CN106052773B - 一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排气流量校准领域，尤其涉及一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置及方法，包括插入烟道径向中央的测长杆和旋转杆，测长杆的一端装有蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构上有旋转轴，测长杆和旋转杆通过旋转轴相连；旋转杆以旋转轴为中心在烟道内旋转。测量过程为：选择烟道径向中央的采样孔，把测长杆和旋转杆插入采样孔中，根据测长杆上的刻度判断测长杆和旋转杆的伸入位置；设置旋转杆的旋转步长和单步停留时间，测控系统采集各多孔探针的压力信号；计算各测量点的烟气流速，再通过面积分的方式算出当前烟气流量。本发明采用多孔探针代替皮托管作为测量器具，测量角度范围大，准确度高；快速完成烟道断面的多点流速测量。

Description

一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置及方法

技术领域

本发明涉及排气流量校准领域，尤其涉及一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置及方法。

背景技术

当前，在国家经济发展对能源总量的需求不断增长而环保力度又逐渐加大的背景下,政府部门对于污染气体及温室气体排放总量的控制要求越来越严格。要确保排放控制指标的顺利实现,一方面要从技术和控制手段上减少污染气体及温室气体的排放,另一方面要保证测量数据的准确可靠。GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》和《中华人民共和国大气污染防治法》对火电厂烟气排放限值和监测设备的计量管理都提出了明确要求。

目前，常用的烟气流量校准方法是依据GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》，采用带标准皮托管或S型皮托管的测量杆伸入采样孔中进行逐点采样，测得采样点的点流速，然后由各点流速的平均值乘以烟道截面积，从而得到烟气瞬时流量。

具体测量过程：

1、用软管连接测量杆和流量积算仪，打开积算仪；

2、把测量杆从采样孔中逐渐伸入烟道，当皮托管取压口到达采样点时停止伸入，调整取压口面向来流方向，固定位置，采集压力信号；

3、移动测量杆至下一个采样点，继续测量压力，当一个采样孔中所有采样点测量完毕后，更换采样孔继续测量，直至全部采样点测量完毕；

4、流量积算仪根据各采样点测得的压力信号和烟道尺寸信息，自动计算出当前流量值。

当前，国内大部分火电厂受场地限制，烟道直管段较短，且带有Ｔ形管道、Ｌ形弯管、调节风门、变径管等多种阻流件，排气流场分布不均匀，流向十分混乱。如果用皮托管来测量，同一个固定位置只能测得单一方向的流速，若来流方向与皮托管轴向夹角超过5°，皮托管的测量误差则迅速增加，造成烟气流量测量不准确。再者，测量过程中，目前采用的方法是人工逐点测量。因当前国内大机组的热电厂越来越多，烟道尺寸大部分高度超过4米，部分达10余米，数层楼高，测点数往往超过60个，整个测量过程需要2个以上采样人员超过1个小时的繁重劳动，费时费力。

这种方式通常要求在测量断面上游的直管段有6倍烟道直径的长度，但实际情况很难满足，直管段长度不够造成排气流场分布不均匀，流向混乱。若仍按照上述方式测量，必然带来测量误差不可控的增加。另一方面，测点流速的方式因全手工操作，测量时间较长，烟道排气的稳定性和操作人员的人为因素带来的不确定性增加，也造成测量结果的可靠性大大降低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置及方法，以多孔探针作为测量传感器，不仅能测流速，还能同时测流向，有效解决非轴向流动的流速测量问题，通过多点布置加断面扫描的方式，使流速测量点能覆盖全截面，而自动化的操作系统可缩短测量时间至数分钟，减少外来因素的影响，从而提高测量结果准确性。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，包括插入烟道径向中央采样孔的测长杆和旋转杆，测长杆和旋转杆通过旋转轴相连，其特征在于：测长杆中空，表面有刻度，一端装有蜗轮蜗杆机构，另一端连接动力装置，蜗轮蜗杆机构和动力装置通过驱动杆连接；蜗轮蜗杆机构上有旋转轴，旋转杆通过旋转轴和蜗轮蜗杆机构连接；旋转杆上设置有若干多孔探针，所述的多孔探针连接测压管，所述的测压管与测控系统连接；测长杆和旋转杆一起插入烟道，通过测长杆上的刻度观察，当旋转轴位于烟道横向中央时停止插入，旋转杆以旋转轴为中心在烟道内旋转，旋转杆转动时可与测长杆叠合或者旋转至烟道内。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，所述的多孔探针中空，端部设有若干探孔，有金属管和探孔焊接在一起，所述的金属管插入测压管内。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，旋转杆的旋转步长和单步停留时间由测控系统和电脑预设；电脑连接测控系统，测控系统连接动力装置；所述的测控系统设有检测多孔探针压力的传感器以及控制动力装置的控制模块。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，所述的动力装置为步进电机；所述的测控系统通过控制电缆连接步进电机；所述的测控系统连接电脑。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，还包括当旋转轴位于烟道横向中央时，用于锁紧测长杆位置的固定法兰，固定法兰固定于测长杆的另一端。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，测长杆和旋转杆插入位于烟道径向中央的采样孔，所述的采样孔带有管道和孔法兰，孔法兰和固定法兰通过夹具或固定件实现相互固定。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，孔探针设有5孔或7孔，5孔探针可测量的仰角α和偏角β不超过±30°，7孔探针可测量的仰角α和偏角β不超过±70°。

前述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，所述的多孔探针表面为锥形、球形、半球形、近似于球形、半球形或近似于锥形的结构。

一种基于多孔探针的烟道排气流量校准方法，包括如下步骤：

（1）选择烟道径向中央的测量孔，把测长杆和旋转杆插入测量孔中，根据测长杆上的刻度判断测长杆和旋转杆的伸入位置，当蜗轮蜗杆机构所处旋转中心到达烟道横向中间位置时锁紧固定法兰，并将固定法兰和烟道孔法兰连接；

（2）把测压管、控制电缆分别和测控系统连接，测控系统连接电脑，启动电脑和测控系统；

（3）设置旋转杆的旋转步长和单步停留时间，测控系统开始自动采集各多孔探针的压力信号；

（4）汇总各多孔探针的压力信号，计算出各个测量点的流速，通过面积分的方式计算出当前烟气流量。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：采用多孔探针代替皮托管作为测量器具，能够测量气流相对探针轴线的角度可达到±70°，测量角度范围达到140°，准确度大大超过皮托管；

由电机、测长杆、蜗轮蜗杆机构、旋转杆形成的断面自动旋转扫描技术，在减小人员劳动强度，提高工作效率的同时，测量准确性也大幅度提高。同时，根据烟道尺寸的大小，只需加长或缩短测长杆和旋转杆的尺寸，即可快速完成烟道断面的多点流速测量。还可以根据需要，通过增加多孔探针的布置数量或缩小每次的旋转间隔角度，实现断面测点密度的加大，从而进一步提高测量准确度。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2和图3为多孔探针的结构图；

图4为本发明的动作状态示意图；

其中，1电脑，2测控系统，3控制电缆，4步进电机，5固定法兰，6测长杆，7驱动杆，8蜗轮蜗杆机构，9测压管，10多孔探针，11旋转杆，12旋转轴，13探孔，14金属管、15夹具，16螺栓，17孔法兰。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明装置的结构如图1所示，由电脑1、测控系统2、步进电机4、固定法兰5、测长杆6、驱动杆7、蜗轮蜗杆机构8、旋转杆11、旋转轴12、若干多孔探针10构成的多孔探针组和测压管9等构成。现场校准时，只需选择烟道径向中部的一个采样孔，把测长杆6和旋转杆11伸入烟道内部，测长杆上标有刻度，固定法兰5可前后移动。在旋转轴12到达预定位置后，锁定固定法兰位置，并用螺栓16或夹具15和孔法兰17连接，固定校准装置。开启步进电机4和测控系统2，即可开始校准工作。

一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，包括插入烟道径向中央的测长杆和旋转杆，测长杆和旋转杆通过旋转轴相连；测长杆中空，表面有刻度，一端装有蜗轮蜗杆机构，另一端连接动力装置，蜗轮蜗杆机构和动力装置通过驱动杆连接；蜗轮蜗杆机构上有旋转轴，旋转杆通过旋转轴和蜗轮蜗杆机构连接；旋转杆上设置有若干多孔探针，所述的多孔探针连接测压管，所述的测压管与测控系统连接；测长杆和旋转杆一起插入烟道，通过测长杆上的刻度观察，当旋转轴位于烟道横向中央时停止插入，旋转杆以旋转轴为中心在烟道内旋转，旋转杆转动时可与测长杆叠合或者旋转至烟道内。测长杆的推进采用手动推进的方式，旋转杆的旋转由测控系统控制步进电机后再通过驱动杆控制蜗轮蜗杆机构，同时带动旋转轴，最后实现旋转杆的旋转。

所述的多孔探针表面设有若干探孔13，有金属管14和探孔焊接在一起，所述的金属管插入测压管内。多孔探针为5孔或7孔，5孔探针可测量的仰角α和偏角β不超过±30°，7孔探针可测量的仰角α和偏角β不超过±70°。所述的多孔探针表面为锥形、球形、半球形、近似于球形、半球形或近似于锥形。

旋转杆的旋转步长和单步停留时间由测控系统和电脑预设；电脑连接测控系统，测控系统连接动力装置；所述的测控系统设有检测多孔探针压力的传感器以及控制动力装置的控制模块，并控制动力装置的使用过程。

所述的动力装置为步进电机；所述的测控系统通过控制电缆3连接步进电机；所述的测控系统连接电脑。还包括旋转轴12位于烟道横向中央时用于锁紧测长杆的固定法兰，固定法兰固定于测长杆的另一端。测长杆和旋转杆插入位于烟道径向中央的采样孔，所述的采样孔带有管道和孔法兰，孔法兰和固定法兰通过夹具或固定件实现相互固定。

具体工作过程如下：

1、选择烟道径向中间的一个采样孔，把测长杆和旋转杆插入测量孔中，此时旋转杆和测长杆叠合设置，根据测长杆上的刻度判断伸入位置，当旋转轴到达烟道横向中间位置时锁紧固定法兰，并用螺栓或夹具将固定法兰和孔法兰连接；此时，测长杆和旋转杆不再伸入；

2、把测压管9、控制电缆和测控系统连接，启动电脑和测控系统；

3、通过电脑设置旋转杆的旋转步长和单步停留时间，并经由测控系统实现旋转控制，旋转杆发生旋转，此时测长杆不动，测控系统开始自动采集各多孔探针的压力信号；

4、汇总各多孔探针测得的压力信号，计算出各测量点的流速，通过面积分的方式计算出当前烟气流量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同形式的替换，这些改进和等同替换得到的技术方案也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，包括插入烟道径向中央采样孔的测长杆和旋转杆，测长杆和旋转杆通过旋转轴相连，其特征在于：测长杆中空，表面有刻度，一端装有蜗轮蜗杆机构，另一端连接动力装置，蜗轮蜗杆机构和动力装置通过驱动杆连接；蜗轮蜗杆机构上有旋转轴，旋转杆通过旋转轴和蜗轮蜗杆机构连接；旋转杆上设置有若干多孔探针，所述的多孔探针连接测压管，所述的测压管与测控系统连接；测长杆和旋转杆一起插入烟道，通过测长杆上的刻度观察，当旋转轴位于烟道横向中央时停止插入，旋转杆以旋转轴为中心在烟道内旋转，旋转杆转动时可与测长杆叠合或者旋转至烟道内。

2.根据权利要求1所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，所述的多孔探针中空，端部设有若干探孔，有金属管和探孔焊接在一起，所述的金属管插入测压管内。

3.根据权利要求1所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，旋转杆的旋转步长和单步停留时间由测控系统和电脑预设；电脑连接测控系统，测控系统连接动力装置；所述的测控系统设有检测多孔探针压力的传感器以及控制动力装置的控制模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，所述的动力装置为步进电机；所述的测控系统通过控制电缆连接步进电机；所述的测控系统连接电脑。

5.根据权利要求1所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，还包括当旋转轴位于烟道横向中央时，用于锁紧测长杆位置的固定法兰，固定法兰固定于测长杆的另一端。

6.根据权利要求5所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，测长杆和旋转杆插入位于烟道径向中央的采样孔，所述的采样孔带有管道和孔法兰，孔法兰和固定法兰通过夹具或固定件实现相互固定。

7.根据权利要求1所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，多孔探针设有5孔或7孔，5孔探针可测量的仰角α和偏角β不超过±30°，7孔探针可测量的仰角α和偏角β不超过±70°。

8.根据权利要求1所述的一种基于多孔探针的烟道排气流量校准装置，其特征在于，所述的多孔探针表面为锥形、球形、半球形、近似于球形、半球形或近似于锥形的结构。

9.一种基于多孔探针的烟道排气流量校准方法，包括如下步骤：

（1）选择烟道径向中央的采样孔，把测长杆和旋转杆插入采样孔中，根据测长杆上的刻度判断测长杆和旋转杆的伸入位置，当旋转轴到达烟道横向中间位置时锁紧固定法兰，并将固定法兰和孔法兰连接；

（2）把测压管、控制电缆分别和测控系统连接，测控系统连接电脑，启动电脑和测控系统；

（3）设置旋转杆的旋转步长和单步停留时间，测控系统开始自动采集各多孔探针的压力信号；

（4）汇总各多孔探针的压力信号，计算出各个测量点的流速，通过面积分的方式计算出当前烟气流量。

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