CN105444826A - 气体超声烟道气排放量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

气体超声烟道气排放量测量装置及测量方法，涉及对烟道气流量测量技术，以及对烟道气真实流量进行测量的方法，适用于在不同状态流场环境中对烟道气排放量进行测量。本发明通过插入式测量棒采用气体超声技术对烟道气排放量进行测量，插入式测量棒上的测量窗口能够充分感应烟气排放通道中烟气的线平均流速，且可连续实时记录排放数据，比现有的仪器测量点平均流速流量计或理论计算烟气排放量的测量方法准确度等级大大提高，可达到±(1.0～2.0)％，同时具有在低流速、畸变流场、长声程的测量能力。

Description

气体超声烟道气排放量测量装置及测量方法

技术领域

气体超声烟道气排放量测量装置及测量方法，涉及对烟道气流量测量技术，以及对烟道气真实流量进行测量的方法，适用于在不同状态流场环境中对烟道气排放量进行测量。

背景技术

现有对烟道气排放量的测量大多采用实际测量和理论计算的方法。实际测量烟道气排放量有两种方法：一种是手工测量，也即将烟道的断面分成若干个小网格，然后人工对每一个小网格中的烟气动压、静压、温度、湿度测点大气压等进行测量，并通过复杂的公式计算得出每一个网格标干态的烟气量的总和。这种方法每隔一定时间测量一个网格(也即烟道截面中的一小部分区域)，不能够反映连续排放烟气的流量；另外一种利用热式仪表或皮托管微差压流量计在线连续测量烟道气的排放量的方法，但该类型流量测量仪表仅能采集烟道气断面上的一个点的流速，其测量数据不能准确反映整个烟道中气体的排放量，一般测量准确度只能达到±(3～10)％。

烟道气排放量理论计算方法，主要有排放因子、经验公式等方法。排放因子法是以SO₂为主要排放物，确定SO₂排放因子，按照燃料消耗量，最终计算出烟气的排放量：排放量＝燃料消耗×排放因子。经验公式法一般用于计算生成原理复杂或难以准确测量烟道排放物的排放因子的情况下，利用测定NO_X的含量来计算烟道气排放量。但实际上NO_X生成原理非常复杂，有燃料型、热力型和快速型，因此很难用一组公式将实际生产过程中的烟道气排放量准确的计算出来。

发明内容

为了实现对烟道气排放量的准确检测，本发明提供了气体超声烟道气排放量测量装置及方法。本发明的气体超声烟道气排放量测量装置由插入式测量棒和计算单元组成，插入式测量棒与计算单元电缆连接。

考虑到现有普通的工业烟道直径在3～5米，直接测量烟道气的线平均流速，即气体超声换能器发射到接收之间的声程达到3～5米是一件非常不易的事情。同时两个互相发射和接收的换能器与信号处理单元间的导线也不易过长，以避免过长的信号线引入干扰信号，影响测量的精度。因此本发明采用的插入式测量棒，分别将两个换能器探头相对安装在测量棒中的前部，在两个换能器探头之间两侧对称开有测量窗口，为防止测量窗口过长使得测量棒的刚度降低，可将测量窗口分为几个测量窗口，测量窗口之间的管壁作为支撑。测量时测量窗口迎烟道气设置，烟气通过测量窗口流动。依据实际烟道气排放通道内部结构情况和对测量准确度的要求，可分别在选定的烟道气测量点横截面的不同位置向烟道内插入一根或两根或四根插入式测量棒对烟道气排放量进行测量，插入式测量棒与烟气通道轴线成30°～75°的夹角。

气体超声技术测量烟道气排放量时，预选测量点要根据实际烟道气排放通道的高度，测量位置应满足上游直线段通道的长度为5～10倍烟气通道直径，下游直线段通道的长度为5倍烟气通道直径以及对测量准确度的要求确定，在烟气通道设定高度的横截面上进行测量，本发明通过将插入式测量棒插入烟道内，横穿烟道截面进行测量，通过插入的测量棒，得到的一条或几条线平均流速替代热式表或皮膜表的一个点流速的测量，在这些截面上的线流速通过计算转换成面流速，而且本发明能够在线连续的测量烟道气的排放流量，由于气体超声技术测量具有准确度高的优势，使测量烟道气排放流量的测量准确度等级可达到±(1.0～2)％。

为了实现气体超声技术烟道气排放量的测量，通过测量设定烟道高度的横截面上的烟气排放面平均流速V_S，然后乘以该横截面的面积S，最终得出烟气排放流量Q＝S×V_S。但实际上面平均流速是很难直接测量得到，因此需要通过在该截面上设定的测量点，测量出测量点的线平均流速然后通过计算求出烟气排放的面平均流速V_S，然后乘以该横截面的面积S，最终得出烟气排放流量Q＝S×V_S。

沿声道的线平均流速通过下公式获得：

$\stackrel{\‾}{V}=\frac{1}{L}{\∫}_{L}v\left(r\right)\mathrm{dr}$

式中：r为插入式测量棒在烟道横截面上感应的距离；

由此得出烟道横截面的面平均流速如下：

$\mathrm{Vs}=\frac{1}{A}{\∫\∫}_{A}v\left(r\right)\mathrm{dA}$

式中：A为烟气通道测量位置的横截面积。

烟气排放流量Q＝S×V_S。

本发明的特点在于：通过插入式测量棒采用气体超声技术进行烟道气排放量检测的方法，在烟道气排放量测量时能够实时记录排放数据，插入式测量棒上的测量窗口能够充分感应烟气排放通道中的线平均流速，比现有的仪器测量点平均流速流量计或理论计算烟气排放量的测量方法准确度等级大大提高，同时具备了能够在低流速、畸变流场、长声程的检测能力。

附图说明

图1.本发明插入式测量棒结构示意图，

图2.一对插入式测量棒在烟道中的流场示意图，

图3.两对插入式测量棒在烟道中的流场示意图，

图4.四对插入式测量棒在烟道中的流场示意图。

具体实施方式

插入式测量棒为管状，换能器探头1和换能器探头2相对设置在插入式测量前部的棒体内，在两个探头之间的两侧管壁对称设置测量窗口，测量时测量窗口迎烟道气设置，烟气穿过测量窗口流动。当换能器探头1和换能器探头2之间的距离过长时，为防止测量窗口过长使得测量棒的刚度降低，产生形变，造成换能器探头1和换能器探头2的中心不在一个轴线上，影响信号的发射和接收，降低测量精度，可将测量窗口分为两部分，两个测量窗口之间的管壁作为支撑。插入式测量棒与烟道气通道的管壁连接采取法兰连接方式，在安装时首先要在管壁上安装一个法兰式的固定座，考虑到安装和日常维护的便捷性，固定座要留有测量棒拆卸导向定位台。测量点的选择要根据实际烟道气排放通道的高度，满足距离烟道气排放通道中的横向排放通道10倍烟气通道直径长度，不少于5倍烟气通道直径长度的上游直线段通道，和5倍烟气通道直径长度的下游直线段通道长度以及对测量准确度的要求确定，可分别在选定的烟道气测量点横截面的不同位置插入一根或两根或四根插入式测量棒对烟道气排放量进行测量。插入式测量棒与烟气通道轴线成30°～75°的夹角，当烟道气通道的内径较小，夹角可选用小角度，烟道通道的直径过大时，夹角可选用大的角度，但是夹角不易超过75°。

图2，在烟道直径比较小或对测量精度要求不是非常高的场合可以采用单声道气体超声流量计进行测量，将一根插入式测量棒以夹角θ＝30°插入烟道中，烟气穿过测量窗口，两个换能器探头测量(感应)到烟道气的平均流速。

图3，两声道气体超声流量计进行烟道气测量时，将二根插入式测量棒依据现场状况，以角度θ＝60°插入到烟气通道中，其测量窗口处于烟道气平均流速位置，换能器探头测量到烟气通道中两个对称位置的烟气的平均流速。

图4(a)，采用四根插入式测量棒进行测量时，将四根插入式测量棒在烟道气通道截面上成90°夹角均匀布置。

图4(b)对烟道气测量时，首先要选择合适的测量位置，在测量位置的上游或下游需要留出一段直线段的通道，上游直线段通道长度为10倍的烟气通道直径，但不少于5倍烟气通道直径，下游直线段通道长度为5倍的烟气通道直径的长度确定。将测量棒以θ＝75°夹角插入到烟气通道内，其测量窗口处于烟道气平均流速位置，换能器探头能探测到旋转流、畸变流不规则流场，有效提高了测量可靠性、准确性。

选择烟气通道测量位置时，在没有足够的直线段通道情况下，也可采用四根插入式测量棒，以不同角度夹角设置进行测量，可实现对烟道中不稳定的或带有漩涡流的流场进行补偿，以保证稳定的测量精度。

插入式测量棒检测到的信号，通过电缆传到计算单元计算，通过计算得到烟道的排放量。

Claims (5)

1.气体超声烟道气排放量测量装置及测量方法，其特征在于：插入式测量棒为管状结构，换能器探头(1)和换能器探头(2)相对设置在测量棒中的前部，在换能器探头(1)和换能器探头(2)之间管壁两侧对称设置测量窗口，测量窗口迎烟气设置；测量时，根据烟气通道内部结构情况和对测量准确度的要求，可在选定高度的烟道气测量点横截面的不同位置向烟气通道内插入一根或两根或四根插入式测量棒对烟道气排放量进行测量，通过插入式测量棒上换能器探头(1)和换能器探头(2)的检测，得到测量点的线平均流速通过计算求出烟气排放的面平均流速V_S，然后乘以横截面的面积S得出烟气排放流量Q＝S×V_S。

2.根据权利要求1所述的烟道气排放量测量装置及测量方法，其特征在于：插入式测量棒中的换能器探头(1)和换能器探头(2)间距过长时，可将测量窗口分为几个测量窗口，测量窗口之间的管壁作为支撑。

3.根据权利要求1所述的烟道气排放量测量装置及测量方法，其特征在于：插入式测量棒与烟气通道轴线的夹角为30°～75°。

4.根据权利要求1所述的烟道气排放量测量装置及测量方法，其特征在于：测量位置的上游直线段通道的长度为5～10倍烟气通道直径，下游直线段通道的长度为5倍烟气通道直径。

5.根据权利要求1所述的烟道气排放量测量装置及测量方法，其特征在于：烟道气排放量的测量准确度等级可达到±(1.0～2)％。