CN103033289A - 多点式流速压力温度一体化测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，属于烟气流速测量装置技术领域。多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，包括气路探测单元(8)、反吹校准单元和传感测量单元（17），气路探测单元（8）的动压管和静压管的出口分别与反吹校准单元进气口连接，气路探测单元（8）的温度传感器与传感测量单元（17）连接。实现了在同一根皮托管上实现多点测量，直接输出断面线流速，提高烟气流速测量的准确性，缩短了系统气路，防止气路过长造成反吹气源压力的损失，使反吹效果达到最佳水平，防止烟尘堵塞气路。

Description

多点式流速压力温度一体化测量装置

技术领域

本发明涉及固定污染源排放烟气的流速测量装置，具体涉及到多点式流速压力温度一体化测量装置，本装置应用于烟气在线监测系统中。

背景技术

燃煤电厂是二氧化硫、氮氧化物、烟尘及温室气体二氧化碳等的主要排放源，烟气排放量测定以监测断面的平均烟气流速为依据，因此流速测量的准确度直接关系到污染物排放总量、浓度计算及烟气净化系统效率的评估，是确定污染物排放总量的重要参数。

目前，国内外固定污染源烟气流速的测量主要有皮托管法、超声波法和热平衡法，其中超声波法和热平衡法主要依赖进口，且国内外现场工况条件存在差异，先进技术在一定程度上存在“水土不服”现象，而皮托管法是我国流速测量的标准方法，在固定污染源连续监测排放系统(CEMS,Continuous EmissionMonitoring System)中应用最为广泛成熟。但污染源现场由于受场地限制，烟道直管段较短，安装位置难以满足GB/T 16157-1996的要求，烟道内部流场存在流速分布不均匀现象，在同一监测断面存在高、中、低流速区域，因此单点测量难以代表烟道断面真实流速。中国专利公开号CN201408201Y，一种适用于短烟道烟气流速测量的皮托管装置，装置公开了如图1所示，该装置由若干皮托管探头、压力均衡阻尼器、总动压管5、总静压管6构成，压力均衡阻尼器分为动压混合区3和静压混合区4，所述各皮托管探头的动压管1分别与压力均衡阻尼器动压混合区的各动压进气口相接，所述各皮托管探头的静压管2分别与压力均衡阻尼器静压混合区的各静压混合区的各静压管进气口相接，总动压管5接压力均衡阻尼器的动压出气口，总静压管6接压力均衡阻尼器的静压出气口，总动压管5和总静压管6分别与差压变送器的正负端连接，从而实现断面线流速的测量；但也存在不足：(1)结构比较复杂，现场安装不方便；(2)没有设置反吹单元；若不进行及时有效的反吹，皮托管在烟道中长时间运行将被高浓度粉尘堵塞探测孔；(3)若上述皮托管装置装备了反吹装置，采用整体反吹，反吹效果也不佳，由于输送气路较长，每路气路获得的反吹压力较小，达不到良好的反吹效果；若采用每路皮托管单独反吹，一方面增加电磁阀的数量，增加设备成本，设备也将变得复杂庞大。

发明内容

1．发明所解决的技术问题

现有技术中，由于本身结构原因，不利于装配反吹装置，即使装配反吹装置也是效果不佳，甚至设备将更加复杂，生产成本增加，为解决上述技术问题，本发明提供多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，在同一根皮托管上实现多点测量，直接输出断面线流速，提高烟气流速测量的准确性，并配置高效反吹装置，防止皮托管被堵塞。

2．技术方案

多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，包括气路探测单元、反吹校准单元和传感测量单元，气路探测单元的动压管和静压管的出口分别与反吹校准单元进气口连接，气路探测单元的温度传感器与传感测量单元连接。

所述的气路探测单元由多孔皮托管、安装法兰、温度传感器构成，所述的多孔皮托管由动压管、静压管构成；所述动压管上按等距离开有若干个凹形孔，可同时侦测到不同点位的动压，经过各压力自平衡作用实现监测线上的压力平均，同时开孔为凹形孔，正对烟气流过来的方向，可排除气流方向不均匀现象；所述静压管位于沿烟气Vs流动方向、紧挨动压管背后，其上按等距离开有若干组静压对立孔，静压对立孔两凹形孔分别与烟气流动方向成60度夹角，可排除气流所造成的误差；当气流方向角度偏向某一个方向时，静压对立孔的一个测量孔感应比较高压，另一个测量孔感应比较低压，但静压对立孔两孔所感应到的压力是平衡的，因此能消除局部压力的影响。动压管凹形孔正对于气流方向，静压对立孔背对气流方向。为防止气压外泄，多孔皮托管前段密封。安装法兰用于将多孔皮托管固定在烟道上，动压管和静压管的出口分别与反吹校准单元进气口连接。多孔皮托管和安装法兰采用防腐材料。温度传感器集成在多孔皮托管上，用于测定烟气温度，所测温度信号通过传感测量单元中数据采集电路，用于计算烟气流速。

所述反吹校准单元由两个两位三通电磁阀、两个逆止阀和两个两位两通电磁阀构成，如图2所示，动压管出气口与第一两位三通电磁阀进气口连接，第一两位三通电磁阀的出气口一端与第一逆止阀连接，第一两位三通电磁阀一端与第一三通气体接头连接，第一三通气体接头一端与第一两位两通电磁阀的进气口连接，第一三通气体接头另一端与传感测量单元的动压进气口连接。静压管出气口与第二两位三通电磁阀进气口连接，第二两位三通电磁阀的出气口一端与第二逆止阀连接，第二两位三通电磁阀的一端与第二三通气体接头连接，第二三通气体接头一端与第一两位两通电磁阀的出气口连接，第二三通气体接头另一端与传感测量单元的静压进气口连接；第一逆止阀和第二逆止阀之间用第三三通气体接头连接，第三三通气体接头的另一端与第二两位两通电磁阀的进气口连接，第二两位两通电磁阀的出气口分别与压力表和调压阀连接，通过调压阀、再与反吹气源连接。反吹时，第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀与第一三通气体接头和第二三通气体接头连接端关闭，与第一逆止阀和第二逆止阀连接端打开，同时第二两位两通电磁阀打开，反吹气源直接对动压管和静压管进行吹扫，防止烟气中的粉尘堵塞多孔皮托管。在反吹的同时，第一两位两通电磁阀打开，使传感测量单元动压进口和静压进口压力达到平衡，起到对传感测量单元校准的功能。

所述传感测量单元由差压传感器、静压传感器、数据采集电路构成，差压传感器的两个压力采集管分别连通动压管和静压管，用于测定动压和静压的压力差，并将其转化成电信号；静压传感器采集管只与静压管相连通，用于测定静压，并将其转化成电信号；数据采集电路采集静压传感器、差压传感器和温度传感器的电信号，根据公式(1)并结合软件分析计算将其转化成流速。同时将所测数据存储，并自动生成数据库，当测量装置输出异常值时，如零点或满量程，启动报警功能，及时通知现场维护工作人员，使故障现象得到及时解决。流速计算公式如下：

$v_s=K_p\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}(t+273)}{\mathrm{\ρ}\×273}}=K_p\sqrt{\frac{2(\mathrm{Pd}-\mathrm{Ps})(t+273)}{\mathrm{\ρ}\×273}}---\left(1\right)$

式中：Vs-烟气流速，m/s；

Kp-皮托管修正系数；

Pd-烟气动压，Pa；

t--烟气温度，℃；

Ps-烟气静压，Pa；

ρ--烟气密度。

3.有益效果

本发明多点式流速压力温度一体化测量装置在结构上进行了优化，实现了多点流速测量一体化，现场安装方便、简单，降低了运行和维护成本，取得了较多的有益效果：

(1)采用多孔皮托管形式，克服了短烟道流速场分布不均匀问题，实现了点流速向线流速的转变，提高了流速测量的准确性；

(2)动压管采用凹形结构设计，能够克服气流不均匀现象，同时利用气流自平衡原理，实现了多点压力平均化；

(3)静压管采用对立形式，克服了局部烟压不平等的现象，使测量的烟气压力更加准确、可靠；

(4)采用反吹与校准同时进行，既缩短了系统气路，防止气路过长造成反吹气源压力的损失，使反吹效果达到最佳水平，防止烟尘堵塞气路，减少了现场维护工作量，同时反吹时自动实现测量设备校准，防止零点发生漂移，保证测量结果的准确性；

(5)数据存储与记忆功能，自动生成流速、压力、温度数据库，智能判别设备运行情况，降低了现场工作人员的工作量；

(6)采用远程监控物联网技术，以短信、邮件等信息传递方式将设备运行状态告知使用者，可实现无人值守功能。

附图说明

图1为一种适用于短烟道烟气流速测量的皮托管装置结构示意图，图中标注为：

1-动压管、2-静压管、3-动压混合区、4-静压混合区、5-总动压管、6-总静压管；

图2为多点式流速压力温度一体化测量装置的结构示意图，图中标注为7-第一两位三通电磁阀，8-气路探测单元，9-第一三通气体接头，10-第一两位两通电磁阀，11-第二两位三通电磁阀，12-第二逆止阀，13-第三三通气体接头，14-第一逆止阀，15-第二两位两通电磁阀，16-第二三通气体接头，17-传感测量单元，18-压力表，19-调压阀，20-反吹气源；

图3为多点式皮托管的结构示意图；

图4为图3沿A-A方向上的剖视图，Vs为烟气流动方向，21-动压管、22-静压管；

图5为实施例3带伴热管的多点式皮托管的截面结构示意图，23-温度传感器内置管和24-伴热管；

具体实施方式

实施例1

多点式流速压力温度一体化测量装置由气路探测单元8、反吹校准单元和传感测量单元17构成。如图3和4所示，所述的气路探测单元8由多孔皮托管、安装法兰、温度传感器构成，所述的多孔皮托管由动压管、静压管构成，见图3和图4所示，所述动压管21上按等距离开有4个凹形孔，可同时侦测到不同点位的动压，经过各压力自平衡作用实现监测线上的压力平均，同时开孔为凹形孔，正对烟气流过来的方向，可排除气流方向不均匀现象；所述静压管22位于沿烟气Vs流动方向、紧挨动压管21背后，其上按等距离开有4组静压对立孔，静压对立孔两凹形孔分别与烟气流动方向成60度夹角，可排除气流所造成的误差，多孔皮托管材质为SS316L；当气流方向角度偏向某一个方向时，静压对立孔的一个测量孔感应比较高压，另一个测量孔感应比较低压，但静压对立孔两孔所感应到的压力是平衡的，因此能消除局部压力的影响。动压管21凹形孔正对于气流方向，静压对立孔背对气流方向。为防止气压外泄，多孔皮托管前段密封。安装法兰用于将多孔皮托管固定在烟道上，动压管和静压管的出口分别与反吹校准单元进气口连接。多孔皮托管和安装法兰采用防腐材料。温度传感器集成在多孔皮托管上，用于测定烟气温度，所测温度信号通过传感测量单元17中数据采集电路，用于计算烟气流速。如图2所示，多孔皮托管的动压管和静压管的出口分别与反吹校准单元的第一两位三通电磁阀7和第二两位三通电磁阀11连接。反吹校准单元由两个两位三通电磁阀、两个逆止阀和两个两位两通电磁阀构成，如图2所示，动压管出气口与第一两位三通电磁阀7进气口连接，第一两位三通电磁阀7的出气口一端与第一逆止阀14连接，第一两位三通电磁阀7一端与第一三通气体接头9连接，第一三通气体接头9一端与第一两位两通电磁阀10的进气口连接，第一三通气体接头9另一端与传感测量单元17的动压进气口连接。静压管出气口与第二两位三通电磁阀11进气口连接，第二两位三通电磁阀11的出气口一端与第二逆止阀12连接，第二两位三通电磁阀11的一端与第二三通气体接头16连接，第二三通气体接头16一端与第一两位两通电磁阀10的出气口连接，第二三通气体接头16另一端与传感测量单元17的静压进气口连接；第一逆止阀14和第二逆止阀12之间用第三三通气体接头13连接，第三三通气体接头13的另一端与第二两位两通电磁阀15的进气口连接，第二两位两通电磁阀15的出气口分别与压力表18和调压阀19连接，通过调压阀19、再与反吹气源20连接。反吹时，第一两位三通电磁阀7和第二两位三通电磁阀11与第一三通气体接头9和第二三通气体接头16连接端关闭，与第一逆止阀14和第二逆止阀12连接端打开，同时第二两位两通电磁阀15打开，反吹气源20直接对动压管和静压管进行吹扫，防止烟气中的粉尘堵塞多孔皮托管。在反吹的同时，第一两位两通电磁阀10打开，使传感测量单元17动压进口和静压进口压力达到平衡，起到对传感测量单元17校准的功能。

传感测量单元17由差压传感器、静压传感器、数据采集电路构成。差压传感器用于测定动压和静压的压力差，并将其转化成电信号，数据采集电路采集静压传感器、差压传感器和温度传感器的电信号，并结合软件分析计算将其转化成流速。

$v_s=K_p\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}(t+273)}{\mathrm{\ρ}\×273}}=K_p\sqrt{\frac{2(\mathrm{Pd}-\mathrm{Ps})(t+273)}{\mathrm{\ρ}\×273}}---\left(1\right)$

式中：Vs-烟气流速，m/s；

Kp-皮托管修正系数；

Pd-烟气动压，Pa；

t--烟气温度，℃；

Ps-烟气静压，Pa.

ρ--烟气密度。

实施例2

多孔皮托管材质为SS316L，同时在多孔皮托管外部喷涂耐腐蚀性更强的防腐层，如聚四氟乙烯，其他装置同实施例1。

实施例3

如图5所示，多孔皮托管由动压管21、静压管22、温度传感器内置管23和伴热管24构成。其中，温度传感器内置管23和伴热管24分别位于动压管21、静压管22形成的两个外切圆外边凹形内，并紧靠动压管21和静压管22；伴热管24内部缠有加热材料，当烟温过低时，启动加热功能，防止烟气温度低，烟气中水以水雾和水滴的形态出现，腐蚀皮托管。其他装置同实施例1。

实施例4

传感测量单元17具有显示、通讯功能，其他装置同实施例1。

Claims (6)

1.多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，包括气路探测单元（8）、反吹校准单元和传感测量单元（17），气路探测单元（8）的动压管和静压管的出口分别与反吹校准单元进气口连接，气路探测单元（8）的温度传感器与传感测量单元（17）连接。

2.根据权利要求1所述的多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，其特征在于所述气路探测单元（8）包括多孔皮托管、安装法兰、温度传感器，安装法兰将多孔皮托管固定在烟道上，温度传感器集成在多孔皮托管上。

3.根据权利要求1或2所述的多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，其特征在于所述的多孔皮托管由动压管、静压管组成，所述动压管上按等距离开有若干个凹形孔；所述静压管位于沿烟气流动方向、紧挨动压管背后，其上按等距离开有若干组静压对立孔，静压对立孔两凹形孔分别与烟气流动方向成60度夹角，多孔皮托管前段密封。

4.根据权利要求1所述的多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，其特征在于所述反吹校准单元包括两个两位三通电磁阀、两个逆止阀和两个两位两通电磁阀，动压管出气口与第一两位三通电磁阀（7）进气口连接，第一两位三通电磁阀（7）的出气口一端与第一逆止阀（14）连接，第一两位三通电磁阀（7）一端与第一三通气体接头（9）连接，第一三通气体接头（9）一端与第一两位两通电磁阀（10）的进气口连接，第一三通气体接头（9）另一端与传感测量单元（17）的动压进气口连接，静压管出气口与第二两位三通电磁阀（11）进气口连接，第二两位三通电磁阀（11）的出气口一端与第二逆止阀（12）连接，第二两位三通电磁阀（11）的一端与第二三通气体接头（16）连接，第二三通气体接头（16）一端与第一两位两通电磁阀（10）的出气口连接，第二三通气体接头（16）另一端与传感测量单元（17）的静压进气口连接；第一逆止阀（14）和第二逆止阀（12）之间用第三三通气体接头（13）连接，第三三通气体接头（13）的另一端与第二两位两通电磁阀（15）的进气口连接，第二两位两通电磁阀（15）的出气口与反吹气源（20）连接，反吹时，第一两位三通电磁阀（7）和第二两位三通电磁阀（11）与第一三通气体接头（9）和第二三通气体接头（16）连接端关闭，与第一逆止阀（14）和第二逆止阀（12）连接端打开，同时第二两位两通电磁阀（15）打开，反吹气源（20）直接对动压管和静压管进行吹扫，防止烟气中的粉尘堵塞多孔皮托管，在反吹的同时，第一两位两通电磁阀（10）打开，使传感测量单元（17）动压进口和静压进口压力达到平衡，起到对传感测量单元（17）校准的功能。

5.根据权利要求1所述的多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，其特征在于所述传感测量单元（17）由差压传感器、静压传感器、数据采集电路构成，差压传感器的两个压力采集管分别连通动压管和静压管，用于测定动压和静压的压力差，并将其转化成电信号；静压传感器采集管只与静压管相连通，用于测定静压，并将其转化成电信号；数据采集电路采集静压传感器、差压传感器和温度传感器的电信号，转化成流速。

6.根据权利要求2所述多点式烟气流速温度压力一体化测量装置，其特征在于，所述的多孔皮托管由动压管、静压管、温度传感器内置管和伴热管构成，其中温度传感器内置管（23）和伴热管（24）分别位于动压管（21）、静压管（22）形成的两个外切圆外边凹形内，并紧靠动压管（21）和静压管（22）。

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