CN110967210B - 一种旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，包括数据采集仪、网状测量架构和控制器。网状测量架构由材质和长度相同的金属杆组成，网状测量架构的每个网孔节点用绞扣固定。网孔节点上设置热线风速探头，热线风速探头通过通信线缆或通过无线传输的方式与数据采集仪通信联通，数据采集仪连接到控制器。网状测量架构冷态试验安装在电站锅炉旋流燃烧器喷口流场。本发明用于电站锅炉冷态动力场试验，测量旋流燃烧器喷口流场的状态，通过数据分析得出旋流燃烧器叶片角度下的回流区的大小和形状，选择适合锅炉所烧煤种的回流区大小，使旋流燃烧器的叶片角度开度与所烧煤种相匹配。

Description

一种旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统

技术领域

本发明属于火电厂锅炉燃烧设备测量技术领域，涉及一种旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统。

背景技术

电站锅炉尤其是火焰对冲的旋流燃烧器锅炉，回流区的大小和形状是重要的燃烧因素。回流区的大小和形状与所烧的煤种一一对应，对于挥发份含量较小的贫煤和无烟煤对回流区的要求较高，要求比较合适的回流区，对于烧喷煤和无烟煤的锅炉来说，如果燃烧器喷口的回流区较小，会造成电站锅炉的飞灰含碳量较高以及火焰中心上移，使得锅炉出现一系列的燃烧问题。电站锅炉所烧煤种的挥发份含量较高，应该选择较小的回流区甚至不需要回流区，如果燃烧高挥发份的煤种而又选择较大的回流，可能会出现喷口内着火，造成燃烧器喷口烧损或者喷口附近结焦或者腐蚀。因此电站锅炉所烧的煤种与旋流燃烧器喷口处的回流区的大小和形状一一对应，通过调整旋流燃烧器的内外二次风的叶片角度来实现改变回流区的大小和形状。不论冷态动力场试验还是热态运行时的燃烧调整试验，调整叶片角度改变回流区的大小是非常关键的调整手段。综上所述，电站锅炉旋流燃烧器的喷口流场对电站锅炉的安全稳定高效运行至关重要。

当前传统的测量回流区的方法比较简单，用飘带法只能对回流区的形状进行大致的判断，不能实现精确测试，传统的测量方法的缺点是：

⑴试验精度低，传统的测量方式只能用几个点代表测试，观察一个直线上布条的摆动方向（只能观测方向，无法对该测量点出的速度进行测量），当然更无法做到一个覆盖面系统精确的测试，并且在测试过程中手持仪器对着每秒几十米的风速进行测量，手臂晃动无法避免,人为的误差无法改变，无法保证仪器稳定和角度正确，试验精度受到极大的影响。

⑵旋流燃烧器喷口区域的流场非常重要，回流区的大小有无与所烧的煤种对应，不论从电厂的稳燃角度还是节能角度，喷口附近流场意义重大，冷态动力场试验时需要不断调整旋流燃烧的叶片角度，测量每个叶片开度下的回流区的大小和形状，以实现找到与当前煤种最佳的回流区的大小，这个连续寻找最佳回流区的过程需要整个过程保持相当高的精度和试验强度，对试验人员的耐心和体力一个很大的考验。

⑶工作环境差。炉内噪音大、粉尘飞扬且夏季酷热（可达40℃以上）、冬季寒冷，给试验人员的身体健康造成了很大的危害。

⑷劳动强度大。试验人员在恶劣的环境中爬上梯子，在高空中面对30～50m/s的风速进行风速测量，劳动强度大，危险系数高。

⑸试验耗时长。锅炉燃烧器数量多，每一工况均需用人工对各燃烧器喷咀进行多点测量，耗时较长，风机耗电量增加。

综上所述，当前的急需一个能精确测量旋流燃烧器流场的测量系统，并且能够实现精确测量的同时，又能保证试验快速精确安全简洁。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，用于电站锅炉冷态动力场试验，测量旋流燃烧器喷口流场的状态，通过数据分析得出该旋流燃烧器在当前叶片角度下的回流区的大小和形状，选择适合锅炉所烧煤种的回流区大小，使旋流燃烧器的叶片角度开度与所烧煤种相匹配。

本发明的技术方案是：旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，包括数据采集仪、网状测量架构和控制器。网状测量架构由材质和长度相同的金属杆组成，网状测量架构的每个网孔节点用绞扣固定。网孔节点上设置热线风速探头，热线风速探头通过通信线缆或通过无线传输的方式与数据采集仪通信联通，数据采集仪连接到控制器。网状测量架构冷态试验安装在电站锅炉旋流燃烧器喷口流场。

金属杆的材质为铝合金，每根金属杆长度为2m，金属杆的直径为0.5cm，为了减轻重量和使用方便，金属杆做成空心结构。绞扣的材质为塑料。网孔为正方形，网孔的边长为15～20cm。数据采集仪设有与热线风速探头连接的连接通道，连接通道为正方形，正方形的边长为15～20cm。数据采集仪为便携式采集仪，数据采集仪外接220V的外接电源，每个热线风速探头均可通过连接线与数据采集仪相互连接，使热线风速探头感应的风速传输到采集仪上。控制器为单片机、手提电脑或PLC控制仪。网孔节点上设置感应风向的布条，布条用容易被风吹起来的轻质布料制成。布条的长度为4～6cm，布条宽度为0.5～1.0cm，也不宜低于0.5 cm，太窄了也不容易观察，布条用线绳捆绑在每个节点上，或用胶带粘在每个节点上。

网状测量系统测量旋流燃烧器出口流场的分布，分析测试数据，得出该旋流燃烧器在当前的叶片角度下的回流区大小和形状，为当前的燃烧煤种匹配合适的燃烧器叶片角度，并为锅炉的冷态动力场试验以及后来锅炉安全高效稳定运行提供数据参考。热线风速探头的测量量程为10～50m/s，二次风的最大速度不超过40m/s。

本发明旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，用于电站锅炉冷态动力场试验，测量旋流燃烧器喷口流场的状态，通过数据分析得出该旋流燃烧器在当前叶片角度下的回流区的大小和形状，通过分析选择适合锅炉所烧煤种的回流区大小，使旋流燃烧器的叶片角度开度与所烧煤种相匹配。与现有技术相比，本发明的的有益效果是：

⑴量化分析试验数据数据：改变了传统试验的定性观测分析的状态，提高了测量精度，网状自动测量系统实现了精确测量冷态时旋流燃烧器喷口流场的分布及回流区的大小和形状，改变了以前传统的回流区以及流场的测试只能肉眼观测的状态。有大量的冷态的试验数据支持，在热态可以更精确的调整燃烧器叶片角度与煤种的适应性。火电厂在运行中因故需要更换煤种，可以随时根据冷态试验数据调整燃烧器叶片的角度以适应煤种变化，网状测量系统精确的测量数据为电站锅炉的燃烧调整以及优化操作提供了技术支持，为电厂的节能和经济运行提供了数据参考。

⑵节省试验工作量和人力：炉内的工作环境差，试验人员彼此之间的交流不方便，导致的工作效率低，增大了工作量。网状测量系统可以实现简单快洁的多数据测量，避免了试验的工作量，节省了大量的人力、物力，避免更多的试验人员进入炉内，降低了劳动强度。

⑶降低耗能、节省了测量时间：由于测量旋流燃烧器喷口的流场的分布及回流区的大小和形状在锅炉停机状态进行，并且处在点火前的时间段，炉内的冷态动力场试验时间紧、任务重，用该网状架构的网状测量系统自动测量可以节省测量时间。冷风动力场试验都是风机全部启动的状态，统的测量方法炉内工作都是接近半天的时间测量完成，用网状测量系统自动测量一个小时时间基本完成工作，节省了两三个小时的风机运转的时间，减少了电厂的能耗。

⑷试验的安全性：由于炉内的工作环境极差，风沙大，噪音大，主要是炉内工作属于高空作业，炉内搭建的都是脚手架平台，试验人员需要攀爬脚手架在平台上工作。使用网状测量系统自动测量，减少了进入炉内的工作人员，更多的人员为试验进行安全监护。

附图说明

图1为本发明旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统的示意图；

图2为金属杆示意图；

图3为数据采集仪示意图；

图4为网状测量架构的结构示意图；

图5为热线风速探头示意图。

其中：1—金属杆、2—连接通道、3—数据采集仪、5—网状测量架构、6—网孔、7—热线风速探头、8—通信线缆、9—手提电脑、L1—网孔的边长、L2—热线风速探头边长、L3—金属杆的长度。

具体实施方式

下面结合附图好实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，如图1所示：包括数据采集仪3、网状测量架构5和控制器，控制器为手提电脑9。如图所示，网状测量架构5由材质和长度相同的圆形金属杆1组成。如图2所示金属杆1的材质为铝合金，每根金属杆长度L3=2m，金属杆的直径为0.5cm，为了减轻重量和使用方便，金属杆做成空心结构。网状结构的每个网孔节点用绞扣固定，绞扣的材质为塑料。网状测量架构的网孔6节点上设置热线风速探头7。热线风速探头7通过通信线缆8与数据采集仪3通信联通数据采集仪3连接到手提电脑9。网状测量架构5冷态试验安装在电站锅炉旋流燃烧器喷口流场。网孔6为正方形，网孔的边长L1=15cm。如图3所示。数据采集仪3设有与热线风速探头7连接的连接通道2，连接通道2为正方形，正方形的边长为L2=20cm。数据采集仪3为便携式采集仪，数据采集仪外接220V的外接电源，每个热线风速探头均可通过连接线与数据采集仪相互连接，使得热线风速探头感应的风速传输到采集仪上。网孔节点上设置感应风向的布条，布条用容易被风吹起来的轻质布料制成。布条的长度为5cm，布条宽度为1.0cm.布条用线绳捆绑在每个节点上。

网状测量系统测量旋流燃烧器出口流场的分布，分析测试数据，得出该旋流燃烧器在当前的叶片角度下的回流区大小和形状，为当前的燃烧煤种匹配合适的燃烧器叶片角度，并为锅炉的冷态动力场试验以及后来锅炉安全高效稳定运行提供数据参考。热线风速探头的测量量程为10～50m/s，二次风的最大速度不超过40m/s。

本发明旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统的网状的架构可以随时现场组装拆卸，便于使用。网状架构均有轻质的金属杆组成，每根金属杆长度为两米，直径圆形截面的直径为0.5厘米，每个金属杆大小形状材质相同。燃烧器的外喷口尺寸也就是外二次风的扩口处的直径大概在1.1米左右，网状整体的架构正方形边长两米多点，应不小于2米。架构的边长小于2米会造成该网状结构无法覆盖回流区平行于喷口处截面，造成失去测量的意义。其中每个网孔的大小可根据试验精度调节，一般设置为网孔边长15厘米，如果网孔边长大一些，如果设置成20厘米，则需要的金属杆少一些，每个小网孔同样为正方形，网孔的数量布置可根据试验要求来设置。每个网孔的节点上均设有风速感应探头，网孔越小测试的精度越高，但是，网孔太密集会遮当旋流燃烧器喷口处的风速流场，造成试验误差。本实施例网孔设置边长为15厘米的正方形网孔。每个网孔的节点上均布置热线风速探头，每个热线风速探头的型号和大小一致，量程为10～50m/s，冷态的情况下一般外二次风的最大速度不会超过40m/s，热线风速探头外形尺寸不超过2厘米×2厘米，风速探头过大的会影响干扰实际的流场分布，造成无法测量真实流场的状态，同样每个热线风速探头均能通过绞扣固定在每个网孔的节点上。除了热线风速探头，每个网孔节点上还需布置感应风向的布条，布条采用比较轻质的布料，容易被风吹起来的，布条的长度最好控制在5厘米左右，宽度控制在1厘米到0.5厘米，也不宜低于0.5厘米，太窄了也不容易观察，布条可以用线绳捆绑在每个节点上，风吹起来的时候布条可以清晰的感受风向，因为旋流燃烧器喷口处的流场时有旋向，有时风向比较乱，需要认真仔细的记录布条的风向。

数据采集仪可以采集热线风速探头感受的风速，数据采集仪的体积不易过大，应该便于携带，数据采集仪需要外接电源，一般来需要220V的外接电源，每个热线风速探头均可通过连接线与数据采集仪相互连接，使得热线风速探头感应的风速传输到采集仪上。也可基于数据传输技术，采用无线传递的方式。数据采集仪的连接通道数可与热线风速仪的探头数目对应。每台数据采集仪采集的实时数据通过通信线缆传输到手提电脑上。电脑上安装热线风速测定软件，测定软件显示每个通道传过来的数据，即：每个热线风速探头感受的风速。测定软件具有对数据采集仪传输过来的数据进行处理和分析的功能，自动绘制回流区的功能。待采集的数据稳定后，测定软件每隔2秒采集一个采集仪传输过来的数据，可以截取五分钟以内的数据，得到五分钟内的每个热线风速探头的风速平均值。可以采集到每个节点上的五分钟的风速平均数据，然后在炉内的喷口流场稳定后，记录每个布条的方向。将记录的风速方向手动输入电脑，由电脑软件处理的数据和回流区的图示在电脑的显示屏上或打印出来。可以把时间段加长一些，如取10分钟，或者半个小时的数据，可以画出每个时间段回流区。比较每个时间段的回流区图示，旋流燃烧器喷口风速稳定下来后，回流区的形状和大小稳定下来，五分钟和10分钟采集数据绘制的回流区应当一致。

本发明旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统的运行过程为：

⑴试验前的准备：炉外的一次风标定调平工作结束后进入炉内进行试验准备工作，试验人员准备220V的线盘，通电后将线盘放置在待测的燃烧器喷口平台处。根据试验的要求将足够数量的金属杆、塑料绞扣、热线风速探头和数据采集仪带入炉内，起支撑作用的架杆等一起带入炉内。如果有需要，携带足够的通信线缆进入炉内。按照试验前商定好的网状架构节点的距离开始搭建网状测量架构5。网状测量架构搭建后，开始组装各个部件，对数据采集仪通电，在炉外准备好手提电脑，建立好手提电脑与数据采集仪的连接。待所有的准备工作完成后，开始检验网状架构自动测量系统是否准确可用，如发现连接不好及时处理，以免在试验过程中出现故障，影响试验进程。

⑵试验过程：调整好设备后可以开始工况试验，将旋流燃烧器的一次风，内二次风，外二次风调整到模化风速状态，开始测量。首先将网状架构的自动测量系统的网状面与待测旋流燃烧器的喷口截面平行放置，保持网状测量架构不动，在测量过程中不要晃动，测量架构的下端放置在平台上，根据平台与喷口的距离进行调整。如果平台和喷口距离较高，网状测量架构下端放置在凳子上，网状测量架构的上端固定在一个长金属杆上，上端需要两个试验人员用手固定，一人保持一侧，保持位置的稳定。第一个测量位置从两个平面（网状架构的平面和旋流燃烧器喷口所处的平面）相距10厘米开始，在此位置保持两三分钟。进入下一位置的测量，下一个位置是两个平面间的距离30厘米的位置，再后来依次是50厘米位置，70厘米位置，一直测量下去，直到测量不到回流区为止，一般回流区的形状不超过两米，狭长型的回流区也不超过两米。测量过程中，炉内的试验人员需要记录每个测量位置上布条的摆动方向，试验过程中炉内的试验人员需要将记录下来的网状架构上布条摆动的方向传输到炉外，炉外的试验人员及时将布条摆动的方向输入电脑软件内。炉外的试验负责人根据软件处理出来的回流区形状和大小做出判断，并且将图示直接展示给电厂的相关负责人。试验人员与电厂的负责人经过商议认定，可以进入下一个叶片角度的状态测试。多测几个叶片角度下的回流区的形状与大小，例如：内二次风叶片角度30度，外二次风叶片角度60度，有的叶片开度下基本上都不会出现回流区。得到每个叶片角度下的回流区的形状和大小，为以后的电站锅炉冷态动力场试验方向提供技术参考，为电站锅炉旋流燃烧器的改造提供数据支持。

Claims (8)

1.一种旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述测量系统包括数据采集仪（3）、网状测量架构（5）和控制器；所述网状测量架构（5）由材质和长度相同的金属杆（1）组成网状结构，网状测量架构的每个网孔（6）节点用绞扣固定；每个网孔的大小可根据试验精度调节，每个网孔为正方形，网孔的数量布置可根据试验要求来设置，每个网孔节点上设置热线风速探头（7）；所述热线风速探头（7）通过通信线缆（8）或通过无线传输的方式与数据采集仪（3）通信联通；所述数据采集仪（3）连接到控制器；所述网状测量架构（5）安装在电站锅炉旋流燃烧器喷口流场；每个网孔节点上设置感应风向的布条，所述布条用容易被风吹起来的轻质布料制成；所述网状测量系统测量旋流燃烧器出口流场的分布，分析测试数据，得出旋流燃烧器在当前的叶片角度下的回流区大小和形状，为当前的燃烧煤种匹配合适的燃烧器叶片角度，并为锅炉的冷态动力场试验以及锅炉安全高效稳定运行提供数据参考；旋流燃烧器喷口冷态流场网状测量系统的运行过程为：

⑴调整好设备后开始工况试验，将旋流燃烧器的一次风，内二次风，外二次风调整到模化风速状态，开始测量；

⑵将网状测量架构的网状面与待测旋流燃烧器的喷口截面平行放置，保持网状测量架构不动，在测量过程中不要晃动；

⑶ 第一个测量位置从两个平面相距10厘米开始，保持两三分钟，其中两个平面为：网状测量架构的平面和旋流燃烧器喷口所处的平面；

⑷进入下一位置的测量，下一个位置是两个平面间的距离30厘米的位置，再后来依次是50厘米位置，70厘米位置，一直测量下去，直到测量不到回流区为止；

⑸测量过程中记录每个测量位置上布条的摆动方向输入电脑软件内；

⑹进入下一个叶片角度的状态测试，多测几个叶片角度下的回流区的形状与大小，得到每个叶片角度下的回流区的形状和大小。

2.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述金属杆（1）的材质为铝合金，每根金属杆长度为2m，金属杆的直径为0.5cm，金属杆为空心结构。

3.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：网孔的边长为15～20cm。

4.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述数据采集仪（3）设有与热线风速探头（7）连接的连接通道（2），所述连接通道（2）为正方形，正方形的边长为15～20cm。

5.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述数据采集仪（3）为便携式数据采集仪，数据采集仪外接220V的外接电源，每个热线风速探头通过连接线与数据采集仪相互连接，使得热线风速探头感应的风速传输到采集仪上。

6.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述控制器为单片机、手提电脑（9）或PLC控制仪。

7.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述布条的长度为4～6cm，布条宽度为0.5～1.0cm；所述布条用线绳捆绑在每个节点上，或用胶带粘在每个节点上。

8.根据权利要求1所述的旋流燃烧器喷口冷态流场的网状测量系统，其特征是：所述热线风速探头的测量量程为10～50m/s，二次风的最大速度不超过40m/s。

Images