[0001] 本发明涉及玻璃熔制技术领域，尤其涉及一种用于玻璃厂熔窑的助燃风流量检测器和输送系统。

[0002] 为了高质量的完成玻璃的熔制过程，合理的控制熔窑的燃烧系统，是关键因素。而控制熔窑燃烧系统的步骤中，燃/风比的控制(即：燃料和风量的比例)是节碳燃烧系统的关键环节。而燃/风比的优化控制前提是，计算机需要获得精确的燃料和助燃风流量测量数据。

[0003] 现状况是，国内玻璃厂流量检测的节流元件，几乎都选用“多孔”节流件(即：平衡流量计)，且取压方式几乎都是“法兰取压”。这其实是有问题的，主要问题有以下几点。

[0004] 首先，是“节流件”的选取问题。平衡流量计使用的是“多孔的圆盘”节流，称为“函数孔”，安装在管道的截面上。理论上多孔流量计可测：管径范围为DN15～DN3000，其最小雷7
诺数可低于200～10，β值(直径比)0.25～0.9范围内的流体。

[0005] 这样的平衡流量计，当流体穿过圆盘的函数孔时，流体将被“平衡整流”，涡流被最小化，形成近似理想流体，通过取压装置，可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。在前后直管段距离不足时，或管内流体状态不稳定的工况条件下，“多孔”节流件(平衡流量计)的“平衡整流”功能优势较为明显，比使用传统节流件能获得更稳定的测量数据。同时，在“中小管径”工况下，“多孔”节流件(平衡流量计)价格虽然略贵于标准节流件流量计，但贵的不多。

[0006] 然而，在大管径的测量中(尤其是管径DN300以上)，多孔的圆盘节流件很贵，且直径越大越贵(DN500及以上的一套平衡流量计，约8～10万，一个1200t/d大型玻璃厂有8～9对小炉，每对小炉对应一支助燃风分支管，而每个助燃风分支管道都需要配置流量计，所以约合计近一百万的采购成本)。因为每个孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和测试数据而定制的，所以大管径的平衡流量计价格很贵。

[0007] 玻璃厂助燃风管总管的管径一般在DN1000mm～1600mm，支管的管径一般在DN400mm～800mm，常用流速在6～12m/s之间，管道内的表压为1kPa～2.5kPa；为“大管径、低流速、中低压”的工况，在此工况下，多孔节流件(平衡流量计)的“平衡整流”的优点，几乎不再显现；但价格贵的劣势，却显著的突出。

[0008] 其次，是“取压方式”的选取的问题。虽然法兰取压使用范围很广，理论上可测量管径DN50～DN1000的圆管内的流体，但在不同管径下，测量的精度是不同的。根据《自动化仪表选型设计规范》(HG/T20507‑2014)6.2.5条，“DN50以下的宜选用角接取压；DN50～DN300可选用法兰取压或角接取压”，在实际应用中，这个范围段的孔板居多，对于低压的介质可采用角接取压，对于高压的可采用法兰取压。“DN300以上宜采用径距取压”，且更适合雷诺数大的场合。以玻璃厂为例，助燃风总管的管径一般在DN1000mm～1600mm，支管的管径一般在DN400mm～800mm，所以可考虑采用“径距”取压。而天然气主管的管径一般在DN150mm～300mm，支管管径在DN80mm～150mm，所以可考虑“法兰”取压。

[0009] 依据HG/T20507‑2014第6.2.5条款，结合实际工况，天然气流量的测量，用法兰取压，是合适的。而助燃风流量的测量，如果仍用法兰取压，是不合适的，虽然可测，但不是最佳选择；虽然《自动化仪表选型设计规范》规定“DN300以上宜采用径距取压”，然而现今的国内玻璃厂助燃风的测量，几乎全部采用法兰取压，在玻璃厂助燃风流量测量中究竟适不适合使用径距取压目前没有确定的结论。

[0010] 中国专利CN202020437098公开的一种径距取压一体式孔板流量计，节流孔板为文丘里管状，取压方式为径距取压，检测装置为“一体式”流量计。首先，径距取压检测方式，并不适用在任何测量场合，而是有前提条件的，这点专利CN202020437098中没有清楚说明。根据《自动化仪表选型设计规范》(HG/T20507‑2014)6.2.5条，DN300以上宜采用径距取压，且更适合雷诺数大的场合。其次，专利CN202020437098开孔的直径过大，依据《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》GB/T 2624‑1993第7.2.1.7可知，“取压口直径应小于0.13D，同时小于13mm”。而不是专利CN202020437098中所述的“17mm”直径孔。

[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0038] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

[0040] 参见图1，本发明提供一种用于玻璃厂熔窑的助燃风流量检测器，包括：

[0041] 标准孔板(1)，设置在输送助燃风的支管(2)内；

[0042] 第一取压口(3)，开设于所述支管(2)面向所述标准孔板(1)的上游端面的管段上，所述第一取压口(3)到所述标准孔板(1)的上游端面的距离为所述支管(2)直径；

[0043] 第二取压口(4)，开设于所述支管(2)面向所述标准孔板(1)的下游端面的管段上，所述第二取压口(4)到所述标准孔板(1)的下游端面的距离为所述支管(2)直径的一半；

[0044] 三阀组(7)，所述第一取压口(3)通过第一取压管(5)连接到三阀组(7)的第一输入口，所述第二取压口(4)通过第二取压管(6)连接到所述三阀组(7)的第二输入口；

[0045] 流量变送器(8)，分别连接所述三阀组(7)的第一输出口和第二输出口，用于计算所述第一取压口(3)和所述第二取压口(4)之间的压差信号，并基于所述压差信号计算所述支管(2)内的助燃风流量并显示。

[0046] TE‑705指热电阻(9)。

[0047] FE‑705指为标准孔板(1)的节流件。

[0048] FIT‑705指流量变送器(8)。

[0049] FC‑705指电动调节阀(11)，用来调节支管的助燃风流量。

[0050] FCV‑705指截断球阀，即手动阀(12)使用截断球阀。手动阀以手动方式对支管进行关闭和开通，关闭时，支管不允许助燃风通过。开通时，允许助燃风通过。

[0051] 本发明采用标准孔板，标准孔板是“标准节流件”，标准节流件优点是：可直接按照标准制造、安装和使用，不必进行标定，所以采购成本远低于需要“定制”的多孔圆盘节流件。玻璃厂助燃风管总管的管径一般在DN1000mm～1600mm，支管的管径一般在DN400mm～800mm，常用流速在6～12m/s之间，管道内的表压为1kPa～2.5kPa；正好符合“大管径、低流速、中低压”的工况要求。此工况条件，正好是“标准孔板”适合的测量环境。在玻璃厂熔窑燃烧系统中，将原有的“多孔板”节流件改成大孔径的标准孔板，从而大幅降低采购成本，通过对助燃风流量检测采用径距取压检测方式而不是法兰取压，相比于传统的平衡流量计测量成本更低，且提高了助燃风的测量精度，有助于得到精确的燃料和助燃风流量的燃/风比。

[0052] 参见图3，径距取压阀又称之为D‑D/2取压法。D即支管直径，即所述第一取压口(3)到所述标准孔板(1)的上游端面的距离为D，所述第二取压口(4)到所述标准孔板(1)的下游端面的距离为D/2。

[0053] 如图4所示，为“孔流系数与雷诺数与表面积关系”图。具体的数据可查阅《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》GB/T2624‑1993表A2。

[0054] 进一步的，所述流量变送器(8)离地面的高度低于预设值。

[0055] 进一步的，所述三阀组(7)设置在所述流量变送器(8)的下方。

[0056] 预设值设为1.2米。因为玻璃厂的助燃风支管，安装位置一般较高，在巡视人员头顶的1～2m处，如果仍采用一体式孔板流量计，流量变送器中显示的表头安装在支管上，巡视人无法看见表头的显示数据，这不合理。所述流量变送器设置在人可以看得见显示屏数字的地方，将原来的一体化流量计改成分体式流量计，方便看见助燃风支管的流量数据。

[0057] 进一步的，所述第一取压口(3)和所述第二取压口(4)的直径相同且均为13mm。

[0058] 本发明通过将所述第一取压口和所述第二取压口的直径相同且均为13mm，适用于玻璃厂助燃风流量的测量。

[0059] 进一步的，所述支管(2)面向所述标准孔板(1)的上游端面的管段上还设有采集温度信号的热电阻(9)，所述热电阻(9)连接所述流量变送器(8)；

[0060] 所述流量变送器(8)结合所述温度信号和压差信号计算所述支管(2)内的助燃风流量。

[0061] 参见图1，支管上方有三处，左侧为热电阻，采集的温度信号引入流量计变送器中，中间为径距取压的“上游”取压孔即第一取压口，经第一取压管引至三阀组的第一输入口(即高压阀)。右侧为径距取压的“下游”取压孔即第二取压口，经第二取压管引至三阀组的第二输入口(即低压阀)。

[0062] 进一步的，所述三阀组(7)的第一输出口和所述流量变送器(8)的连接管道上设有第一旁通阀，所述三阀组(7)的第二输出口和所述流量变送器(8)的连接管道上设有第二旁通阀。

[0063] 进一步的，所述第一取压管(5)和所述第二取压管(6)为紫铜管。

[0064] 进一步的，所述标准孔板(1)通过法兰固定在所述支管(2)上。

[0065] 参见图2，本发明还提供一种用于玻璃厂熔窑的助燃风输送系统，使用前述的一种用于玻璃厂熔窑的助燃风流量检测器，包括：

[0066] 输送助燃风的主管(10)和若干支管(2)，每根所述支管(2)连接到所述主管(10)；

[0067] 每根所述支管(2)配套所述流量检测器。

[0068] 图2中箭头代表流体的运动方向。

[0069] 进一步的，每个所述支管(2)上设有手动阀(12)。

[0070] 进一步的，所述流量检测器中的所述流量变送器(8)连接控制模块，所述控制模块根据检测到的助燃风流量产生流量调节指令；

[0071] 每个所述支管上设有电动调节阀(11)，所述电动调节阀(11)连接所述控制模块，所述电动调节阀(11)用于根据所述流量调节指令调节所述支管的助燃风流量。

[0072] 进一步的，每根所述支管(2)上靠近所述支管(2)与所述主管(10)连接处设置柔性伸缩连接器(13)。

[0073] 本发明的具体应用方式如下。

[0074] 步骤1：首先在助燃风支管内安装标准孔板节流件，安装时需注意，标准孔板有“上游端面和下游端面”。上下游端长得很像，容易装错。上游端面应面向上游，下游端面应面向下游。标准孔板(1)内边缘有斜角(101)的是下游端面，参见图5。上下游端面如果安装反，将会导致所测流量数值失真，这点安装的技术人员需要留心。

[0075] 然后在节流件上游安装热电阻(9)，采集的温度信号传至流量变送器(8)中，供流量计算补偿修正用。

[0076] 步骤2：在标准孔板(1)上下游两侧开孔取压，取压方式采用“径距取法”，取压口的间距是取压口中心线与标准孔板(1)面向的端面之间的距离，上游取压口即第一取压口的间距为管道直径D，下游取压口即第二取压口的间距为D/2，参见图2和图3所示。为了避免现场安装误差，选用径距取压时，最好由节流装置厂家成套带直管段(即：取压孔由厂家开，并和流量计一并做好校验后，由厂家将节流件、流量变送器、开过孔的直管段，成套发货)。如果没有厂家成套带的直管段，现场技术人员需严格按照上述要求开孔取压；因为开孔的精度，会影响后续流量的测量。因为助燃风支管管直径都大于100mm，所以取压口直径取为“13mm”。这里依据《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》GB/T 2624‑1993第7.2.1.7可知，“取压口直径应小于0.13D，同时小于13mm。”[0077] 步骤3：将分体式流量计的流量变送器安装在巡视人员便于通过看得见的地方，支架离地例如1.2m处。并在流量变送器下方安装三阀组。差压信号和温度信号，都需要引入流量变送器内，供计算助燃风流量用。

[0078] 三阀组是由三个互相沟通的三个阀组成。根据每个阀在系统中所起的作用可分为：左边为高压阀(高压阀连接第一取压口)，右边为低压阀(低压阀连接第二取压口)，中间为平衡阀。三阀组与流量变送器配套使用，作用是将正、负压测量室与引压点导通或断开；或将正负压测量室断开或导通。

[0079] 第一取压管和第二取压管可选用紫铜管。因为紫铜管质地坚硬，不易腐蚀，且耐高温、耐高压，且具有较好的可塑性，可较好的弯折。在空间有限的管道夹缝间，将标准孔板节流件的上下游差压引入流量变送器内。

[0080] 步骤4：完成步骤1～步骤3之后，可打开助燃风机通入助燃风。通气之后，现场巡视检测，各个管道的连接处，安装的标准孔板节流件处，各个阀门处，是否有漏气现象。如果没有漏气，则开始调试三阀组。接入“三阀组”的作用是：1、在管道由初始状态(空)加入介质时，两侧压力会突然变化，该压差过大时可能会损坏变送器中的传感器。为避免此状况发生，应先关闭变送器中压差传感器两侧的阀，打开三阀组上旁通阀；2、在介质充满管道，并趋近平稳、平衡后，打开压差传感器两侧阀其中一个，使压差传感器两侧均匀施加压力；3、之后关闭旁通阀，并打开压差传感器两侧阀中的另外一个阀门，压差传感器开始正常工作；4、关闭顺序与上述情况相反。此外，三阀组还有其它作用，如运行一段时间后通过旁通管清洗管道，流量变送器中的传感器部分不受影响。

[0081] 步骤5：完成上述步骤后，最后依照流量计说明书，调试流量变送器表头。之后进行流量测量。

[0082] 下面是通过计算玻璃厂熔窑助燃风的雷诺数值，证明在此工况下，玻璃厂熔窑助燃风径距取压的合理性和可行性。计算中，将助燃风视为净化空气。

[0083] 已知：雷诺数公式为Re＝D*v*ρ/μ，其中D为管道内径，单位m；v为平均流速，单位m/3
s；ρ为流体密度，单位kg/m；μ为动力粘度，单位kg/s*m。在标准大气压强为101.325kPa、温
3 ‑5
度为25℃的条件下，空气的密度ρ＝1.169kg/m，空气的动力粘度μ＝1.8448*10 kg/s*m。

[0084] 结合实际情况，已知：玻璃厂助燃风“常用流量”的平均流速v＝12～15m/s；玻璃厂助燃风主管管径D＝1～1.6m；助燃风支管管径D＝0.4～0.8m；熔窑助燃风管道内的表压为1kPa～2.5kPa(由于燃风管道内的表压数值过小，所以对助燃风的密度和动力粘度产生的影响，可忽略不计。)

[0085] 将上述管径的最大值和最小值，平均流速的最大值和最小值代入雷诺数公式，得：5 6 5
Re主管min＝7.61*10，Re主管max＝1.52*10；Re分支min＝3.04*10 ，Re分支max＝7.61*
5
10。

[0086] 又已知：β＝A0/A1为直径比，A0为节流件开孔直径，A1为流体管道内径；C0为孔流系数。

[0087] 结合实际情况，已知：玻璃厂常用节流件的直径比β＝A0/A1＝0.3～0.6，参见“孔流系数与雷诺数与表面积关系”图4或查阅《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》GB/T 2624‑1993表A2，可知：当直径比A0/A1＝0.3～0.6时，且雷诺5 6
数Re在10～10的数量级时，雷诺数Re趋近为一个定值，此时对应的C0孔流系数也成为一个定值；此时，将C0孔流系数代入流量公式后，将得到一个稳定且精确的流量数值。

[0088] 由雷诺数公式可得：管道内径D和平均流速v越大，雷诺数Re越大。

[0089] 据上述理论结合计算可知，助燃风风管的雷诺数在105～106数量级，在雷诺数较大的工况下，“法兰取压”与“径距取压”相比，选用“径距取压”法，将得到一个“差压明显”且更“稳定”的差压值，倒推出C0孔流系数并代入流量公式后，将得到一个精确的流量数值。所以，《自动化仪表选型设计规范》(HG/T20507‑2014)6.2.5条规定：“在管道直径DN300以上时，宜采用径距取压”。且更适合雷诺数大的场合。

[0090] 本发明设计出了一种新的实用的用于玻璃厂熔窑助燃风流量检测的新方法，包括：将“多孔板”节流件改成大孔径的标准孔板，从而大幅降低采购成本。改原本助燃风“法兰”取压为“径距”取压。改开孔取压口为“13mm”。改一体式流量计为分体式安装。并对比计算了玻璃厂熔窑助燃风和天然气的雷诺数值，证明在此工况下，玻璃厂熔窑助燃风径距取压的合理性和正确性。

[0091] 以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。