適用大型鍋爐的智能型冷態(tài)爐內(nèi)動(dòng)力狀況測(cè)量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電站鍋爐技術(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(dòng)力狀況的測(cè)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(zhǎng)，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(duì)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(dòng)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(duì)爐內(nèi)燃燒動(dòng)力狀況進(jìn)行測(cè)試，目前有些測(cè)量技術(shù)如聲波測(cè)溫技術(shù)、激光測(cè)量技術(shù)等可以測(cè)量出爐內(nèi)的溫度場(chǎng)、氧量場(chǎng)、CO場(chǎng)的分布，就這些測(cè)量技術(shù)來看首先是誤差較大，而且受現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件，燃燒狀況等因素的影響，很多情況下出現(xiàn)測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)并不能反應(yīng)爐內(nèi)燃燒動(dòng)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(duì)爐內(nèi)熱態(tài)動(dòng)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(dòng)力狀況的直接測(cè)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(shì)，但其缺點(diǎn)也較為明顯，數(shù)值模擬的對(duì)象是數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的是經(jīng)過簡(jiǎn)化假設(shè)處理的，其準(zhǔn)確性未知；對(duì)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(duì)解的唯一性判斷力較弱。
[0006]目前關(guān)于爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)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(dòng)力場(chǎng)冷態(tài)模化和數(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(dòng)力場(chǎng)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(dòng)視為穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，認(rèn)為流體密度變化僅對(duì)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(duì)爐膛內(nèi)部的氣相流動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(dòng)力場(chǎng)等模化試驗(yàn)一種簡(jiǎn)便易行的測(cè)試方法，在新機(jī)組投產(chǎn)前或鍋爐大修后啟動(dòng)前都要進(jìn)行爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)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(gè)條件都是非常容易滿足的，由于是在原鍋爐上測(cè)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(shí)的一次、二次和三次風(fēng)的動(dòng)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(dòng)力狀況的直接測(cè)試，這種測(cè)試需要試驗(yàn)人員手持測(cè)風(fēng)儀器對(duì)各點(diǎn)風(fēng)速測(cè)量，而測(cè)試期間爐內(nèi)是通風(fēng)狀態(tài)，測(cè)試人員處于一個(gè)噪音大、風(fēng)速高、粉塵多，溫度低(夏天則溫度高)的環(huán)境，測(cè)試環(huán)境極其惡劣，而且由于測(cè)點(diǎn)數(shù)目較多，測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，而且人員在里面的站立對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況影響并且在這種惡劣環(huán)境下測(cè)試對(duì)讀數(shù)等也產(chǎn)生較大誤差，導(dǎo)致測(cè)量精度較低，即使測(cè)試人員配戴較好的個(gè)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(duì)測(cè)試人員的身體造成較大的傷害。
[0009]除了直接測(cè)量爐內(nèi)動(dòng)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(shí)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(dòng)力場(chǎng)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(dòng)力場(chǎng)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(dòng)力場(chǎng)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(hào)爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)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(dòng)力場(chǎng)的試驗(yàn)過程并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，但對(duì)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(cè)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(cè)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(duì)爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力狀況測(cè)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(dòng)力狀況測(cè)試方面緊密相關(guān)的專利，相關(guān)的專利都是與冷態(tài)測(cè)試時(shí)噴口風(fēng)速測(cè)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(cè)量的自行爬壁裝置，這個(gè)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(cè)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(píng)述。
[0014]專利200410013940.0(20042002360.7)鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)方法，這個(gè)專利介紹了一種測(cè)量系統(tǒng)，它采用改進(jìn)的畢托管測(cè)量出燃燒器噴口的動(dòng)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(gè)專利中出現(xiàn)了幾個(gè)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(cè)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(gè)，二次風(fēng)噴口 28個(gè)，SOFA噴口 16個(gè)，共計(jì)68個(gè)噴口，假設(shè)每個(gè)噴口用兩個(gè)改進(jìn)型皮托管，則要采用136個(gè)皮托管，在該專利中沒有說明差壓收發(fā)器與皮托管的對(duì)應(yīng)關(guān)系，若4個(gè)皮托管對(duì)應(yīng)一個(gè)差壓收發(fā)器的話，則差壓收發(fā)器的數(shù)量達(dá)到34個(gè)，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(duì)于微處理器對(duì)于數(shù)據(jù)的處理沒有說明，在權(quán)利要求中也沒有相關(guān)的說明，由于這個(gè)專利采用皮托管測(cè)量噴口風(fēng)速，由于不可避免的安裝偏差或測(cè)孔的堵塞，測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)較大偏差，因此微處理器在處理數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)專利采用無線差壓收發(fā)器將測(cè)量數(shù)據(jù)送至微處理器，由于在整個(gè)爐膛是一個(gè)相對(duì)封閉的鋼鐵結(jié)構(gòu)，對(duì)無線信號(hào)具有屏蔽效果，會(huì)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(gè)專利在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有較多的限制或不足，而且這個(gè)專利主要是用來測(cè)量冷態(tài)噴口風(fēng)速，不適用于測(cè)量爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況。
[0015]專利201410195834.2適用于煤粉燃燒器冷態(tài)測(cè)試的噴口風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)及方法，該專利提出了一個(gè)鍋爐冷態(tài)噴口風(fēng)速測(cè)量的智能系統(tǒng)及方法，測(cè)量方法用于測(cè)量噴口風(fēng)速，不能測(cè)量出爐膛內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)的狀況。
[0016]通過以上分析可知，通過對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)狀況的測(cè)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(cè)試人員進(jìn)入爐內(nèi)實(shí)地測(cè)量爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況，而對(duì)測(cè)試人員來說又存在環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，測(cè)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(jiǎn)單、能精確測(cè)量和不需要測(cè)試人員進(jìn)入爐內(nèi)實(shí)地測(cè)量的智能化爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況測(cè)量系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了適用大型鍋爐的智能型冷態(tài)爐內(nèi)動(dòng)力狀況測(cè)量系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)可以定性和定量的實(shí)時(shí)表達(dá)出爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況如顯出燃燒切圓直徑大小，貼壁風(fēng)速等，而且可以表達(dá)出每層燃燒器截面的動(dòng)力狀況，而且在整個(gè)測(cè)試過程中不需要測(cè)試人員進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行操作，極大的減輕了測(cè)試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，該測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、拆卸和維護(hù)的工作量較少。
[0018]為實(shí)