適用大型鍋爐的智能型冷態(tài)爐內(nèi)動力狀況測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電站鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于大型電站煤粉鍋爐冷態(tài)爐內(nèi)動力狀況的測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國的各種發(fā)電方式中，仍然以燃煤的火力發(fā)電為主，在300麗和600麗這些主力機(jī)組中，切圓燃燒方式由于燃燒行程長，爐內(nèi)混合強(qiáng)烈，燃燒效率高等特點(diǎn)在煤粉鍋爐中被廣泛采用。
[0003]對于采用切圓燃燒方式的大型電站鍋爐來說，其燃燒效果的好壞與爐內(nèi)空氣動力狀況直接相關(guān)，但是在煤粉燃燒情況下，爐內(nèi)是最高可達(dá)到1500°C多灰的高溫環(huán)境、而且煤粉燃燒是多變量、多因素復(fù)雜耦合的物理化學(xué)過程，無法在熱態(tài)情況下對爐內(nèi)燃燒動力狀況進(jìn)行測試，目前有些測量技術(shù)如聲波測溫技術(shù)、激光測量技術(shù)等可以測量出爐內(nèi)的溫度場、氧量場、CO場的分布，就這些測量技術(shù)來看首先是誤差較大，而且受現(xiàn)場測量條件，燃燒狀況等因素的影響，很多情況下出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)失真的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)不可靠，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是這些測量數(shù)據(jù)并不能反應(yīng)爐內(nèi)燃燒動力狀況，不能顯示出爐內(nèi)燃燒切圓的大小，爐膛內(nèi)貼壁風(fēng)速是多少，有無貼壁燃燒等情況。
[0004]目前較為可行并且已經(jīng)應(yīng)用的方法有兩種，一種是采用數(shù)值模擬的方法對爐內(nèi)熱態(tài)動力狀況進(jìn)行模擬，另一種是基于相似理論的爐內(nèi)冷態(tài)動力狀況的直接測量。
[0005]數(shù)值模擬是以計(jì)算方法為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)求解物理過程的方法，該方法具有成本低，速度快，可以模擬真實(shí)條件不需要縮小的模型等優(yōu)勢，但其缺點(diǎn)也較為明顯，數(shù)值模擬的對象是數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的是經(jīng)過簡化假設(shè)處理的，其準(zhǔn)確性未知；對于一些幾何形狀復(fù)雜，物性變化大問題不能獲得；數(shù)值模擬對解的唯一性判斷力較弱。
[0006]目前關(guān)于爐內(nèi)空氣動力場的數(shù)值模擬的文章較多，如王鵬翔，楊威，陸慧林，200MW四角切向煤粉鍋爐空氣動力場冷態(tài)?；蛿?shù)值模擬[J]，電站系統(tǒng)工程，2002，4:10-22 ;荊有印，方月蘭，齊曉唯，四角切向燃燒煤粉鍋爐爐內(nèi)氣流組織與數(shù)值模擬[J]，東北電力技術(shù)，2007，7:1-3 ;申春梅，吳少華，吳雪梅等，單爐膛雙切圓鍋爐爐內(nèi)空氣動力場的數(shù)值模擬[J]，電力設(shè)備，2006，11 (7):43-46等。這些數(shù)值模擬都采用了流體視為不可壓縮流體，忽略流體粘性力做功引起的耗散，流動視為穩(wěn)態(tài)流動，認(rèn)為流體密度變化僅對浮生力產(chǎn)生影響，然后采用k- ε雙方程模型SIMPLE離散方式對爐膛內(nèi)部的氣相流動進(jìn)行模擬得出的結(jié)果，圖1典型的數(shù)值模擬結(jié)果。
[0007]從模擬結(jié)果可以定性的看出爐內(nèi)流動狀況，而且給出信息也不全，沒有定量給出燃燒切圓直徑大小和鍋爐貼壁風(fēng)速等重要參數(shù)，而且由于數(shù)值模擬的固有的缺點(diǎn)，數(shù)值模擬結(jié)果在工程上僅作為參考，在進(jìn)行鍋爐設(shè)計(jì)和燃燒器設(shè)計(jì)時，還必須進(jìn)行冷模試驗(yàn)。
[0008]根據(jù)相似原理，進(jìn)行爐內(nèi)冷態(tài)空氣動力場等模化試驗(yàn)一種簡便易行的測試方法，在新機(jī)組投產(chǎn)前或鍋爐大修后啟動前都要進(jìn)行爐內(nèi)空氣動力場試驗(yàn)，該方法應(yīng)遵守的原則是:幾何相似，保持氣流進(jìn)入自摸化區(qū)，邊界條件相似，這三個條件都是非常容易滿足的，由于是在原鍋爐上測試，所以幾何相似，只要保證Re > 15就進(jìn)入自摸化區(qū)域，邊界條件只要保證冷態(tài)時的一次、二次和三次風(fēng)的動量比相等就滿足了邊界條件，然后就可進(jìn)行爐內(nèi)冷態(tài)動力狀況的直接測試，這種測試需要試驗(yàn)人員手持測風(fēng)儀器對各點(diǎn)風(fēng)速測量，而測試期間爐內(nèi)是通風(fēng)狀態(tài)，測試人員處于一個噪音大、風(fēng)速高、粉塵多，溫度低(夏天則溫度高)的環(huán)境，測試環(huán)境極其惡劣，而且由于測點(diǎn)數(shù)目較多，測試人員的勞動強(qiáng)度較大，耗費(fèi)時間較長，而且人員在里面的站立對爐內(nèi)空氣動力狀況影響并且在這種惡劣環(huán)境下測試對讀數(shù)等也產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致測量精度較低，即使測試人員配戴較好的個人防護(hù)用品，鼻孔、眼睛耳朵內(nèi)粉塵要三四天后才能排干凈，對測試人員的身體造成較大的傷害。
[0009]除了直接測量爐內(nèi)動力狀況外，還有幾種方法如飄帶法，煙花示蹤法，紙肩法等，這三種方法只能定性的分析，并且不能全面觀察爐內(nèi)狀況，尤其煙花和紙肩法的持續(xù)時間較短，來不及仔細(xì)分析就結(jié)束了，所以目前采用這三種方法的越來越少。
[0010]關(guān)于爐內(nèi)冷態(tài)空氣動力場的文獻(xiàn)也有一些如黃中柏，劉海明，330麗四角切圓燃煤鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗(yàn)研宄[J]，湖北電力，2011，12(35):23-25 ;孫科，張軍威，吳福貴，1913t_h超臨界四角切圓鍋爐冷態(tài)空氣動力場的試驗(yàn)研宄[J]，制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2009，6 (30) 82-84 ;楊恒軍，2號爐冷態(tài)空氣動力場試驗(yàn)及分析[J]，華北電力技術(shù)，2007,3:3-5 ;這幾篇文章介紹了不同鍋爐的冷態(tài)空氣動力場的試驗(yàn)過程并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，但對試驗(yàn)方法上并沒有什么改進(jìn)或創(chuàng)新，還是由試驗(yàn)人員進(jìn)入爐內(nèi)直接測量。
[0011]檢索發(fā)現(xiàn):楊小琨，郭朝令，高欣，用于電站鍋爐燃燒器噴口冷態(tài)測量的自行爬壁機(jī)械的研制[J]，鍋爐制造，2012，2:1-7，這篇文獻(xiàn)重點(diǎn)介紹了一種可以在水冷壁表面自行爬升的機(jī)械裝置，文獻(xiàn)中沒有涉及到對爐內(nèi)冷態(tài)空氣動力狀況測試方面的內(nèi)容。
[0012]通過專利檢索沒有檢索到與爐內(nèi)空氣動力狀況測試方面緊密相關(guān)的專利，相關(guān)的專利都是與冷態(tài)測試時噴口風(fēng)速測量相關(guān)的專利:
[0013]專利201120046520.8用于電站鍋爐燃燒器噴口風(fēng)速測量的自行爬壁裝置，這個專利與前面所述文獻(xiàn)“楊小琨，郭朝令，高欣，用于電站鍋爐燃燒器噴口冷態(tài)測量的自行爬壁機(jī)械的研制[J]，鍋爐制造，2012，2:1-7—致，也不再作評述。
[0014]專利200410013940.0(20042002360.7)鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)自動測試系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法，這個專利介紹了一種測量系統(tǒng)，它采用改進(jìn)的畢托管測量出燃燒器噴口的動壓差，然后經(jīng)過無線的差壓收發(fā)器將數(shù)據(jù)送至微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在這個專利中出現(xiàn)了幾個問題，首先是改進(jìn)型的畢托管要修安裝固定角度要求比較高而現(xiàn)在燃燒器噴口又較為復(fù)雜，很容易使比托管的安裝角度出現(xiàn)偏差使測量結(jié)果不準(zhǔn)確；第二是系統(tǒng)十分復(fù)雜，以300MW的低氮燃燒器來說，一次風(fēng)噴口布置24個，二次風(fēng)噴口 28個，SOFA噴口 16個，共計(jì)68個噴口，假設(shè)每個噴口用兩個改進(jìn)型皮托管，則要采用136個皮托管，在該專利中沒有說明差壓收發(fā)器與皮托管的對應(yīng)關(guān)系，若4個皮托管對應(yīng)一個差壓收發(fā)器的話，則差壓收發(fā)器的數(shù)量達(dá)到34個，總的來說所需要安裝和拆卸的設(shè)備過于龐大；第三點(diǎn)是該專利對于微處理器對于數(shù)據(jù)的處理沒有說明，在權(quán)力要求中也沒有相關(guān)的說明，由于這個專利采用皮托管測量噴口風(fēng)速，由于不可避免的安裝偏差或測孔的堵塞，測量數(shù)據(jù)會出現(xiàn)較大偏差，因此微處理器在處理數(shù)據(jù)時要有判斷依據(jù)判斷出數(shù)據(jù)是否合理，然后在進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算如進(jìn)行平均值計(jì)算，或二維的噴口速度分布情況等；第四點(diǎn)是這個專利采用無線差壓收發(fā)器將測量數(shù)據(jù)送至微處理器，由于在整個爐膛是一個相對封閉的鋼鐵結(jié)構(gòu)，對無線信號具有屏蔽效果，會降低無線差壓收發(fā)器的使用效果。因此由以上分析可以看出這個專利在實(shí)際應(yīng)用中會有較多的限制或不足，而且這個專利主要是用來測量冷態(tài)噴口風(fēng)速，不適用于測量爐內(nèi)空氣動力狀況。
[0015]專利201410195834.2適用于煤粉燃燒器冷態(tài)測試的噴口風(fēng)速測量系統(tǒng)及方法，該專利提出了一個鍋爐冷態(tài)噴口風(fēng)速測量的智能系統(tǒng)及方法，測量方法用于測量噴口風(fēng)速，不能測量出爐膛內(nèi)的空氣動力場的狀況。
[0016]通過以上分析可知，通過對爐內(nèi)空氣動力場狀況的測試可以有效地判斷和分析鍋爐熱態(tài)燃燒狀況，但是由于數(shù)值模擬的所固有的缺陷，目前所采用的方法還是有測試人員進(jìn)入爐內(nèi)實(shí)地測量爐內(nèi)空氣動力狀況，而對測試人員來說又存在環(huán)境惡劣，勞動強(qiáng)度大，測量誤差較大等缺點(diǎn)，因此有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、能精確測量和不需要測試人員進(jìn)入爐內(nèi)實(shí)地測量的智能化爐內(nèi)空氣動力狀況測量系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0017]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型公開了適用大型鍋爐的智能型冷態(tài)爐內(nèi)動力狀況測量