板能转动地连接在所述第二安装板上，所述第二格栅板与竖直面的夹角能够调节。
6.如权利要求5所述的烟气导流结构，其特征在于，所述第二格栅组件包括两个所述第二安装板，两个所述第二安装板水平设置并分别安装与所述第一安装板的顶端和底端，所述第二格栅板安装在两个所述第二安装板之间。
7.如权利要求5所述的烟气导流结构，其特征在于，所述驱动单还包括至少一个第二旋转机构，所述第二旋转机构驱动所述第二格栅板转动以调节或保持所述第二格栅板与竖直面的夹角角度。
8.如权利要求7所述的烟气导流结构，其特征在于，所述第二格栅组件还包括第二连杆，多个所述第二格栅板通过所述第二连杆串联连接，所述第二旋转机构通过所述第二连杆驱动多个所述第二格栅板同步转动。
9.如权利要求5所述的烟气导流结构，其特征在于，所述第一格栅板水平设置，所述第二格栅板竖直设置。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的烟气导流结构，其特征在于，所述烟气导流结构还包括水平设置的支撑梁，所述支撑梁上安装有多个所述导流格栅单元，多个所述导流格栅单元沿所述支撑梁按预设间隔排列。
11.如权利要求10所述的烟气导流结构，其特征在于，所述第一安装板的底端与所述支撑梁能转动地连接，所述驱动单元还包括第三旋转机构，所述第三旋转机构驱动所述第一安装板绕所述支撑梁转动以调整或保持所述第一安装板与水平面的夹角角度。
12.一种烟气导流装置，其特征在于，所述烟气导流装置包括：
多个如权利要求1至11中任意一项所述的烟气导流结构，用于导流余热锅炉进口烟道内的烟气；
多个烟气流速检测装置，用于检测所述余热锅炉内不同预设区域的烟气流速；
控制单元，分别与所述驱动单元和所述烟气流速检测装置电连接，所述控制单元能接收所述烟气流速检测装置检测到的所述不同预设区域的烟气流速值，并能通过控制所述驱动单元以调整或保持所述不同预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向，使烟气在所述余热锅炉进口烟道内的速度分布均匀。
13.如权利要求12所述的烟气导流装置，其特征在于，所述第一格栅组件还包括用于检测所述第一格栅板与水平面夹角的第一位置传感器，所述第一位置传感器设置在所述第一旋转机构上并与所述控制单元电连接。
14.如权利要求12所述的烟气导流装置，其特征在于，所述烟气导流装置还包括用于检测所述余热锅炉内烟气温度的多个温度检测装置，所述温度检测装置与所述控制单元电连接。
15.如权利要求14所述的烟气导流装置，其特征在于，所述烟气流速检测装置和所述温度检测装置一一对应设置，多个所述烟气流速检测装置和多个所述温度检测装置用于分别设置在位于所述余热锅炉内的同一竖直截面内的多个测量点上。
16.一种余热锅炉，其特征在于，所述余热锅炉包括锅炉本体和权利要求12所述的烟气导流装置，其中，
所述锅炉本体的进口烟道内沿烟气进气方向设置有至少一个所述烟气导流结构，所述烟气导流结构的所述第一格栅板与所述烟气进气方向具有夹角；
所述锅炉本体内设有多个所述烟气流速检测装置，多个所述烟气流速检测装置位于同一预设检测平面上，以检测所述锅炉本体内同一预设检测平面的不同预设区域的烟气流速，且每个预设区域均对应至少一个所述烟气导流结构；
所述锅炉本体外侧设有所述控制单元，所述控制单元能接收所述烟气流速检测装置检测到的所述不同预设区域的烟气流速值，并能通过控制所述驱动单元以调整或保持所述不同预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向，使烟气在所述余热锅炉进口烟道内的速度分布均匀。
17.一种烟气导流方法，其特征在于，所述烟气导流方法包括：
步骤1、烟气流速检测装置对余热锅炉内不同预设区域的烟气流速进行实时检测，并将检测得到的烟气流速值发送给控制单元；
步骤2、所述控制单元根据所述不同预设区域的烟气流速值控制驱动单元，以调整或保持所述不同预设区域对应的烟气导流结构的导流方向，使烟气在所述余热锅炉进口烟道内的速度分布均匀。
18.如权利要求17所述的烟气导流方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
所述控制单元将所述不同预设区域的所述烟气流速值分别与预设平均值进行比对，当二者存在偏差时，则所述控制单元通过所述驱动单元调整当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向；当二者不存在偏差时，则所述控制单元控制所述驱动单元锁定，以保持当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向。
19.如权利要求18所述的烟气导流方法，其特征在于，所述烟气导流方法还包括：
步骤3，所述控制单元继续接收所述烟气流速检测装置实时检测的所述不同预设区域的烟气流速值，并获取所述不同预设区域的所述烟气流速值分别与烟气预设平均值的差值，当所述差值在预设范围内时，则所述控制单元控制所述驱动单元锁定，以保持当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向；当所述差值不在预设范围内时，则所述控制单元通过所述驱动单元调整当前预设区域对应的所述烟气导流结构的导流方向。
20.如权利要求19所述的烟气导流方法，其特征在于，所述步骤3中，
所述控制单元持续记录所述不同预设区域的烟气流速值，当烟气总流量发生变化时，所述控制单元根据烟气总流量重新获取测量平面的烟气预设平均值。
21.如权利要求17所述的烟气导流方法，其特征在于，所述控制单元根据设置在所述驱动单元上的位置传感器信号判断所述烟气导流结构的导流方向。
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2019
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