CN202033058U - 一种锅炉送风流量实时测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于过程参数检测领域的涉及一种锅炉送风流量实时测量装置。该实时测量装置由测量管段、传感器组件、微差压变送器、压力变送器、温度变送器、I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统构成，送风流量测量管段通过上下游侧法兰实现与送风管道密封连接；在送风流量测量管段截面不同测点上的布置多只双级动压文丘里管组成该测量装置的传感器组件，每只双级文丘里管输出动压由与之相配的微差压变送器测出所在位置上空气流速，从而计算出送风流量。本实用新型与现有技术相比，即使在低流速时该装置也具有较高灵敏度及较大的输出差压信号，且流量测量的有效性和准确性明显提高。

Description

一种锅炉送风流量实时测量装置

技术领域

本实用新型属于过程参数检测技术领域，特别涉及一种锅炉送风流量实时测量装置。

技术背景

火力发电厂锅炉的制粉系统调节、燃烧系统调节、风烟系统调节均需要有效性高及可靠性高的送风流量信号，以维持锅炉在最佳工况下安全运行。由于大型发电锅炉一次风、二次风管道均为当量直径大于2000mm的矩形管道，加之允许的压力损失较小，故工程检测中既无需单独标定又能保证较高准确度的标准节流装置无法被采用，而不得不采用基于动压法的均速管风速传感器(包括阿纽巴(Annubar)、威力巴(Verabar)、威尔巴(Wellbar)、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴(Torbar)等)，将流体的动压转化为风速传感器的输出差压来表征平均风速。这类仪表存在的主要问题是被测介质的密度越低，传感器的灵敏度也就越低，从而使得送风流量检测的有效性和可靠性均存在明显的局限性。

在“过程参数检测及仪表”常太华、苏杰著，中国电力出版社，北京，2009.6，P152-153中记载了一种基于翼型动压管的大口径矩形管道送风流量测量方法，通过测量翼型动压管正对来流总压孔与两个侧面连通静压输出孔之间的差压表征平均风速，该方法与毕托(pettot)管相比，在相同的流速下前者的输出差压是后者的4倍，使流速测量灵敏度有所提高。即使如此，当风速不太高时，这种传感器输出差压信号仍然较小：例如20℃时3m/s风速对应输出差压为23.22Pa，折合2.444mmH₂O柱，由此可看出该方法的测量灵敏度虽然有所提高，但尚不能完全满足工程需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术应用于电厂锅炉送风流量测量传感器输出灵敏度低有效性差的现状，提出基于测量截面多点双级动压文丘里管法的一种锅炉送风流量实时测量装置，该实时测量装置由测量管段、传感器组件、微差压变送器、压力变送器、温度变送器、I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统构成，其特征在于：送风流量测量管段1通过上游侧法兰10，下游侧法兰11与送风管道12密封连接，在送风流量测量管段1内过测量管段横截面中心点并与管道横截面长边平行的轴线上正对来流，并列布置m只结构尺寸完全相同的双级动压文丘里管4，m只双级动压文丘里管4构成传感器组件；双级动压文丘里管4外壁设置安装环5；在送风流量测量管段1内短边内壁上设置第一固定环8和第二固定环9，双级动压文丘里管4之间通过第一钢缆6、第二钢缆7串联；两边的双级动压文丘里管4也通过第一钢缆6、第二钢缆7分别与第一固定环8和第二固定环9连接，固定在送风流量测量管段1内；所述双级动压文丘里管4由中心动压文丘里管13通过引压管15固定在外围动压文丘里管14进风口部位构成；所述各中心动压文丘里管13的引压管15穿过被测管道1，并分别接入与该双级动压文丘里管相配的微差压变送器的正负压室，m只双级动压文丘里管配m只微差压变送器，每只微差压变送器再和I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统串联；在被测管道内还分别设有测压管与压力变送器相接、温度测量传感器与温度变送器相接，压力变送器和温度变送器分别再和I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统串联。

所述m为大于3的正奇数，m只双级动压文丘里管以测量截面与长边L平行的中心线等分对称布置。

所述测量管段1横截面的两个长边的壁面2内侧壁表面16与文丘里喷嘴延轴向纵剖面3形状相同。

所述传感器组件两端的两只双级动压文丘里管紧贴测量管道的短边壁面安装。

本实用新型的有益效果是：

1.测量管段的两平行壁面采用文丘里喷嘴纵剖线轮廓形收缩柱面，产生节流作用，在压力损失很小的前提下，使流体的雷诺数增加，有效消除低流速引起的流速分布不均匀导致流量测量的误差；流速增加的同时，也利于提高测量灵敏度；

2.采用双级动压文丘里管，使测量灵敏度大幅度提高；

3.每一只双级动压文丘里管的输出差压都有一只与其相配套的、一一对应的微差压变送器，可将各点流速一一测出，相当于测出了一条直线上的流速分布。因此，流量测量的有效性和准确性比传统的动压平均管法大幅度提高。

4.使相同流速下对应的风速传感器差压输出较翼形动压管法高出至少4倍，且使测量结果的有效性显著提高。

附图说明

图1为送风流量测量装置测量管段纵剖(与矩形截面长边L平行)面(剖面与风速平行)示意图

图2为送风流量测量装置测量管段横剖(与矩形截面短边W平行)面(剖面与风速平行)示意图。

图3为送风流量测量系统构成原理图。

具体实施方式

本实用新型是提供一种用于电厂矩形截面送风管道送风流量实时测量的装置，与现有技术相比，即使在低流速时该装置也具有较高灵敏度及较大的输出差压信号，且流量测量的有效性和准确性明显提高，下面结合附图及最佳实施案例对本实用新型作进一步说明。

设矩形送风管道横截面长边长为L，短边长为W。

在图1、2中，送风流量测量管段1通过上游侧法兰10，下游侧法兰11实现与送风管道12密封连接，在送风流量测量管段1内长边的同一横截面上正对来流V_o方向并列布置m只结构尺寸完全相同的双级动压文丘里管4，m为≥3的正数，m只双级动压文丘里管在平行测量截面长边L的测量管道横截面中心线上等距对称布置，构成传感器组件；双级动压文丘里管4外壁设置安装环5；在送风流量测量管段1内短边内壁上设置第一固定环8和第二固定环9，双级动压文丘里管4之间通过第一钢缆6、第二钢缆7串联；两边的双级动压文丘里管4也通过第一钢缆6、第二钢缆7分别与第一固定环8和第二固定环9连接，固定在送风流量测量管段1内；所述双级动压文丘里管4由中心动压文丘里管13通过引压管15固定在外围动压文丘里管14进风口部位构成；所述中心动压文丘里管13的引压管15穿过被测管道外，并分别接入i为1-w的各只微差压变送器的正负压室，其中，其中w为1、2、3.....的正整数(如图3所示)；微差压变送器再和I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统串联；在被测管道外还分别连接压力变送器和温度变送器，压力变送器和温度变送器分别再和I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统串联。

流体流经测量管段时，流动截面发生收缩，且在截面收缩至最小处流速达到最大。与其他位置相比，在该截面处，流体流速分布最为稳定。故本实用新型装置将测量截面选为测量管段流束收缩至最小的截面处，以提高测量的灵敏度和准确性。

所述送风流量测量装置工作原理如下：

设在未受动压文丘里管影响时，流体的流速为v₀，受动压文丘里管阻碍后流速下降到v₁，静压由原来的P₀增至P₊，流到动压文丘里管喉部时，流体静压降至P_-，相应的流速增加至v₂。若对单级文丘里管喉部和入口的流动按一元流动处理，得：

$v_1=\mathrm{m\α}\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρ}}}---\left(1\right)$

(1)式中α-动压文丘里管的流量系数

m-文丘里管流通截面比

D为动压文丘里管进口处的直径，d为动压文丘里管收缩至最小处的直径

ΔP-差压ΔP＝P₊-P_-

在入口截面处和上游未受影响截面处列出流体流动的能量守恒方程

$\frac{{{\mathrm{\ρv}}_0}^2}{2}-\frac{{{\mathrm{\ρv}}_1}^2}{2}=P_{+}-P_{-}=\mathrm{\ξ\ΔP}---\left(2\right)$

(2)式中ξ是按文丘里管内压力降ΔP计算的压力损失系数。

(1)、(2)联立，解得：

$\frac{v_1}{v_2}=\frac{\mathrm{\αm}}{\sqrt{{\mathrm{\α}}^2{m}^2+\mathrm{\ξ}}}---\left(3\right)$

则单级动压文丘里管的放大系数k为：

$k=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\frac{{{\mathrm{\ρv}}_0}^2}{2}}=\frac{1}{({\mathrm{\α}}^2{m}^2+\mathrm{\ξ})}---\left(4\right)$

实验表明，对于双级动压文丘里管，k值可达20以上。

流体未受流量测量传感器组件影响前的流速v₀经双级动压文丘里管转换成为差压ΔP，两者关系：

$v_0=\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{k\ρ}}}---\left(5\right)$

测量截面上第i个测点的流速v_0i由第i只双级动压文丘里管转化成为与之对应的差压ΔP_i，由引压管15引至被测管道外，并接入第i只微差压变送器的正负压室，第i只差压变送器将ΔP_i转化为相应的输出电流I_i，I_i再经I/V转换器转换为1-5V DC电压U_i，U_i即表示流速v_0i，U_i再经A/D转化为数字信号被控制采样开关输送到计算机系统，求得第i只双级动压文丘里管对应测量点上的空气流速v_oi，矩形截面送风管道流量测量系统构成原理如图3所示。

根据上述分析，第i个测点的流速v_0i与第i只双级动压文丘里管输出差压ΔP_i之间存在下列关系：

$v_{\mathrm{oi}}=\sqrt{\frac{2\mathrm{\Δ}{p}_i}{\mathrm{k\ρ}}}---\left(6\right)$

设在测量管道内，由上至下共布置m(m≥3)只双级动压文丘里管，则矩形送风管道在压力p，温度t时的送风流量q。

$q=\frac{1}{m}(v_{o1}+v_{o2}+......+v_{\mathrm{om}})A$ 或

$q=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{i}A---\left(7\right)$

(7)式中A为送风管道的横截面积，有A＝L×W。

装在测量管道内的温度传感器和压力变送器将工质温度t，压力p测出，温度变送器和压力变送器输出的电流信号分别由各自相配的电流/电压转换器转化成1-5V DC电压信号，再经各自的A/D转化成相应的数字信号送入处理信号的计算机系统，计算机根据温度t(℃)、压力p，按照气态方程，将送风流量q折合到T₀＝293.15K，P₀＝0.1MPa(绝对压力)，即标准状况下空气流量值Q₀。

计算公式： $\frac{(p+P_d)q}{(t+273.15)}=\frac{P_0{Q}_0}{T_0}---\left(8\right)$

或 $Q_0=\frac{(p+P_d)T_0}{(t+2736.15)P_0}q---\left(9\right)$

(8)、(9)式中，q表示送风压力为p(相对压力，即表压力)、工作温度为t(℃)时的送风流量；Q₀表示标准状况即P₀＝0.1MP(绝对压力)、T₀＝293.15K时对应的锅炉送风标准体积流量；P_d为标准大气压力，一般取P_d＝101325P_a。测量管段横截面上两个边长为L的长边对应的壁面采用文丘里喷嘴延轴向纵剖面内缘轮廓线形柱面，使流体通流面积发生收缩，以增加流速，其目的是在低流量下的测量截面上流体的雷诺数也能达到紊流状态且减小同一平面上流速分布不均匀导致的流量测量误差，使流量测量的有效性和准确性提高。

Claims (4)

1.一种锅炉送风流量实时测量装置，该实时测量装置由测量管段、传感器组件、微差压变送器、压力变送器、温度变送器、I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统构成，其特征在于：送风流量测量管段(1)通过上游侧法兰(10)和下游侧法兰(11)与送风管道(12)密封连接，在送风流量测量管段(1)内，送风流量测量管段(1)内长边的同一横截面上正对来流方向并列布置m只结构尺寸完全相同的双级动压文丘里管(4)，m只双级动压文丘里管(4)构成传感器组件；双级动压文丘里管(4)外壁设置安装环(5)；在送风流量测量管段(1)内短边内壁上设置第一固定环(8)和第二固定环(9)，双级动压文丘里管(4)之间通过第一钢缆(6)、第二钢缆(7)串联；两边的双级动压文丘里管(4)也通过第一钢缆(6)、第二钢缆(7)分别与第一固定环(8)和第二固定环(9)连接，固定在送风流量测量管段(1)内；所述双级动压文丘里管(4)由中心动压文丘里管(13)通过引压管(15)固定在外围动压文丘里管(14)进风口部位构成；所述各中心动压文丘里管(13)的引压管(15)穿过被测管道，分别接入与之相配的微差压变送器的正负压室，每只双级动压文丘里管配一只微差压变送器，m只双级动压文丘里管共配m只微差压变送器，微差压变送器再和I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统串联；在被测管道外还分别连接压力变送器和温度变送器，压力变送器和温度变送器分别再和I/V转换器、A/D转换器、可编程控制采样开关及微机信号处理系统串联。

2.根据权利要求1所述送风流量实时测量装置，其特征在于：所述m为大于3的正奇数，m只双级动压文丘里管在测量管段同一横截面，在与该横截面长边平行的中心线上对称布置。 

3.根据权利要求1所述锅炉送风流量实时测量装置，其特征在于：所述测量管段(1)横截面的两个长边的壁面(2)内侧壁表面(16)与文丘里喷嘴延轴向纵剖面(3)形状相同。

4.根据权利要求1所述锅炉送风流量实时测量装置，其特征在于：所述传感器组件两端的两只双级动压文丘里管紧贴测量管道的短边壁面安装。 

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