本发明涉及燃煤机组技术领域，具体涉及锅炉的旋流燃烧器的二次风的测量，即一种旋流燃烧器二次风在线测量方法。
背景技术：
燃煤机组投产后的锅炉运行时普遍存在水冷壁两侧温差大、炉膛出口烟气nox浓度远超设计值等一系列影响锅炉安全经济运行的问题。通过一系列试验发现同层燃烧器二次风风量分配特性普遍较差，无法精确调节使同层燃烧器二次风进风均匀是导致上述问题的重要因素之一。目前燃煤机组没有可靠针对环形大风箱结构的各燃烧器二次风表计。
主要原因在于二次风测量的难度：
第一，缺少直管段。常规风量测量手段要求有一定长度的直管段，使流场充分发展，才能保证测量的可靠性。以京宁热电所采用的燃烧器实际情况为例，采用的是巴威生产的旋流燃烧器，没有足够长度的直管段，若要安装二次风测量测点，只能布置在主调风盘下游450mm左右的范围内，目前没有任何常规测量手段能做到在如此短的直管段实现有效测量。
第二，流场没有达到自模化。一般认为，在雷诺数超过105～106时，流场进入自模化区。经过计算，在满负荷情况下，二次风流动的雷诺数为1.1*105，也就是说，不同负荷下，二次风的径向速度分布不具有相似性。
第三，主调风盘开度大小对二次风的流场形态有重要影响。不同的主调风盘开度时，二次风的径向速度分布不具有相似性。
综上所述，现有技术中存在以下问题：锅炉的旋流燃烧器的二次风难以测量。
技术实现要素：
本发明提供一种旋流燃烧器二次风在线测量方法，以解决锅炉的旋流燃烧器的二次风难以测量的问题。
为此，本发明提出一种旋流燃烧器二次风在线测量方法，用于测量旋流燃烧器的二次风风道内的风速，所述测量方法包括：
在二次风风道内选取三个测量半径，所述二次风风道包括：从内向外排布的二次风风道的第一内壁和二次风风道的第二内壁，所述二次风风道的径向截面为位于所述第一内壁和所述第二内壁之间的环形截面，三个测量半径形成以二次风风道的中心点为圆心的三个圆周，依次为：内侧圆周、中间圆周和外侧圆周；三个所述圆周的半径依次为r1、r2和r3，单位均为米，第一内壁的半径为rh，单位为米，第二内壁的半径为re，单位均为米，r1大于rh，r3小于re；三个圆周将二次风风道的径向截面分成四个环形区域；
其中，r1、r2和r3的位置确定依据为：
步骤a：采用软件模拟不同主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线，得到由多个不同主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线构成的径向截面的轴向速度分布图；所述主调风盘开度至少为3个；
步骤b：按照径向截面的轴向速度分布图选择拐点；拐点的数目为3个，3个拐点依次对应的半径为r1、r2和r3，单位均为米。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量方法还包括：
步骤c：根据拐点，将所述径向截面沿径向分成4个环形区域；根据径向截面的轴向速度分布图，得到各环形区域内二次风风道内的风速与半径为线性函数；
步骤d：计算每个环形区域的平均速度；
步骤e：将上述四个区域的平均速度，按照各自的环形区域面积进行加权求和，得到二次风平均速度，即二次风风道内的风速。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量方法还包括：
步骤b中，选取走向相近的主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线作为确定拐点依据的曲线，剔除与其他主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线走向较远或偏差较大的曲线。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量方法还包括：步骤f：对二次风平均速度进行偏差修正，将10个工况下的偏差和与系数k的关系做成图，得到偏差与系数为线性关系，并确定修正系数。
进一步的，步骤a和步骤b具体为：
选择主调风盘开度分别为20％、40％、60％和80％，并做出相应的轴向速度分布曲线；
其中，主调风盘开度分别为40％、60％和80％的三条轴向速度分布曲线走向相近，偏差较小，因此，这三条曲线作为确定拐点依据的曲线，而主调风盘开度为20％的轴向速度分布曲线，与三条曲线走向相差较远，偏差较大，因此剔除主调风盘开度分别为20％的轴向速度分布曲线。
进一步的，第一内壁的半径为0.246米，第二内壁的半径为re为0.46米，根据主调风盘开度分别为40％、60％和80％的三条轴向速度分布曲线，确定拐点分别为：0.276m、0.381m和0.43m。
进一步的，
各环形区域内二次风平均速度的(近似)分布函数：
其中，u(r)为半径为r时的二次风平均速度，u(r)单位为m/s；r单位为米，u(0.276)为半径为0.276时的二次风平均速度，单位为m/s；u(0.381)为半径为0.381时的二次风平均速度，单位为m/s；u(0.43)为半径为0.43时的二次风平均速度，单位为m/s；
根据径向截面的轴向速度分布图，得到各环形区域内二次风风道内的风速与半径为线性函数；为了便于计算，将上式简化：
其中，a1，a2，a3，a4分别为各环形区域内的二次风风道内的风速与半径的线性函数的斜率，b1，b2，b3和b4分别为各环形区域内的二次风风道内的风速与半径的线性函数的截距；单位为m/s；
4个环形区域的平均速度为：
同理：
二次风风道的径向截面的平均速度为：
其中：c1，c2，c3，c4为加权系数；
所以，
或者：
其中：
ai＝(0.026，0.147，0.104，0.00)；
bi＝(0.1006，0.443，0.255，0.201)；
b1＝-33.333u(0.276)；b2＝-2.6286*u(0.381)+3.6286*u(0.276)；b3，b4，以此类推；
得到：
将ai、bi带入，ai为a1，a2，a3或a4；bi为b1，b2，b3或b4
最终得到：
进一步的，
根据10个工况下的偏差和与修正系数k的关系，得到偏差与修正系数为线性关系，当k＝1.2658时，偏差和等于零，因而确定修正系数k＝1.2658；因而得到：
进一步的，在每个所述圆周上，均布置4个测点，三个圆周上共布置12个测点，
将三组一次测量元件，沿径向分布在二次风风道的径向截面的三个圆周内，每组一次测量元件包含四个布置在同一圆周上的一次测量件，每个所述一次测量件测量一个测点，三组一次测量元件共包含12个一次测量元件；每个测点处设有一个所述一次测量元件，12个所述一次测量件测量12个测点；12个测点分布成四条径向排布的直线，每条直线上分布3个测点，每个一次测量元件在测点处套设有整流套管。
进一步的，所述一次测量元件为靠背管，用所述一次测量元件测量压力数据，采用引压管将所述一次测量元件得到的压力数据传给测量模块，采用测量模块将一次测量元件测量的压力数据转化为电信号；用单片机处理测量模块传来的电信号并计算输出4-20ma代表二次风风速的热控信号。
本发明采用多值测量与流场分布规律相结合的方案，通过设置环形测量带，实现二次风风量的实时在线测量，指导电厂运行人员最大限度调平各燃烧器二次风风量分配，深入挖掘机组的节能和环保潜力，提高机组运行安全稳定性。
二次风在线测量装置采用整流套管的套装式设计，既提高了设备的抗磨损性能，又排除了相互间存在干扰的可能性，所得数据更具真实性。
本发明真实、有效测量出二次风各风管风速，并能计算出风量，为优化配风提供良好的基础，优化配风方式节约风机电耗，降低厂用电率，提高锅炉经济性。
附图说明
图1为本发明的旋流燃烧器二次风在线测量装置的测点的结构示意图；
图2为本发明的旋流燃烧器二次风在线测量装置的立体结构示意图；
图3为本发明的旋流燃烧器二次风在线测量装置的主视结构示意图；
图4为本发明的测试方法的不同主调风盘开度下测量截面的轴向速度分布图，横坐标的径向距离为测量截面上各点到二次风风道的径向截面的圆心的距离；
图5为本发明的测试方法的轴向速度分布图的拐点分布位置，横坐标的径向距离为测量截面上各点到二次风风道的径向截面的圆心的距离；
图6为本发明的测试方法的多个工况下的偏差和与修正系数k的关系图，其中，纵坐标代表偏差，横坐标代表修正系数。
附图标号说明：
1、内侧圆周；2、中间圆周；3、外侧圆周；4、第一内壁；5、第二内壁；6、引压管；7、管线；
10、内侧一次测量元件；20、中间一次测量元件；30、外侧一次测量元件；
11、内侧测点；21、中间测点；31、外侧测点；
13、内侧整流套管；23、中间整流套管；33、外侧整流套管；50、支座。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
如图1、图2和图3所示，本发明提出一种旋流燃烧器二次风在线测量装置，用于测量旋流燃烧器的二次风风道内的风速，所述旋流燃烧器二次风在线测量装置包括：
三组一次测量元件，沿径向分布在二次风风道的径向截面的三个圆周内，每组一次测量元件包含四个布置在同一圆周上的一次测量件，每个所述一次测量件测量一个测点，三组一次测量元件共包含12个一次测量元件；每个测点处设有一个所述一次测量元件，12个所述一次测量件测量12个测点；12个测点分布成四条径向排布的直线，每条直线上分布3个测点；
三个所述圆周以二次风风道的中心点为圆心，依次为：内侧圆周1、中间圆周2和外侧圆周3；第一内壁的半径为rh，第二内壁的半径为re，r1大于rh，r3小于re；，每个圆周上分布4个测点；三个半径对应的圆周将所述径向截面沿径向分成4个环形区域；
本发明的测量方法包括：
在二次风风道内选取三个测量半径，依次为r1、r2和r3，所述二次风风道包括：从内向外排布的二次风风道的第一内壁4和二次风风道的第二内壁5，所述二次风风道的径向截面为位于所述第一内壁4和所述第二内壁5之间的环形截面，即内侧圆周1、中间圆周2和外侧圆周3位于二次风风道的第一内壁4和第二内壁5之间；三个测量半径形成以二次风风道的中心点为圆心的三个圆周，依次为：内侧圆周、中间圆周和外侧圆周；三个所述圆周的半径依次为r1、r2和r3，单位均为米，第一内壁的半径为rh，单位为米，第二内壁的半径为re，单位均为米，r1大于rh，r3小于re；三个圆周将二次风风道的径向截面分成四个环形区域；第一个环形区域的内径为rh；外径为r1，第一个环形区域、第二个环形区域、第三个环形区域和第四个环形区域依次从内向外排布；第一内壁4的半径例如小于等于0.26米，第二内壁5的半径例如小于等于0.46米，r1、r2和r3例如分别为0.28m、0.38m和0.43m；
其中，r1、r2和r3的位置确定依据为：
步骤a：如图4和图5所示，采用fluent软件模拟不同主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线，得到由多个不同主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线构成的径向截面的轴向速度分布图；所述主调风盘开度至少为3个；
步骤b：按照径向截面的轴向速度分布图选择拐点；拐点的数目为3个，3个拐点依次对应的半径为r1、r2和r3，单位均为米。根据fluent模拟计算结果(另外，根据实测验证，也可以得到类似的结果)可知，在不同压力下，环形二次风区域的流场出现相似的特性。主要表现在：从二次风区域第一内壁4(半径rh)开始，至r1位置，轴向速度线性上升；从r1位置，至r2位置，轴向速度也基本成速度线性，并在r2位置附近达到最大值；从r2至r3位置轴向速度线性降低；从r3至第二内壁5(半径re)位置，轴向速度线性降低至零。并且，在不同的调风门开度等各种工况下，都存在上述的规律。正是基于上述流场特征规律的分析，提出了三点测量的原理。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量方法还包括：
步骤c：根据拐点，将所述径向截面沿径向分成4个环形区域；根据径向截面的轴向速度分布图，得到各环形区域内二次风风道内的风速与半径为线性函数；
步骤d：计算每个环形区域的平均速度；
步骤e：将上述四个区域的平均速度，按照各自的环形区域面积进行加权求和，得到二次风平均速度，即二次风风道内的风速。
例如，环形区域(s1，s2，s3，s4)的平均速度积分计算：
s1(r＝0.264m～0.275)，该环形区域的平均速度按积分计算：
s2(r＝0.275m～0385)，该环形区域的平均速度按积分计算：
s3(r＝0.385m～0.45)，该环形区域的平均速度按积分计算：
s4(r＝0.45m～0.465)，该环形区域的平均速度按积分计算：
将上述四个区域的平均速度，按照各自的环形区域面积进行加权求和，即可得到二次风平均速度。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量方法还包括：
步骤b中，选取走向相近的主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线作为确定拐点依据的曲线，剔除与其他主调风盘开度下所述径向截面的轴向速度分布曲线走向较远或偏差较大的曲线，以获得合理的模型。进一步的，步骤a和步骤b具体为：
选择主调风盘开度分别为20％、40％、60％和80％，并做出相应的轴向速度分布曲线；
其中，在主调风盘开度很小时(开度小于等于20％)，测量截面靠近二次风环形风道内壁的区域的存在回流区(图中出现负数的流速)；在主调风盘开度增加后，环形风道流场分布趋于稳定，40％、60％、80％三条曲线比较相似(如图中所示)，但在靠近环形风道外壁时，径向测量截面的轴向风速降低到一定程度，也会出现微小的回流区。这也符合现场实际环形风道风速分布速度规律，说明40％、60％、80％三条曲线模拟数据是准确的，可参考。主调风盘开度分别为40％、60％和80％的三条轴向速度分布曲线走向相近，偏差较小，因此，这三条曲线作为确定拐点依据的曲线，而主调风盘开度为20％的轴向速度分布曲线，与三条曲线走向相差较远，偏差较大，因此剔除主调风盘开度分别为20％的轴向速度分布曲线。
前面是根据分段线性的假设下得到的平均速度。但事实上，分段线性分布只是真实的速度分布得近似。所以，真实的平均速度要小于上述的计算值。进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量方法还包括：步骤f：对二次风平均速度进行偏差修正，将10个工况下的偏差和与系数k的关系做成图，见图6，得到偏差与系数为线性关系，并确定修正系数。
进一步的，第一内壁的半径为0.246米，第二内壁的半径为re为0.46米，根据主调风盘开度分别为40％、60％和80％的三条轴向速度分布曲线，确定拐点分别为：0.276m、0.381m和0.43m。
进一步的，
各环形区域内二次风平均速度的近似分布函数：
其中，u(r)为半径为r时的二次风平均速度，u(r)单位为m/s；r单位为米，u(0.276)为半径为0.276时的二次风平均速度，单位为m/s；u(0.381)为半径为0.381时的二次风平均速度，单位为m/s；u(0.43)为半径为0.43时的二次风平均速度，单位为m/s；
根据径向截面的轴向速度分布图，得到各环形区域内二次风风道内的风速与半径为线性函数；为了便于计算，将上式简化：
其中，a1，a2，a3，a4分别为各环形区域内的二次风风道内的风速与半径的线性函数的斜率，b1，b2，b3和b4分别为各环形区域内的二次风风道内的风速与半径的线性函数的截距；(是否正确？)
4个环形区域的平均速度为：
同理：
二次风风道的径向截面的平均速度为：
其中：c1，c2，c3，c4为加权系数；
所以，
或者：
其中：
ai＝(0.026，0.147，0.104，0.00)；
bi＝(0·1006，0·443，0·255，0·201)；
b1＝-33.333u(0.276)；b2＝-2.6286*u(0.381)+3.6286*u(0.276)；b3，b4，以此类推；
得到：
将ai、bi带入，ai为a1，a2，a3或a4；bi为b1，b2，b3或b4
最终得到：
前面是根据分段线性的假设下得到的平均速度(即理论平均速度)。但事实上，分段线性分布只是真实的速度分布得近似。所以，真实的平均速度要小于上述的计算值。根据10个工况下的偏差和与修正系数k的关系，得到偏差与修正系数为线性关系，当k＝1.2658时，偏差和等于零，因而确定修正系数k＝1.2658；因而得到：
根据上述计算，还可以进一步计算风量。工程上一般采用风量的质量流量(单位t/h)来表征二次风的大小。
根据基本的流体常识，质量流量：
其中：
ρ为密度，kg/m3；
s为截面积为0.4889m2；
密度又与温度有较大关系：
其中ρ0为常温下的密度，kg/m3；t为二次风的温度，℃。
另外，速度的标定是在常温下进行的：
所以，
最终：
其中，
进一步的，在每个所述圆周上，均布置4个测点，三个圆周上共布置12个测点，将三组一次测量元件，沿径向分布在二次风风道的径向截面的三个圆周内，每组一次测量元件包含四个布置在同一圆周上的一次测量件，每个所述一次测量件测量一个测点，三组一次测量元件共包含12个一次测量元件；本发明采用旋流燃烧器二次风在线测量装置进行测量，该测量装置包括：在每个测点处设有一个所述一次测量元件，12个所述一次测量件测量12个测点；12个测点分布成四条径向排布的直线，每条直线上分布3个测点，每个一次测量元件在测点处套设有整流套管。
进一步的，所述一次测量元件为靠背管，用所述一次测量元件测量压力数据，采用引压管将所述一次测量元件得到的压力数据传给测量模块，采用测量模块将一次测量元件测量的压力数据转化为电信号；用单片机处理测量模块传来的电信号并计算输出4-20ma代表二次风风速的热控信号。采用三组引压管6，每组引压管6对应连接一组一次测量元件，每组引压管6包括四个引压管，每个引压管6的一端对应连接一个一次测量件，每个引压管6的另一端设置在二次风风道之外，通过管线7连接测量模块或数据处理控制柜；引压管在径向上的分布位置是根据数值模拟和最小二乘法最终确定，保证最佳的测量精度；
每个一次测量元件为靠背管，每个一次测量元件在测点处套设有整流套管；
每个引压管6为靠背管，即一次测量元件是气流的静压和总压的取压装置(一次测量元件是取压的静压管和总压管)；每个一次测量件的端部(头部)，即一次测量头(也就是靠背管的端部或者头部)均位于整流套管内；
所述靠背管的直径为3mm，所述整流套管的直径为30mm；整流套管采用不锈钢材料，靠背管也采用不锈钢材料；
数据处理控制柜，设置在旋流燃烧器之外，包括：测量模块和数据处理模块，测量模块为微压测量模块，例如通过管线7连接所述引压管6的另一端，用于测量检测区域压力变化，获得压力数据，一次测量元件把压力传到过来，测量模块将压力信号转化为电信号；数据处理模块包括用于处理微压测量模块传来的测量压力数据(电信号)并计算输出4-20ma的热控信号的单片机；
上位机，根据数据处理控制柜传递的4-20ma热控信息进行分析并反馈。本发明采用多值测量与流场分布规律相结合的方法，有效克服了燃烧器结构、二次风径向速度分布不同等因素制约，实现旋流燃烧器二次风风量的精确测量。通过实时测量二次风风道内介质流速，通过温度、压力等的修正，计算出实际的风量值。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量装置还包括：对所述一次测量元件进行吹扫的在线吹扫装置，用于独立吹扫对应的三个环形区域测量一次元件，防止测量管堵塞。进一步的采用配套补偿式连续吹扫装置，完全彻底地解决了既要取压防堵又要测量准确的问题。例如，吹扫装置采用的是补偿式连续吹扫，并加装了过滤调压稳压器，完全解决了电厂气源不稳及气源品质不好的问题，确保了流量控制器的正常运行，该方法具有结构合理、安装方便、永不堵塞测量准确等优点。
进一步的，所述整流套管的设置方向平行所述二次风风道的轴向，三组整流套管平行设置，三组整流套管可以连接在一个径向设置的支撑管上，以保持稳定。
进一步的，12个测点分布成四条相互垂直的直线，每条所述直线上，分布有3个测点，例如为内侧测点11、中间测点21和外侧测点31，和对应3个测点的从内到外依次排布的引压管，内侧测点11处设有内侧一次测量元件10和内侧整流套管13，中间测点21处设有中间一次测量元件20和中间整流套管23，外侧测点31处设有外侧一次测量元件30和外侧整流套管33；
内侧一次测量元件10穿过所述内侧整流套管13的侧壁并伸入到所述内侧整流套管13中；中间一次测量元件20穿过所述中间整流套管23的侧壁并伸入到所述中间整流套管23中；外侧一次测量元件30穿过所述外侧整流套管33的侧壁并伸入到所述外侧整流套管33中。
进一步的，每条所述直线上的3个测点中，位于内侧的一次测量元件从位于外侧的整流套管两侧绕过。例如，中间一次测量元件20和内侧一次测量元件10，均从外侧整流套管33的两侧绕过，中间一次测量元件20伸入到中间整流套管23中，内侧一次测量元件10还从中间整流套管23的两侧绕过，伸入到内侧整流套管13中。这样可以克服相互干扰。
内侧整流套管13焊接在所述第一内壁4上，确保每组测点结构的稳定性。外侧整流套管33以及中间一次测量元件20、内侧一次测量元件10和外侧一次测量元件30均穿过布置在二次风风道的第二内壁5上的支座50，进入到二次风风道中，支座50安装在第二内壁5上，起到支撑和分线的作用，支座50例如为台型支座，可以焊接连接在第二内壁5上。
进一步的，所述上位机为锅炉分散控制系统，即锅炉dcs，能够起到全面的系统管理。
进一步的，引压管在径向上的分布位置是根据数值模拟和最小二乘法最终确定，保证最佳的测量精度；12个测点处套设有12个整流套管，12个所述一次测量元件与12个所述整流套管在二次风风道的径向截面的投影面积之和小于径向截面的截面面积的3％。
进一步的，所述旋流燃烧器二次风在线测量装置还包括：显示屏，设置在所述数据处理控制柜上，所述显示屏连接所述单片机，用于显示风速或风量。
本发明采用多值测量与流场分布规律相结合的方案，实现二次风风量的实时在线测量，指导电厂运行人员最大限度调平各燃烧器二次风风量分配，深入挖掘机组的节能和环保潜力，提高机组运行安全稳定性。
二次风在线测量装置引压管采用整流套管的套装式设计，既提高了设备的抗磨损性能，又排除了相互间存在干扰的可能性，所得数据更具真实性。
本发明实现了锅炉燃烧器风量测量的智能化和信息化。减轻运行人员的工作度，降低了危险性，提高火电机组的运行水平，具有以下优点:
1)二次风在线测量装置所采用的测点位置，可以优选经过数据模拟计算和实际测量后确定的，具有一定的代表性，能够真实反映二次风管道内的介质流量。
2)二次风在线测量装置采用多值测量与分布规律相结合的方法，不同于以往的单一测点测量和均布测量，测量结果更全面、更可靠。
3)二次风在线测量装置的测点处采用套装式，既提高了设备的抗磨损性能，又排除了相互间存在干扰的可能性，所得数据更具真实性。
4)本装置考虑了温度、压力等因素对风量值的影响，经过修正使所得数值真实、可靠。
5)实现了锅炉燃烧器二次风风量的实时显示,有相应的实时曲线和历史趋势,为风门自动控制提供了依据，提高了设备的可靠性和安全性。
6)二次风在线测量装置真实、有效测量出二次风各风管风量，为优化配风提供良好的基础，优化配风方式节约风机电耗，降低厂用电率，提高锅炉经济性。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。