CN110346599A - 用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置及方法，涉及锅炉配风检测技术，本发明为了能快速准确地检测出锅炉配风均匀系数。由信号发送器与信号接收器通讯，向履带式风速检测装置控制器发出控制指令，利用所述计算机控制所述装置在炉排上的运动轨迹；由信号收发器与信号发射器通讯，电流检测模块用于检测小型风力发电机的发电电流，利用所述计算机接收电流检测仪的测试数据，并转换成风速分布数据。通过所述装置检测通过炉排的气体流速，从却确定布风场的流速均匀性。通过本能实现风速场布风均匀性的快速检测。

Description

用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置及 方法

技术领域

本发明涉及一种锅炉配风均匀系数的检测方法及检测装置及方法，涉及锅炉配风检测技术。

背景技术

据统计，我国在役燃煤锅炉总数约为47万台，每年的耗煤量约占全国当年原煤产量的三分之一以上，其中层燃锅炉约占总数的60％，我国工业锅炉设计效率一般仅比发达国家低1％-3％，但使用效率却低10％以上。循环流化床锅炉和层燃锅炉等普遍存在配风布风不均匀问题。

以层燃锅炉为例，配风不均容易导致化学不完全燃烧和机械不完全燃烧热损失的增加，炉排强风区易出现火口，过量空气系数过高，炉膛温度降低，炉膛火焰中心位置偏移等问题。在弱通风区由于煤层阻力过大，会形成一条未燃烧的“黑带”，使化学和机械不完全燃烧损失加大，浪费大量燃料的同时伴随大量的污染物气体产生，影响环境。

配风均匀系数是衡量层燃锅炉配风均匀性的核心参数，因此，配风均匀系数的快速、准确检测方法及其自动化检测装置对提高层燃锅炉的高效环保运行具有十分重要的意义。

目前，我国对层燃锅炉横向配风均匀系数的检测方法还遵循着JB/T 3271-2002《链条炉排技术条件》中所提供的方法。该标准中的检测方法还停留在上世纪七八十年代的手持钟罩测量，人工记录数据的技术手段，这种方法是通过钟罩测量流量进而得到压力，该方法存在着检测速度慢、精度差、不适合循环流化床等大型锅炉检测等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置及方法，为了能快速准确地检测出锅炉配风均匀系数。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

为了实现本发明中所述的布风均匀性检测方法，而提出的装置是一种自动化布风均匀性检测装置，该检测装置是一种履带式风速检测车，由磁性履带、信号接收器、小型风力发电机、电线、信号发射器、电流检测仪、履带式风速检测车底盘、履带式风速检测车控制器、轴流风机、从动轴、发电机固定装置、主动轴、变速装置、从动轮、电池组、电动机、主动轮、具有履带式风速检测车控制功能、风速分布检测功能的计算机、和信号收发器等组成。具体的，本发明所述的用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置包括两个磁性履带、信号接收器、小型风力发电机、信号发射器、电流检测模块、履带式风速检测装置底盘、履带式风速检测装置控制器、轴流风机、从动轴、发电机固定装置、主动轴、变速装置、两个从动轮、电池组、电动机、两个主动轮、计算机、信号收发器；每个磁性履带安装在对应侧的主动轮、从动轮上构成行走机构，每个磁性履带由主动轮驱动；所述小型风力发电机固定在发电机固定装置上并与轴流风机装配，并通过电线与电流检测模块连接；所述信号发射器布置在电流检测模块上，用于向信号收发器传输电流数据；所述履带式风速检测装置底盘悬挂在主动轴和从动轴上，用于承载信号接收器、小型风力发电机、信号发射器、电流检测模块、履带式风速检测装置控制器、轴流风机、发电机固定装置、变速装置、电池组、电动机；主动轴的两端各安状有一个主动轮，从动轴的两端各安状有一个从动轮；电动机由电池组供电；所述履带式风速检测装置控制器上布置有信号接收器，用于控制电动机启停和主动轮转向；所述变速装置与主动轴齿合，并与电动机连接；由信号发送器与信号接收器通讯，向履带式风速检测装置控制器发出控制指令，利用所述计算机控制所述装置在炉排上的运动轨迹；由信号收发器与信号发射器通讯，电流检测模块用于检测小型风力发电机的发电电流，利用所述计算机接收电流检测模块的测试数据，并转换成风速分布数据，所述风速分布数据是指风的流速(就是风速)。

进一步地，所用自动化履带式风速检测装置用于计算层燃锅炉配风均匀系数。

进一步地，所述轴流风机为不带线圈的轴流风机或外转子轴流风机。

进一步地，所述电流检测模块的型号为ACS712。

进一步地，自动化履带式风速检测装置用于计算层燃锅炉或循环流化床锅炉的配风均匀系数。

一种基于上述装置的锅炉配风均匀系数的检测方法，所述方法的过程为：

通过所述装置检测通过炉排的气体流速，从却确定布风场的流速均匀性，测试方法步骤如下：

1)根据布风场面积大小和形状，设置履带式风速检测车的行进路线；

2)通过履带式风速检测装置的控制器控制该检测装置通过预定路线并在相应检测点进行风速测量；

3)风场测试点高速的风通过轴流风机、小型风力发电机形成电信号，通过信号发射器和信号接收器完成风速产生电信号的远端传送；

4)信号发射器将测试数据传至计算机，计算机将电信号转化为数字信号，连续储存数据；

5)通过风速分布检测软件对测试数据进行处理后显示测试结果和相对应的测试位置，在经过相应数据处理，得到锅炉等设备的配风布风均匀系数。

进一步地，所述方法基于的风速分布检测软件的计算过程如下：

层燃锅炉中对横向配风均匀系数η_p的定义为，式中：为风室列平均风压的最大值，为风室列平均风压的最小值，为风室平均风压；

横向配风均匀系数的计算是根据通过炉排的风压进行计算的，风压的测量是整个计算的基础数据；

根据黏性流体总流的伯努利方程的能量守恒，有

式中z为流体的势能，P₀为全压，P为静压，ρ为流体密度，v为流速，g表示重力加速度；

从上述公式推导中可以看出，流速v与压差(P₀-P)成正比关系，通过测量出通过炉排的流体流速代替通过测量压力所能表述的物理特性；

炉排的流体流速的获得过程如下：将电流检测模块6检测到的小型风力发电机3的发电电流转换成风速分布数据，即流速数据，再通过流速代替压差(P₀-P)来计算配风均匀系数η_p，从而通过流速来计算配风均匀系数；

流量Q＝V·A，在通过炉排的每个流道流通面积A相同的情况下，如果流速V分布均匀，每个流道的流量相同，布风也就均匀；V为流体速度，A为流通面积。

将电流检测仪检测到的小型风力发电机的发电电流转换成风速分布数据属于现有技术范畴。

本发明的有益效果在于：

在层燃锅炉风速分布检测时，将本发明所述装置放置于层燃锅炉炉排上，

控制本装置在锅炉炉排上的运动轨迹，当本装置运动到测试点时，电流检测仪开始检测所述装置上的小型风力发电机的发电电流，最后获得测试点对应的风速。本发明实现了用流速测量法代替传统的流量压力测量法。本发明的检测方法摆脱了人工手持钟罩，逐点测量风量和压力的传统方法，将传统的流量和压力测量发展为风速测量，大大简化了检测流程，提高了检测的效率和可靠性。通过本发明的检测装置，能实现风速场布风均匀性的快速检测。本发明方法操作稳定和准确性强。

本发明所述的自动化布风均匀性检测装置可实现远程控制、实时采集数据、数据远程传输等功能，并能通过计算机和相关软件实现数据的统计、储存和处理。自动化布风均匀性检测装置测试现场适应能力强，灵敏度高，检测准确，检测数据可实时记录，无论是冷态性能实验还是其它模拟实验均可有效快速检测，保证了检测的时效性和精确性。

本发明中的检测方法和自动化布风均匀性检测装置，可用于层燃锅炉等需要检测布风均匀性的设备，本发明只是以层燃锅炉和循环流化床锅炉为例阐述原理，并于局限于这两种锅炉。因此其他需要检测布风均匀性的设备也适用该新型检测方法和检测装置，该方法和装置也在本发明的保护范围内。

附图说明

图1是本发明所述装置的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是图1的A-A截面图；

图4是图2的B-B截面图；

图5是本发明所述装置的通讯设备示意图，含有信号收发器21和计算机18以及安装于计算机18内的履带式风速检测装置控制软件19和风速分布检测软件20。

图6是本发明的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的层燃锅炉风速分布检测装置，由磁性履带1、信号接收器2、小型风力发电机3、电线4、信号发射器5、电流检测仪6、履带式风速检测车底盘7、履带式风速检测车控制器8、轴流风机9、从动轴10、发电机固定装置11、主动轴12、变速装置13、从动轮14、电池组15、电动机16、主动轮17、计算机18、履带式风速检测车控制软件19、风速分布检测软件20、信号收发器21组成。所述磁性履带1与主动轮17、从动轮14组合，由主动轮17驱动；所述小型风力发电机3固定在发电机固定装置11上，与轴流风机9装配，并通过电线4与电流检测仪6连接；所述信号发射器5布置在电流检测仪6上，用于向信号收发器21传输数据；所述履带式风速检测车底盘7悬挂在主动轴12和从动轴10上，用于承载信号接收器2、小型风力发电机3、信号发射器5、电流检测仪6、履带式风速检测车控制器8、轴流风机9、发电机固定装置11、变速装置13、电池组15、电动机16；所述履带式风速检测车控制器8上布置了信号接收器2，用于控制电动机16启停和主动轮17转向；所述变速装置13与主动轴12齿合，并与电动机16连接；所述履带式风速检测车控制软件19安装于计算机18，由信号收发器21与信号接收器2通讯，向履带式风速检测车控制器8发出控制指令，控制履带式风速检测车运动；所述风速分布检测软件20安装于计算机18，由信号收发器21与信号发射器5通讯，接收电流检测仪6的测试数据，并转换成风速分布数据。

层燃锅炉风速分布检测装置的工作流程：将本装置放置于层燃锅炉炉排上，送风机开启后，轴流风机9被吹动并带动小型风力发电机3发电。利用履带式风速检测车控制软件19设计本装置的运动轨迹，计算机18通过信号收发器21与信号接收器2通讯，将控制指令传达给履带式风速检测车控制器8；履带式风速检测车控制器8控制电动机16的启停和主动轮17的方向。电动机16由电池组15供电，通过变速装置13驱动主动轴12转动，主动轴12带动主动轮17转动，进而由主动轮17带动履带1转动。当本装置运动到测试地点时，履带式风速检测车控制器8控制电动机16停机，此时风速分布检测软件20开始运行，计算机18通过信号收发器21与信号发射器5通讯，电流检测仪6开始检测小型风力发电机3的发电电流，并通过信号发射器5将测试数据传至计算机18，最后经风速分布检测软件20对测试数据进行处理后显示测试结果和相对应的测试位置。

锅炉配风均匀系数的检测方法，包括：

以层燃锅炉为例，根据JB/T 3271-2002《链条炉排技术条件》中对横向配风均匀系数η_p的定义，式中：为风室列平均风压的最大值，为风室列平均风压的最小值，为风室平均风压。

从JB/T 3271-2002《链条炉排技术条件》不难看出，其对横向配风均匀系数的计算是根据通过炉排的风压进行计算的，风压的测量是整个计算的基础数据。

根据该标准的描述，风压的测量是利用特制的钟罩通过手持的方式，逐点测量进入风罩的流量，再通过流量推导出风压。测量之后在通过人工读数和记录原始数据，所有测量点都测量之后再根据公式，人工计算结果。由于锅炉在通风过程中工作环境恶劣，整个测试过程劳动强度非常大极其繁琐，检测速度慢且精度差。

根据黏性流体总流的伯努利方程的能量守恒思想，有

式中z为流体的势能，P₀为全压，P为静压，ρ为流体密度，v为流速。

从上述公式推导中可以看出，流速v与压差(P₀-P)成正比关系，因此我们只需测量出通过炉排的流体流速就能完全代替通过测量压力所能表述的所有物理特性。

我国现有的炉排制作工艺非常成熟，目前组装的层燃锅炉炉排片其通风面积和结构尺寸基本相同。流量Q＝V·A(V为流体速度，A为流通面积)，从中也不难看出在通过炉排的每个流道流通面积A基本相同的情况下，如果流速V分布均匀，每个流道的流量也基本相同，布风也就均匀。

因此，通过测量流速来判断配风均匀系数的方法完全可以替代原理的流量压力法。

该方法以层燃锅炉为例，但不局限于层燃锅炉，该种检测方法同样适用于循环流化床锅炉和其他各种以前使用流量压力等方法测量布风均匀性的设备。

Claims (7)

1.一种用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置，其特征在于，所述装置包括

两个磁性履带(1)、信号接收器(2)、小型风力发电机(3)、信号发射器(5)、电流检测模块(6)、履带式风速检测装置底盘(7)、履带式风速检测装置控制器(8)、轴流风机(9)、从动轴(10)、发电机固定装置(11)、主动轴(12)、变速装置(13)、两个从动轮(14)、电池组(15)、电动机(16)、两个主动轮(17)、计算机(18)、信号收发器(21)；

每个磁性履带(1)安装在对应侧的主动轮(17)、从动轮(14)上构成行走机构，每个磁性履带(1)由主动轮(17)驱动；

所述小型风力发电机(3)固定在发电机固定装置(11)上并与轴流风机(9)装配，并通过电线(4)与电流检测模块(6)连接；

所述信号发射器(5)布置在电流检测模块(6)上，用于向信号收发器(21)传输电流数据；

所述履带式风速检测装置底盘(7)悬挂在主动轴(12)和从动轴(10)上，用于承载信号接收器(2)、小型风力发电机(3)、信号发射器(5)、电流检测模块(6)、履带式风速检测装置控制器(8)、轴流风机(9)、发电机固定装置(11)、变速装置(13)、电池组(15)、电动机(16)；主动轴(12)的两端各安状有一个主动轮(17)，从动轴(10)的两端各安状有一个从动轮(14)；电动机(16)由电池组(15)供电；

所述履带式风速检测装置控制器(8)上布置有信号接收器(2)，用于控制电动机(16)启停和主动轮(17)转向；所述变速装置(13)与主动轴(12)齿合，并与电动机(16)连接；

由信号发送器(21)与信号接收器(2)通讯，向履带式风速检测装置控制器(8)发出控制指令，利用所述计算机控制所述装置在炉排上的运动轨迹；由信号收发器(21)与信号发射器(5)通讯，电流检测模块(6)用于检测小型风力发电机(3)的发电电流，利用所述计算机接收电流检测模块(6)的测试数据，并转换成风速分布数据，所述风速分布数据是指风的流速。

2.根据权利要求1所述的用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置，其特征在于，所用自动化履带式风速检测装置用于计算层燃锅炉配风均匀系数。

3.根据权利要求1或2所述的用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置，其特征在于，所述轴流风机(9)为不带线圈的轴流风机或外转子轴流风机。

4.根据权利要求1所述的用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置，其特征在于，所述电流检测模块(6)的型号为ACS712。

5.根据权利要求1所述的用于计算锅炉配风均匀系数的自动化履带式风速检测装置，其特征在于，自动化履带式风速检测装置用于计算层燃锅炉或循环流化床锅炉的配风均匀系数。

6.一种基于权利要求1、2、3、4或5所述装置的锅炉配风均匀系数的检测方法，其特征在于，所述方法的过程为：

通过所述装置检测通过炉排的气体流速，从却确定布风场的流速均匀性，测试方法步骤如下：

1)根据布风场面积大小和形状，设置履带式风速检测车的行进路线；

2)通过履带式风速检测装置的控制器控制该检测装置通过预定路线并在相应检测点进行风速测量；

3)风场测试点高速的风通过轴流风机、小型风力发电机形成电信号，通过信号发射器和信号接收器完成风速产生电信号的远端传送；

4)信号发射器将测试数据传至计算机，计算机将电信号转化为数字信号，连续储存数据；

5)通过风速分布检测软件对测试数据进行处理后显示测试结果和相对应的测试位置，在经过相应数据处理，得到锅炉等设备的配风布风均匀系数。

7.根据权利要求6所述的锅炉配风均匀系数的检测方法，其特征在于，所述方法基于的风速分布检测软件的计算过程如下：

层燃锅炉中对横向配风均匀系数η_p的定义为，式中：为风室列平均风压的最大值，为风室列平均风压的最小值，为风室平均风压；

横向配风均匀系数的计算是根据通过炉排的风压进行计算的，风压的测量是整个计算的基础数据；

根据黏性流体总流的伯努利方程的能量守恒，有

式中z为流体的势能，P₀为全压，P为静压，ρ为流体密度，v为流速，g表示重力加速度；

从上述公式推导中可以看出，流速v与压差(P₀-P)成正比关系，通过测量出通过炉排的流体流速代替通过测量压力所能表述的物理特性；

炉排的流体流速的获得过程如下：将电流检测模块(6)检测到的小型风力发电机(3)的发电电流转换成风速分布数据，即流速数据，再通过流速代替压差(P₀-P)来计算配风均匀系数η_p，从而通过流速来计算配风均匀系数；

流量Q＝V·A，在通过炉排的每个流道流通面积A相同的情况下，如果流速V分布均匀，每个流道的流量相同，布风也就均匀；V为流体速度，A为流通面积。