CN110568214A - 锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其包括风速自动测量装置、与风速自动测量装置通过光纤线连接的数据采集装置以及与数据采集装置无线连接的操作器。本发明可实现炉内无人化操作，可以自动地、准确地、快速地测量和采集炉膛内各测点的风速，适用于四角切圆锅炉的切圆大小试验、锅炉水冷壁贴壁风速测量试验等。

Description

锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置

技术领域

本发明涉及锅炉冷态动力场炉内动力场风速无人化、自动采集技术，它是一种能在试验过程中无人操作、自动采集炉内冷态动力场各层燃烧器区域风速大小及方向的试验装置，是最终实现动力场试验无人化、自动采集操作的装置，也可以将其应用到其它涉及到风速测量和数据采集的行业。

背景技术

在锅炉内进行试验，需要大量人员进入，自动化程度及安全性低，这就需要一种能够在炉内无人状态下，自动测量和采集数据的试验装置。

锅炉在更换燃烧器或大修后，炉膛内流场会发生相应的变化，这就需要在启炉前对炉膛冷态状态下燃烧器周围的一二次风风速及流场情况进行摸底测量。一般来讲，此项试验需要大量的人员参与，包括炉外和炉内两部分，炉外主要是一次风的标定和调平试验，即将一次风挡板全开，一次风机处于尽可能大的出力状态，在一次风管标定孔位置实际测量一次风管风速，并对测量结果进行分析计算，提供全部一次风管在线装置标定系数，将标定系数输入DCS画面，纪录每根一次风管初始风速，通过调整一次风管锁孔开度，使同层一次风管风速基本相等，将同层一次风管风速偏差控制在±5%以内。

炉内试验则包括燃烧器一二次风速测量、各层燃烧区域流场示踪，来确定锅炉切圆大小及位置（对冲燃烧锅炉测量各个燃烧器回流区）以及水冷壁贴壁风速测量，其中燃烧器喷口处流场试验是利用长的飘带置于各个喷口中心，观测纪录气流方向、飘动方向以及尾迹冲刷情况；切圆试验是在同层燃烧器一次风口上沿的高度位置，从炉膛中心位置向四面炉墙固定铁丝，在铁丝上每隔20cm固定一条约20厘米长的飘带，并在飘带位置进行风速测量（对冲燃烧锅炉是选定某个或几个燃烧器作为测量对象，通过飘带方向来观察回流区的大小情况）；贴壁风测量是利用热线风速仪测量与燃烧器同层的水冷壁近的风速大小。

对于煤粉锅炉来说，无论是四角切圆还是对冲燃烧锅炉，炉内风速大小及流场分布直接影响锅炉的安全运行。

对于四角切圆锅炉来讲，切圆大小会影响炉内燃烧情况，过大可能会导致烟气冲刷水冷壁，由于烟气中的飞灰含量很高，且含有大量硫化物、氮氧化物，会造成水冷壁的冲刷腐蚀、高温腐蚀，导致水冷壁、受热面严重结焦，严重时会导致腐蚀泄露，严重影响机组的安全运行；而切圆过小，则影响燃烧，使燃烧区域变小，燃烧不充分，未完全燃烧损失增大，影响锅炉经济性。

因此，需要将炉内风速调节到合适数值，即保证了燃烧，又能保持合适的炉膛贴壁风速；既能保持机组的高效运行，又能减少结焦及腐蚀等现象的出现。因此，对各层燃烧器的风速大小及流场分布进行测量和分析是非常有必要的。

对于对冲锅炉，需要对各个燃烧器喷口区域所对应的一二次风速大小进行测量以及对回流区进行分析，通过采集相应数据来确定该燃烧器的回流区大小及一次风、内外二次风风速大小。回流区过小，说明燃烧器旋流度小，接近直喷，燃烧不充分，未完全燃烧损失增大；回流区过大，会使烟气回流到燃烧器，将其烧损，严重时，会使烟气回流到燃烧器内部，发生爆燃事故从而导致停炉。和四角切圆锅炉相同，对冲锅炉也需要对水冷壁贴壁风进行测量，防止贴壁风过大冲刷水冷壁，造成水冷壁冲刷腐蚀及超温爆管。

无论是对冲锅炉还是四角切圆锅炉，现在测量炉内风速大小的是利用热线风速仪对所需测量的区域进行定点测量，工作量大，工作环境恶劣（一二次风机、引风机全开，在模化风速下，夹杂着煤、灰、渣），完全凭借个人感觉进行风速测量。这样，由于距离、风向的把握不准，常常会造成较大的测量偏差。

四角切圆锅炉同层风速测量是通过在同层燃烧区域中间布置十字拉线，在十字拉线上布置大量的飘带，试验人员利用热线风速仪测量飘带处各点的风速并记录；贴壁风的测量同样由多人完成，工作量大，条件恶劣，误差大。

发明内容

本发明的锅炉冷态动力场风速自动采集的装置，其目的是实现炉内无人化操作，可以自动地、准确地、快速地测量和采集炉膛内各测点的风速，适用于四角切圆锅炉的切圆大小试验、锅炉水冷壁贴壁风速测量试验等。该装置自动化程度高、操作简单、适用性强，可以提高测量的准确性，提高试验人员的安全性，减少工作量，能够代替在恶劣环境中人工作用。

本发明采用如下技术方案：

一种锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其包括风速自动测量装置、与风速自动测量装置通过光纤线连接的数据采集装置以及与数据采集装置无线连接的操作器。

进一步的，其还包括辅助风向判断装置，所述辅助风向判断装置包括固定夹、设置在固定夹上的圆环以及设置在圆环上的飘带。

进一步的，所述光纤线通过光纤接头和加长测量线与数据采集装置连接。

进一步的，所述风速自动测量装置包括风速测量以及通过磁铁固定在风速测量仪上的背靠管，所述背靠管通过软管与风速测量仪连接。

进一步的，所述背靠管上设置有热电偶和风向探头，所述热电偶和风向探头通过线缆与风速测量仪连接。

进一步的，所述风速测量仪上还设置有用于固定风速测量仪的固定装置。

一种利用权上述装置进行的风速测量试验方法，其包括如下步骤：

（a）锅炉内拉置柔性钢丝，并安装风速自动测量装置并对应安装辅助风向判断装置；

（b）将风速自动测量装置上的光纤线通过接头连接加长测量线并连接数据采集装置；

（c）利用操作器控制数据采集装置采集不同风速自动测量装置在测定时间内的平均风速。

试验方法中，对于对冲燃烧锅炉贴壁风测量，需要布置2套风速自动测量装置，将其布置于前后炉墙贴近水冷壁处。

试验方法中，对于四角切圆燃煤锅炉风速测量，将2套风速自动测量装置布置于同层水冷壁的中心位置，将4套风速自动测量装置布置于炉墙，分别位于前后左右四面炉墙的水冷壁处。

试验方法中，可以同时布置于2层及以上燃烧器。

本发明的有益效果在于：本发明的用于锅炉冷态动力场风速无人化、自动采集的试验装置，适用于各种类型锅炉内部风速和风向的测量和采集，包括炉内同层的流场分布及贴壁风测量试验，它将柔韧性很好的钢丝绳固定于所需测量风速区域，连接其控制和测量装置，然后再通过控制模块设定各个测点的位置和测量时间，利用风速自动测量装置，通过感应模块，自动感应风向变化，测量各个测点的风速大小并保存。

本发明将先进的自动控制技术和新型的柔性材料应用到试验中去，最终实现了冷态动力场风速测量试验无人化操作的目的。

相比较而言，传统的冷态动力场试验，包括切圆大小、回流区和贴壁风试验，都是凭借试验人员的感觉和经验来测量，对于测量所得数据来说，只能是一种粗略的、大致的结果，虽然不影响整体的结论，但其测量本身就是一种非精细化过程，如测量炉膛水冷壁的贴壁风速，会造成一定的人为误差，特别是每个测点的距离和风向把握不准，有时候误差会比较大。

利用本装置，将柔性钢丝绳固定于炉墙或燃烧器处，通过自动测量装置设定测点的水平间距，在测量过程中，在设定时间范围内根据炉内风向自动调整测点角度，可以实时记录数据并储存，误差小，精度高，夹子下面的圆环系有飘带，通过飘带的摆动，可以判断测点的大致风向，来验证自动测量装置方向的准确性。从而使试验人员能够便捷地、安全地从事炉内动力场试验；该装置可以制作多组，同时测量，既加快了试验进度，又提高了试验精度。

根据试验前设定好的参数，测量每个测点在设定时间内的平均风速，探头会根据风向的改变而改变测量方向，以确保测量的准确性；利用圆环和飘带来判断炉内风的大致方向，可以验证风速测量探头方向的准确性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的风速自动测量装置的结构示意图。

图3为本发明的背靠管的结构示意图。

其中，1光纤线、2数据采集装置、3操作器、4固定夹、5圆环、6飘带、7光纤接头、8加长测量线、9风速测量仪、10磁铁、11背靠管、12软管、13热电偶、14风向探头、15固定装置、16柔性钢丝、17燃烧器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

本发明的装置关键技术在于：无人化、自动化的数据采集。首次利用磁铁将风速测量仪和靠背管连成一体；对靠背管进行改进，靠背管上设置热电偶及风向探头，探头会根据风向变化而变化；自动测量仪可移动固定装置，可以是一个卡槽，可以移动并固定在柔性钢丝上；引入无线操作技术，操作器和风速测量装置内分别装有信号发射和接收模块，利用操作器对风速测量装置进行无线操作；将遥控技术应用于无线操作中；利用光纤双接头线连接风速测量装置和采集系统；将传统的热线风速仪的测量线加长；选择柔韧性较好的、带有刻度的细钢丝绳，以及在钢丝绳上布置若干个可移动的、带夹子的圆环，圆环上放置判断风向的飘带。

具体的，本发明涉及一种锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其包括风速自动测量装置、与风速自动测量装置通过光纤线1连接的数据采集装置2以及与数据采集装置2无线连接的操作器3。

其还包括辅助风向判断装置，所述辅助风向判断装置包括固定夹4、设置在固定夹4上的圆环5以及设置在圆环5上的飘带6。

所述光纤线1通过光纤接头7和加长测量线8与数据采集装置2连接。

所述风速自动测量装置包括风速测量仪9以及通过磁铁10固定在风速测量仪上的背靠管11，所述背靠管11通过软管12与风速测量仪9连接。

所述背靠管11上设置有热电偶13和风向探头14，所述热电偶13和风向探头14通过线缆与风速测量仪9连接。

所述风速测量仪9上还设置有用于固定风速测量仪9的固定装置15。

对于四角切圆锅炉来说，需要将2套装置分别布置于各层炉墙的中心位置，形成一个十字，贴壁风测量则需要布置4套，分别位于炉膛内前后左右4面炉墙处，形成一个“田”字形。对冲锅炉贴壁风测量，需要布置2套测量装置于前后炉墙处。

在做完炉外一次风标定调平试验后，按照锅炉冷态动力场试验的要求，开启一、二次风机及引风机，调至模化风速，待炉膛工况稳定，符合试验条件后进入炉膛内部，四角切圆锅炉总共需要布置6套风速自动采集装置，十字拉线2套，贴壁风测量4套（对冲锅炉需要2套，布置于前后墙水冷壁处），利用自动设定模块设定测点距离，其中十字拉线每个测点距离为20公分，贴壁风各个测点距离为5根水冷壁距离（试验前测量完毕），将事先准备好的装置按要求安装于炉内设定位置，然后试验人员从炉内撤出，开始试验。

利用操作器设定各参数值，按确定按钮，开始测量和采集数据。风向探头14选用叶轮式风向探头，风速测量仪内设置有风俗风向控制模块，它可以根据风向探头的测量，通过传感器测量该点的瞬时风向和风速，并将测量数据传输到数据采集装置中（一般情况下，飘带和测量杆方向一致），测量各测点处风速，并一一记录；若相邻风速差别较大，则可以利用操作器缩短水冷壁测量间距，增加测点的数量，提高整体的测量精度，待整个实验结束，将整个装置回收并放置于专门的仪器盒中。

所述风速测量仪可选用能慧NHFSXY2808，并在此基础上进行进一步的改造。将它的风向探头和风速风向传感器安装在靠背管上，将能慧NHFSXY2808的自动测量模块植入简化自动测量装置中去，从而实现风向和风速的自动识别和瞬时测量，并存储到数据采集装置中去。

因此，本发明的装置在现场实验中有较大的应用价值，无人化，数字化，便捷性，实用性，既提高了测量精度，又避免了由于人为原因造成的测量误差，为冷态动力场风速测量试验提供了一种新装置。

此装置由于简单、可靠、造价低廉，可以同时制作N组，配套热线风速仪，同时测量2层及以上数量的流场分布；此装置也可以应用到其它需要测量流场分布的行业中，来替代人工测量。

具体测量过程

根据实验前设定好的试验条件和参数，测量每个测点在设定时间内的平均风速，探头会根据风向的变化而改变测量方向，以确保测量的准确性；利用圆环和飘带来辅助判断炉内风的方向，可以验证风速测量探头的准确性。

图1~3是本装置的结构示意图。参见图1，对于燃煤锅炉来说，燃烧器17将煤粉借助一次风在炉膛内喷燃，四角切圆燃煤锅炉的中心区域会形成一个类似于切圆的燃烧区域（对冲燃烧会形成一个回流区），以四角切圆为例，将2套风速自动测量装置布置于同层水冷壁的中心位置，形成一个十字，4套装置布置于炉墙，分别位于前后左右四面炉墙的水冷壁处，围成一个“田”字。对冲燃烧锅炉贴壁风测量，同样需要布置2套风速自动测量装置，将其布置于前后炉墙贴近水冷壁处。

对于风速测量试验，首先是试验前准备工作：将6根柔性钢丝绳固定于燃烧器或炉墙上，将含有圆环和飘带的自动风速测量装置，安装于钢丝绳上，将光纤连接线和测量线接头连接，然后利用加长测量线将数据传输至采集装置处，风速自动采集装置安装完毕，试验人员从炉内撤出，在炉外利用操作器，设置好测点的时间和距离，或设置速度大小，初始工作完毕，开始试验。

工作步骤：按下操作器的确定按钮，根据试验前设定的参数，测量每个测点在设定时间内（或设定距离内）的平均风速，风向探头会根据炉内风向自动调整测量方向，以确保测量的准确性；利用圆环和飘带来判断风的大致方向，可以验证风速测量探头的准确性。

工作方式的改变：传统方法是试验人员利用热线风速仪，根据飘带方向，根据经验来测量风速，没有设定测量位置，炉内风的方向也把握不准，容易造成较大误差，且炉内动力场试验工作环境异常恶劣，试验人员需要沿炉膛四周来回走动，安全隐患大；新型自动测量装置可以自动地、准确地测量每个测点处的风速，且试验人员在布置完装置后可以离开炉内，实现风速的无人化测量和数据的自动采集。

该装置可以同时布置于同层燃烧器四面炉墙（对冲两面），如果需要，可以同时布置于2层及以上燃烧器；也可以将此装置改进应用到对冲燃烧锅炉回流区测量试验中去。因此，该装置实用性强，自动化程度高，安全系数大，可重复实用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明专利的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明专利将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其特征在于，其包括风速自动测量装置、与风速自动测量装置通过光纤线（1）连接的数据采集装置（2）以及与数据采集装置（2）无线连接的操作器（3）。

2.根据权利要求1所述的锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其特征在于，其还包括辅助风向判断装置，所述辅助风向判断装置包括固定夹（4）、设置在固定夹（4）上的圆环（5）以及设置在圆环（5）上的飘带（6）。

3.根据权利要求1所述的锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其特征在于，所述光纤线（1）通过光纤接头（7）和加长测量线（8）与数据采集装置（2）连接。

4.根据权利要求1所述的锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其特征在于，所述风速自动测量装置包括风速测量仪（9）以及通过磁铁（10）固定在风速测量仪上的背靠管（11），所述背靠管（11）通过软管（12）与风速测量仪（9）连接。

5.根据权利要求4所述的锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其特征在于，所述背靠管（11）上设置有热电偶（13）和风向探头（14），所述热电偶（13）和风向探头（14）通过线缆与风速测量仪（9）连接。

6.根据权利要求4所述的锅炉冷态动力场风速无人化自动采集装置，其特征在于，所述风速测量仪（9）上还设置有用于固定风速测量仪（9）的固定装置（15）。

7.一种利用权利要求1~6任一项所述的装置进行的风速测量试验方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（a）锅炉内拉置柔性钢丝，并安装风速自动测量装置并对应安装辅助风向判断装置；

（b）将风速自动测量装置上的光纤线通过接头连接加长测量线并连接数据采集装置；

（c）利用操作器控制数据采集装置采集不同风速自动测量装置在测定时间内的平均风速。

8.根据权利要求7所述的风速测量试验方法，其特征在于，对于对冲燃烧锅炉贴壁风测量，需要布置2套风速自动测量装置，将其布置于前后炉墙贴近水冷壁处。

9.根据权利要求7所述的风速测量试验方法，其特征在于，对于四角切圆燃煤锅炉风速测量，将2套风速自动测量装置布置于同层水冷壁的中心位置，将4套风速自动测量装置布置于炉墙，分别位于前后左右四面炉墙的水冷壁处。

10.根据权利要求8-9任一项所述的风速测量试验方法，其特征在于，可以同时布置于2层及以上燃烧器。