[發明專利]熱示蹤型二次風量測量方法及其系統

有效

• 申請號: 200710191986.5
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101470015A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 劉心志;王益祥;張后雷;朱曙光
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01F1/68
• 分類號: G01F1/68
• 代理公司: 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱顯國

一技術領域

本發明屬于工業燃燒設備的二次風流量測量技術，特別是一種熱示蹤型二次風量測量方法及其系統。

二背景技術

工業燃燒設備中，二次風是單獨送入爐膛的空氣，各個二次風道的空氣流量以及流量分配狀況，直接影響到爐膛內的空氣動力場和溫度場。為了滿足著火、火焰穩定、負荷調節、過熱汽溫調節、防止結焦結渣、控制NO_x生成率、燃燒效率優化等運行要求，必須合理地配置各個二次風通道的流量，而實現合理配置二次風的前提是能夠對二次風的流量進行在線測量。

按照測量原理，常規的工業流量測量裝置通常分為三類：容積型、速度型和質量型流量計。容積型流量計由于阻力太大，不適宜于二次風的流量測量；燃燒設備中，二次風口的數量很多，質量流量計(比如哥氏流量計)由于價格昂貴，也無法大規模應用。因此，常規的測量裝置中，就只有速度型測量元件有可能可以用于二次風的流量測量。

二次風的流量測量的限制性因素是通道結構不能滿足常規的速度型測量元件的要求。通常，速度型流量傳感器，比如畢托管、笛型管、孔板、噴嘴、靶式、渦輪、渦街、熱球、熱線、超聲等傳感器，用于測量通道流量時，都對通道內的流速分布敏感，因此要求有足夠長的直管段，以保證通道內達到充分發展后的穩定流速分布。一般要求是，測點上游有10倍管徑的直管段，測點下游有5倍管徑的直管段，這種要求對于工業燃燒設備中的二次風通道結構是不可能被滿足的，比如對于一個截面當量直徑為400mm的二次風道，按照上述要求，測點需要6米長的直管段，現場的二次風道不可能滿足這樣的直管段長度要求。在直管段不足時，測點處的流速分布未達到充分發展，流速分布是與通道流量相關的未知函數，傳感器得到的信號與流量之間的關系也是未知的，甚至可能是多值函數關系。而實際情況是，工業燃燒設備中的二次風通道的測點位置處于二次風箱和爐膛之間的一個短通道中，這個短通道內還要設置風門(通常是蝶閥)，直管段長度接近于零，測點處于強烈的渦流區，在這樣的測點位置如果布置上述速度型傳感器，其結果不僅是傳感器輸出信號與通道流量之間的關系未知，而且傳感器根本不能輸出穩定的信號，得到的信號輸出近于噪音。即使采取各種工藝措施，使得傳感器能夠輸出穩定信號，也可能出現多值問題——由于流速分布的多變性造成一個輸出信號數值對應多個通道內的流量。

綜上所述，二次風道內的流量測量必須建立在一種與通道內的流速分布無關的測量原理的基礎之上，并且要考慮到阻力和價格的限制。如上所述，常規的三類工業流量測量裝置(容積型、速度型和質量型)都不能滿足以上要求。

示蹤法作為一種非常規的流量測量方法，在礦井通風、機艙換氣等場合的流量測量已經被廣泛使用，但是應用于燃燒設備的二次風道，卻存在一些特殊問題。首先，在示蹤劑的選擇上，要考慮價格以及耐高溫性能；其次，下游的濃度測量儀表必須是廉價的，并且具有較高的精度；最后，必須采取特殊措施，保證在一個短通道內注入的示蹤劑在到達下游取樣點時已經與主流氣體混合均勻，使得系統具有合理的測量精度。

預先標定二次風流量與風門開度的關系，然后在使用過程中通過開度確定風量，這也是一種經典的方法，目前得到廣泛使用。這種經典方法的實施過程如下：對某待測二次風道，冷態條件下測出各種工況下風門前的風道靜壓和風門開度，同時在爐膛內的風口上測量風口的流速，利用以上數據擬合出二次風速與風道靜壓和風門開度之間的函數關系，并在熱態條件下引用該關系作為風門調整的依據。該經典方法的缺點有三條：首先，一個風道的靜壓和風門開度是否能決定該風道的風量，理論依據不足；其次，對于二次風道的結構而言，大口徑的短風道在風門之前取出的靜壓信號極其不穩定，該信號基本沒有實用價值；最后，該方法只能在冷態下標定，熱態條件下的誤差無法估計。所以，該經典方法只是一種定性測量方法，基本沒有定量測量的價值。

三發明內容

本發明的目的在于提供一種通過示蹤法對短通道結構二次風流量進行在線精確測量的方法及其系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種熱示蹤型二次風量測量方法，在二次風道內設置布氣管和檢測管，布氣管與風門的長度L4是二次風道管徑L3的0.5～0.75倍之間；被示蹤劑流量計精確計量的示蹤劑通過布氣管注入被測二次風道的主流中，在通道中充分混合后，在下游由檢測管檢測出示蹤劑熱參數，示蹤劑流量和示蹤劑熱參數被控制箱采集，通過能量和質量守恒計算出二次風流量并輸出。