劉賢東，吳玉新，張 揚(yáng)，周 帥，楊海瑞，張 海，呂俊復(fù)，張 凱

(1. 清華大學(xué) 能源與動(dòng)力工程系 熱科學(xué)與動(dòng)力工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084；2.太原鍋爐集團(tuán)有限公司，山西 太原 030023)

0 引 言

循環(huán)流化床(circulating fluidized bed，CFB)鍋爐燃燒技術(shù)一種高效低污染的燃煤技術(shù)，近些年來發(fā)展迅猛[1-4]。目前我國(guó)在建以及投運(yùn)的CFB鍋爐累計(jì)4 000余臺(tái)，總裝機(jī)容量也超過1億kW[5]。循環(huán)流率(Gs，kg/(m2·s))是循環(huán)流化床設(shè)計(jì)與運(yùn)行的重要參數(shù)，定義為CFB爐膛中單位截面內(nèi)循環(huán)灰的質(zhì)量通量。不同Gs值對(duì)應(yīng)于不同流動(dòng)狀態(tài)，只有當(dāng)爐膛內(nèi)Gs超過飽和攜帶率時(shí)，爐膛內(nèi)才能達(dá)到快速流態(tài)化狀態(tài)[6]，進(jìn)而獲得較好的燃燒狀態(tài)和傳熱能力[7]。新近研究[8]表明，如果爐膛內(nèi)流態(tài)設(shè)計(jì)合理，CFB鍋爐可在不使用選擇性催化還原、選擇性非催化還原等煙氣脫硝技術(shù)條件下，達(dá)到原始NOx排放低于50 mg/Nm3的超低排放水平。循環(huán)流率Gs是流態(tài)的表征變量，Gs的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控對(duì)CFB鍋爐流態(tài)優(yōu)化與調(diào)整，乃至CFB鍋爐整體性能提升具有重要意義。

雖然Gs備受關(guān)注，但目前尚無成熟的可應(yīng)用于實(shí)際鍋爐中的Gs在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[9]。部分學(xué)者在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一些測(cè)量CFB的Gs值方法，但大多受限于鍋爐內(nèi)高溫環(huán)境和強(qiáng)烈的顆粒磨損而不能直接應(yīng)用于真實(shí)CFB鍋爐的在線實(shí)時(shí)測(cè)量。Burkell等[10]總結(jié)了CFB循環(huán)流率測(cè)量中常用的5種方法：孔板流量計(jì)、量熱法、蝶閥法、下降時(shí)間法和沖擊式流量計(jì)法。對(duì)于孔板流量計(jì)而言，低流率時(shí)示數(shù)太小難以檢測(cè)，高流率時(shí)波動(dòng)太大，且對(duì)流動(dòng)的干擾破壞比較嚴(yán)重。蝶閥法常用于冷態(tài)試驗(yàn)，但高溫時(shí)該方法會(huì)破壞鍋爐正常循環(huán)且難以對(duì)物料堆積速率進(jìn)行觀測(cè)[11]。量熱法測(cè)量精度受限于傳熱系數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性，會(huì)為鍋爐帶來額外熱損失[12]。下降時(shí)間法是通過測(cè)量示蹤顆粒的下降速度來估算床料速度，但高溫下難以對(duì)示蹤顆粒進(jìn)行測(cè)量[13]。沖擊式流量計(jì)法是將沖擊片放入立管中，并通過懸臂梁的結(jié)構(gòu)將顆粒沖擊信號(hào)轉(zhuǎn)化為受力信號(hào)后進(jìn)行測(cè)量。該方法已在冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)上得到應(yīng)用[14]，該方法的機(jī)械測(cè)量特性使其有望推廣到高溫測(cè)量。

此外，一些學(xué)者提出其他方法。Davies等[15]對(duì)聲學(xué)方法測(cè)量固體循環(huán)流率進(jìn)行總結(jié)，但這些方法均無法耐受高溫環(huán)境。Medrano等[16]采用顆粒提取、粒子圖像測(cè)速(particle image velocimetry，PIV)及數(shù)字圖像分析(digital image analysis，DIA)、壓降法3種方法測(cè)量循環(huán)流率，但顆粒取樣法會(huì)破壞鍋爐正常運(yùn)行、PIV/DIA方法需要透明壁面用于觀測(cè)。壓降法是將提升管中稀相區(qū)壓降與循環(huán)流率關(guān)聯(lián)，但該關(guān)聯(lián)公式參數(shù)與鍋爐設(shè)計(jì)有關(guān)，只能對(duì)同一臺(tái)鍋爐進(jìn)行定性估計(jì)，不具有可推廣性。

總之，目前尚未有能夠成熟應(yīng)用于工業(yè)CFB鍋爐中的循環(huán)流率測(cè)量方法。理想測(cè)量方法應(yīng)具有能在線測(cè)量、對(duì)流場(chǎng)影響小、能耐受高溫等特點(diǎn)，而通過對(duì)現(xiàn)有方法的比較與分析，沖擊式流量計(jì)法有潛力滿足以上需求。本文基于沖擊法的原理，提出了一種CFB鍋爐Gs在線測(cè)量方法，并開發(fā)出了原理樣機(jī)在實(shí)際CFB鍋爐上進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，驗(yàn)證了其可行性。本文的研究成果是該方法的初步探索，為Gs測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)提供了理論指導(dǎo)。

1 CFB鍋爐循環(huán)流率Gs的沖擊式測(cè)量原理

流體繞流掠過物體時(shí)，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生一定的作用力，作用力大小與流體掠過物體的速度有關(guān)。沖擊式流量計(jì)就是利用這種原理實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)流率的測(cè)量。沖擊式流量計(jì)測(cè)量示意如圖1(a)所示。該流量計(jì)的原理性核心部件有靶片、靶桿和固定端3部分。靶片即為放入流場(chǎng)中的物體，可為圓盤、圓柱、圓球狀；固定端與外壁面相連且保持穩(wěn)定，不隨流速變化而發(fā)生位移；靶桿是一根金屬細(xì)長(zhǎng)桿，將靶片和固定端相連，在靶桿靠近固定端的一側(cè)安裝應(yīng)變傳感器，用來測(cè)量靶桿當(dāng)?shù)氐膽?yīng)變。測(cè)量時(shí)，此裝置應(yīng)安裝在分離器下方立管密相區(qū)中靠上的位置。靶桿穿過壁面和保溫層，將靶片放置在立管下方密相區(qū)中(圖1(b))。鍋爐運(yùn)行時(shí)，立管密相區(qū)內(nèi)氣固兩相流可視為擬流體[17]，處在單向黏性流動(dòng)狀態(tài)[18]。此密相區(qū)靠下的部分受到返料閥結(jié)構(gòu)和返料風(fēng)的影響，橫截面速度分布較為復(fù)雜。而此密相區(qū)靠上的部分處在近似最小流態(tài)化狀態(tài)[19]。除去壁面附近邊界層內(nèi)固體顆粒流速較慢外，其余部分流速分布均勻，且流速較小(量級(jí)O(0.1)，m/s)，若獲得了該截面上某個(gè)點(diǎn)的流速，則可視為平均速度并以此計(jì)算得到立管整個(gè)橫截面的質(zhì)量流速，進(jìn)而推出CFB鍋爐爐膛內(nèi)的Gs值?；谏鲜龇治?，本文提出Gs測(cè)量方法。

圖1 沖擊式流量計(jì)測(cè)量原理Fig.1 Measurement principle of impact flowmeter

立管密相區(qū)內(nèi)顆粒向下流動(dòng)并沖擊靶片，該沖擊力可根據(jù)流體理論與沖擊速度、沖擊投影面積相關(guān)聯(lián)(式(1))[20]。

(1)

其中，F(xiàn)為顆粒對(duì)靶片沖擊力，N；CD為氣固繞流阻力系數(shù)；ρs為立管底部密相氣固兩相流表觀密度(固體顆粒主導(dǎo))，kg/m3；v為沖擊速度，m/s；At為靶片在受力方向的投影面積，m2，由靶片結(jié)構(gòu)及布置方向決定。立管中的固體顆粒質(zhì)量流率可表示為

f=ρsv

(2)

式中，f為立管內(nèi)物料顆粒向下運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量通量，kg/(m2·s)。

該沖擊式流量計(jì)整體呈懸臂梁結(jié)構(gòu)，故施加在靶片上的顆粒沖擊力F與靶片本身重力(mg)的合力會(huì)造成靶桿彎曲，產(chǎn)生形變，被安裝在靶桿根部的應(yīng)變傳感器感知，進(jìn)而根據(jù)應(yīng)變大小、靶桿幾何結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)計(jì)算出沖擊力大小(式(3))[21]。

(F+mg)L=Wzσ=WzEε

(3)

其中，L為靶片至靶桿根部應(yīng)變傳感器間距，m；Wz為靶桿根部截面抗彎截面系數(shù)，m3，由靶桿幾何結(jié)構(gòu)決定；σ為靶桿在應(yīng)變傳感器布置位置處所受應(yīng)力，Pa；E為靶桿材料的彈性模量，Pa；ε為傳感器所測(cè)應(yīng)變值?；谑?3)，可根據(jù)傳感器所測(cè)應(yīng)變值得到顆粒沖擊力F大小，即為式(1)中氣固繞流阻力。

鍋爐處在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，鍋爐內(nèi)的物料近似符合連續(xù)性方程(式(4))為

GsAr=fAs

(4)

式中，Ar、As分別為爐膛(提升管)和立管的橫截面面積，m2。

聯(lián)立式(1)～(4)可以得到Gs值。確定氣固繞流阻力系數(shù)CD是準(zhǔn)確獲得Gs值的關(guān)鍵。本文通過實(shí)驗(yàn)室直接測(cè)量的方法確定CD值和靶片的受力情況，進(jìn)而使用CD值開展該方法在實(shí)際CFB鍋爐上的應(yīng)用研究。

2 試驗(yàn)研究方法裝置

本文試驗(yàn)研究分2個(gè)層次：一是在開展實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究工作，確定氣固流動(dòng)的繞流阻力系數(shù)CD；二是開展工程試驗(yàn)應(yīng)用，確定該方法的可行性。

2.1 氣固流動(dòng)繞流阻力研究

阻力系數(shù)CD與氣固繞流雷諾數(shù)、靶片形態(tài)有關(guān)，其影響因素較為復(fù)雜，故本文通過試驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)式(1)測(cè)量原理，密度ρs表征氣固兩相流表觀密度，考慮到立管密相區(qū)內(nèi)氣固流態(tài)為最小流化狀態(tài)[19]，該密度值可對(duì)循環(huán)灰取樣后測(cè)量得到。

阻力系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)裝置如圖2所示?？紤]到直接采用氣固兩相流沖擊靶片較難實(shí)現(xiàn)，因此試驗(yàn)中轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，將固體顆粒流化至最小流化狀態(tài)，控制沖擊式流量計(jì)以不同速度沖擊“靜止”顆粒并測(cè)得其受力F(圖2(a))。由式(1)計(jì)算得到不同沖擊速度下的氣固繞流阻力系數(shù)。試驗(yàn)所用物料為石英砂，密度約為2 600 kg/m3。對(duì)物料進(jìn)行窄篩分(圖2(b))，其平均粒徑為187.23 μm。實(shí)際鍋爐運(yùn)行過程中循環(huán)灰密度約為2 800 kg/m3，粒徑為80～200 μm，冷態(tài)試驗(yàn)與實(shí)際鍋爐中物料具有一致性，與實(shí)際鍋爐中循環(huán)灰粒徑相近。裝置中料層厚度為300 mm，試驗(yàn)過程中將靶片完全沒入料層中，并控制靶片以不同速度沖擊流化后的顆粒。根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，立管內(nèi)氣固流動(dòng)速度在0.1～0.2 m/s，試驗(yàn)中將覆蓋該速度范圍。實(shí)際鍋爐運(yùn)行時(shí)靶桿為水平放置且靶片受豎直沖擊力，而本試驗(yàn)中靶桿為豎直放置且靶片并受水平?jīng)_擊力，因此需要考慮二者不同對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。靶桿水平放置時(shí)，計(jì)算靶片受力時(shí)需要額外考慮靶片重力和氣固兩相流浮力帶來的影響，但靶片重力在實(shí)際計(jì)算中將予以修正(式(3))，而氣固兩相流浮力Fb可根據(jù)式(5)計(jì)算。

Fb=ρsVg

(5)

式中，V為靶片體積，m3；g為重力加速度，kg/m3。

計(jì)算得到浮力Fb僅為顆粒沖擊力F的2%左右，實(shí)際計(jì)算中可忽略。因此，修正重力后的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果可以應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)過程中的測(cè)量。

圖2 氣固兩相流繞流阻力測(cè)量系統(tǒng)Fig.2 Gas-solid flow resistance measurement system

2.2 Gs在線測(cè)試方法在實(shí)際CFB鍋爐中的試驗(yàn)研究

在線Gs測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)分為沖擊式Gs傳感系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)(圖3(a))。沖擊式Gs傳感系統(tǒng)能夠?qū)衅恢玫膄值轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)；送風(fēng)系統(tǒng)為測(cè)量裝置提供儀表風(fēng)；控制電控系統(tǒng)能夠進(jìn)行信號(hào)處理，輸出Gs數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采集過程、送風(fēng)閥門等進(jìn)行控制。

圖3 Gs在線測(cè)試系統(tǒng)Fig.3 Gs in-situ measurement system

Gs傳感系統(tǒng)設(shè)備安裝位置選擇立管底部密相區(qū)上部。實(shí)際使用過程中，考慮到顆粒沖擊力的測(cè)量通過靶桿彎曲實(shí)現(xiàn)，因此需要為靶桿安裝護(hù)套，護(hù)套為圓筒形，正好包裹住靶桿。護(hù)套僅使柱狀靶片暴露于顆粒沖擊下，提高測(cè)量精度。同時(shí)向護(hù)套內(nèi)空隙處以流量0.5～1.0 Nm3/h送入儀表風(fēng)，風(fēng)量選取的原則是既能夠?qū)Π袟U進(jìn)行有效冷卻，又防止高溫物料沿靶桿反竄以保證靶桿的彎曲空間，同時(shí)防止氣流量過大對(duì)靶片附近的氣固流動(dòng)特征產(chǎn)生影響。儀表風(fēng)從鍋爐壓縮空氣母管引出，通過電控閥門調(diào)節(jié)流量后送入循環(huán)流率測(cè)量裝置內(nèi)。在測(cè)量位置處提前在保溫層內(nèi)開孔，并在外壁面焊好配合法蘭。靶片伸入立管內(nèi)1/4D深度(D為立管直徑)，以避開流動(dòng)邊界層。此外，在靶柱內(nèi)側(cè)安裝熱電偶測(cè)量靶柱處溫度。

為實(shí)現(xiàn)高溫下測(cè)量需求，該樣機(jī)全部采用2520鋼加工制作。應(yīng)變傳感器采用BHB120-4AA250型中溫應(yīng)變片，耐溫250 ℃。該裝置長(zhǎng)度為600 mm，其中伸入立管內(nèi)150 mm。利用前文所測(cè)阻力系數(shù)預(yù)估顆粒沖擊力，以此作為靶片尺寸設(shè)計(jì)依據(jù)。其幾何結(jié)構(gòu)采用圓柱形式，尺寸為φ25 mm×30 mm。該靶片尺寸下，靶片投影面積與立管橫截面投影面積之比為0.28%，故可認(rèn)為該裝置的放置不會(huì)對(duì)立管內(nèi)氣固流場(chǎng)造成影響。由于密相區(qū)內(nèi)會(huì)隨機(jī)產(chǎn)生一些氣泡對(duì)傳感器讀數(shù)產(chǎn)生干擾，控制系統(tǒng)采取了濾波處理，去掉測(cè)量曲線上的毛刺。

測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)在于將感受器和傳感器分開：靶片作為感受器布置于立管內(nèi)，接收顆粒沖擊信號(hào)，該信號(hào)通過機(jī)械方式傳遞給位于靶桿根部的應(yīng)變傳感器。該測(cè)量形式使相對(duì)脆弱的傳感器遠(yuǎn)離立管高溫區(qū)，且信號(hào)的機(jī)械傳遞方式也易于在高溫下實(shí)現(xiàn)。該方法能夠解決實(shí)際爐內(nèi)高溫、磨損等問題，也能實(shí)現(xiàn)實(shí)際鍋爐的在線測(cè)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 氣固繞流流動(dòng)阻力測(cè)量

氣固兩相流繞流阻力F和阻力系數(shù)CD測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。試驗(yàn)所測(cè)沖擊速度為0.12～0.22 m/s，基本涵蓋了立管內(nèi)物料流速波動(dòng)范圍。試驗(yàn)中氣固流態(tài)接近最小流化狀態(tài)。隨著速度v的增加，靶球的受力F也單調(diào)增加。根據(jù)式(1)計(jì)算得到的阻力系數(shù)CD在測(cè)試范圍內(nèi)隨著v的增加而減小。文獻(xiàn)[22]研究表明CD與雷諾數(shù)和表觀黏度有關(guān)，而氣固兩相“擬流體”存在顯著的“剪切變稀”現(xiàn)象，即表觀黏度隨剪切率的增加而減小。這與圖4的測(cè)量現(xiàn)象一致。試驗(yàn)表明該氣固兩相流中繞流阻力系數(shù)較大，為后續(xù)裝置設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)參考。

圖4 氣固兩相流繞流阻力系數(shù)測(cè)量結(jié)果Fig.4 Measurement results of resistance coefficient of gas-solid flow

3.2 實(shí)際鍋爐中Gs在線測(cè)量

樣機(jī)在某116 MWth循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行試驗(yàn)，考慮到立管密相區(qū)處于正壓，因此本裝置安裝在起爐前進(jìn)行，鍋爐運(yùn)行后保持裝置密封。本文選取了該鍋爐起爐后60 h內(nèi)數(shù)據(jù)開展分析，該段時(shí)間內(nèi)鍋爐運(yùn)行參數(shù)與裝置測(cè)量應(yīng)變值如圖5所示。初始時(shí)爐膛截面風(fēng)速vr和爐膛稀相區(qū)壓差Δp不為0，這是由于壓火期間一次風(fēng)全關(guān)，而二次風(fēng)關(guān)小。但二次風(fēng)布置位置較高，起不到流化作用，因而此時(shí)實(shí)際循環(huán)流率為0。在起爐階段，一次風(fēng)迅速全開，因而爐膛截面風(fēng)速上升，鍋爐負(fù)荷隨之上升。由于系統(tǒng)慣性較大，稀相區(qū)壓差緩慢上升。在停爐階段應(yīng)變測(cè)量信號(hào)不變，這是由于裝置所測(cè)信號(hào)為靶桿彎曲應(yīng)變，停爐時(shí)靶桿會(huì)隨機(jī)停留在某一彎曲狀態(tài)，因此此時(shí)雖然測(cè)量信號(hào)值不為0，但系統(tǒng)識(shí)別一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)值無變化，即判定此時(shí)處于停爐狀態(tài)，循環(huán)流率為0。而起爐時(shí)存在一個(gè)明顯的脈沖信號(hào)，且該脈沖信號(hào)緩慢減小至穩(wěn)定后繼續(xù)增長(zhǎng)。這是由于剛起爐階段立管內(nèi)堆積物料從靜止開始運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變初始時(shí)有較大的沖擊力，導(dǎo)致了明顯的脈沖信號(hào)。由于停爐時(shí)物料堆積于立管內(nèi)，因而在剛起爐時(shí)立管物料流率f較大，且物料流出值大于爐膛物料返回值。

隨著立管內(nèi)堆積物料逐漸流入爐膛，裝置所測(cè)立管物料流率逐漸減小，這與圖6規(guī)律一致。而隨著爐膛內(nèi)風(fēng)速增加且開始投煤，爐膛返回立管的物料量增加，導(dǎo)致立管內(nèi)物料流率又開始上升。同時(shí)，爐膛內(nèi)截面風(fēng)速較短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到設(shè)定值并基本穩(wěn)定，但裝置測(cè)量信號(hào)值上升速度較慢。這是因?yàn)椋阂环矫?，截面風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值后，通過持續(xù)投煤爐膛內(nèi)Gs才能開始上升；另一方面，由于系統(tǒng)慣性，爐膛內(nèi)Gs與立管內(nèi)物料流率f緩慢達(dá)到平衡。鍋爐運(yùn)行一段時(shí)間后，降低二次風(fēng)風(fēng)量并降低負(fù)荷，此時(shí)Gs下降，但由于系統(tǒng)狀態(tài)改變不大，因而系統(tǒng)延遲較小，立管響應(yīng)較快，而裝置測(cè)量信號(hào)也捕捉到此時(shí)物料流率的瞬時(shí)變化。

圖5 60 h內(nèi)鍋爐運(yùn)行參數(shù)與應(yīng)變信號(hào)值的變化Fig.5 Change of boiler operating parameter and measured strain signal in 60 hours

圖6 起爐階段測(cè)量信號(hào)的變化Fig.6 Change of strain signal in the boiler start-up process

根據(jù)前文所述測(cè)量原理可計(jì)算出該段時(shí)間內(nèi)循環(huán)流率Gs實(shí)時(shí)變化值，如圖7所示，該Gs值在量級(jí)上與鍋爐定態(tài)設(shè)計(jì)相符[23]。目前尚未有成熟的工業(yè)循環(huán)流率測(cè)量方法，實(shí)際鍋爐中常用爐膛截面風(fēng)速vr與稀相區(qū)壓差Δp對(duì)循環(huán)流率進(jìn)行估算。爐膛截面風(fēng)速vr與固體顆粒終端速度正相關(guān)，而爐膛上部稀相區(qū)壓差可認(rèn)為近似等于氣固兩相流重力壓降。

Δp=ρrgΔh

(6)

其中，Δp為爐膛上部稀相區(qū)壓差，Pa；ρr為爐膛氣固兩相流密度，kg/m3；Δh為爐膛中部壓力測(cè)量點(diǎn)至爐膛頂部高度，m?？紤]到爐膛出口壓力近似為大氣壓，因此認(rèn)為爐膛中部壓力測(cè)量點(diǎn)所測(cè)差壓即為爐膛上部稀相區(qū)壓差。

由式(6)可知，爐膛稀相區(qū)壓差Δp與爐膛內(nèi)氣固兩相流密度正相關(guān)，因此可以用Δp·vr估算爐膛Gs值。

圖7 Gs隨時(shí)間變化Fig.7 Change of Gs with time

考慮到剛起爐階段立管與爐膛內(nèi)尚未達(dá)到流動(dòng)平衡，因此選取流動(dòng)穩(wěn)定后24 h內(nèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)(包含降負(fù)荷過程)并研究該時(shí)間段內(nèi)Δp·vr與相對(duì)測(cè)量應(yīng)變值間對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖8所示。Δp·vr與所測(cè)應(yīng)變信號(hào)有較好的單調(diào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)一步證明了本測(cè)量方法的可行性。

圖8 Δp·vr與測(cè)量過程內(nèi)相對(duì)應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.8 Relationship between Δp·vr and relative strain

由前文分析可知，該新型沖擊式循環(huán)流率測(cè)量方法能較好地捕捉鍋爐起停爐、降負(fù)荷等過程中的循環(huán)流率變化趨勢(shì)。對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行量級(jí)分析且利用Δp·vr估算并校核Gs的測(cè)量結(jié)果，證明了該測(cè)量方法的可行性。但目前仍缺乏精確測(cè)量循環(huán)流率方法，因此本裝置測(cè)量數(shù)據(jù)暫時(shí)無法精確標(biāo)定。后續(xù)工作中將進(jìn)一步分析沖擊式流量計(jì)測(cè)量過程中測(cè)量應(yīng)變信號(hào)與循環(huán)流率的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)一步提高該測(cè)量方法的精度。

4 結(jié) 論

1)本文提出了一種循環(huán)流率的沖擊式在線測(cè)量方法，該方法可在實(shí)際循環(huán)流化床鍋爐高溫環(huán)境中運(yùn)行，能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量且不會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行造成干擾。建立了該沖擊式流量計(jì)的理論模型，利用冷態(tài)試驗(yàn)完善模型并在熱態(tài)鍋爐中進(jìn)行測(cè)試。通過實(shí)驗(yàn)室冷態(tài)試驗(yàn)測(cè)量得到了不同沖擊速度下的氣固兩相流繞流阻力F和阻力系數(shù)CD，為后續(xù)裝置設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)參考。

2)基于該方法開發(fā)了Gs在線測(cè)量裝置樣機(jī)并在某116 MWth循環(huán)流化床鍋爐中進(jìn)行了熱態(tài)測(cè)試，結(jié)果表明該方法能夠快速及時(shí)地捕捉到起爐、停爐、變負(fù)荷等過程中Gs變化情況。

3)在熱態(tài)測(cè)試中，根據(jù)量級(jí)分析，利用Δp·vr估算Gs并標(biāo)定裝置，證明了本測(cè)量裝置的測(cè)量準(zhǔn)確性。目前仍缺乏精確的循環(huán)流率測(cè)量方法，因此暫無法對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)標(biāo)定。在后續(xù)工作將進(jìn)一步分析裝置測(cè)量中物理過程并開發(fā)標(biāo)定方法。