CN205352486U - 一种均压室及包含它的截面式气体流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种均压室及包含它的截面式气体流量测量装置。一种均压室，为等腰三角形薄壁空腔结构，等腰三角形的两腰边均连续布置有一个以上的取压口，且所有取压口均与薄壁空腔连通。采用本实用新型截面式气体流量测量装置，在三维空间不同流线位置布置多个取压点，由于取压截面远远超过了现有任何一种测量技术所能设计的取压截面，因此尤其适合大管道气体流速分布不均的场合；另外，由于均压室特殊的薄壁空腔结构，不易积灰，且进一步采用清灰针的设计，最大限度减小了积灰倾向；本实用新型的气体流量测量装置具有防堵、防磨、耐高温、测量精度高、测量值稳定等显著优势。

Description

一种均压室及包含它的截面式气体流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种均压室及包含它的截面式气体流量测量装置，属于气体流量测量技术领域。

背景技术

在现代企业生产中，锅炉每小时都需送入大量的风，同时产出大量的烟气。随着我国经济体制改革的深入、经济核算单位的细分，实行成本核算与管理、充分降低能耗已成发展趋势，而大管道含尘气体流量的测量，其意义显得越来越重大，亦愈来愈被人们所关注与重视。

工业生产过程，在温度、压力、流量、液位四大热工参数的测量中，流量测量要达到预期的精确度和可靠性，自控工程师普遍认为难度最大，尤其是大管道风量、烟气流量测量，更显棘手，究其原因：一则被测量流体普遍具有温度高、含尘量大、腐蚀性强等特点；二则输送流体的管道截面积大、直管段短、弯头多，且流量变化范围大、静压小、流速低。因此，要准确测量大管道风量、烟气流量，既要合理设计、选择流量仪表，又要正确安装、使用流量仪表，只有全方位的管控才能保证测量值的准确可靠。

以火力发电厂为例，进一步说明目前大管道风量、烟气流量测量的现状。

电站锅炉一、二次风风量控制直接关系着锅炉稳定燃烧、经济运行、防止结焦、降低污染物排放等系列重要指标，是火电厂安全、经济、环保运行的主要工作内容。一次风、二次风经回转式空气预热器预热，不仅吸收烟气中大量热量，而且通过换热元件携带了大量灰粒，具有高温、含尘的特点，给风量测量装置长期稳定可靠工作带来相当大的挑战。此外，电站锅炉的排烟量测量也尤为重要，在SCR工艺中，必须根据实时烟气流量计算喷氨量；在烟囱入口，出于环保监测需要，也必须准确测量烟气总量；烟气流量测量还直接关系到热平衡计算、燃烧效率评价的准确性。烟气与一次风、二次风相比，不仅具有更高的温度和更高的含尘，而且在锅炉尾部烟道还具有湿度大、腐蚀性强的特点，因此烟气量的测量难度会更大。

电站锅炉一次风、二次风及烟气的特点决定了风量测量装置长时间使用后很容易磨损和堵塞，其中又以堵塞问题尤为棘手。常规的差压式流量测量装置全压口和静压口插入气流中，气流中携带的粉尘由于与测量装置撞击、随气流流动和摩擦静电的作用，容易粘结在取压口及其连通管道内。当气体温度低于酸露点和水露点时，粉尘的粘性显著增大，导致测量装置内粉尘结块，更加剧了测量装置的堵塞问题。这种堵塞发生在风量测量装置的内部，只能用压缩空气定时吹扫的办法加以解决，给热工专业带来很大的维护工作量。

火力发电厂风烟系统管道截面积大，管道内布置挡板调节门、支撑杆等构件，受布置空间限制，一般直管段较短且弯头较多，造成管道内流场较为紊乱，流动截面速度分布、温度分布严重不均，单点或少数几个点测得的平均动压值不能代表整个流动截面的总风量或总烟气量的变化。

此外，现有的风量或烟气流量测量装置压损也较大，应用于火力发电厂很不经济，如文丘里管、机翼型流量计采用对管道节流的方式增大流量测量装置的压差信号，但同时增加了气流流动阻力，进而导致厂用电率增加。

实用新型内容

本实用新型提供一种均压室及包含它的截面式气体流量测量装置，以提高工业生产过程中风量和烟气流量测量的稳定性和准确性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种均压室，为等腰三角形薄壁空腔结构，均压室上设有6～60个取压口，取压口对称分布在等腰三角形的两腰边上，且所有取压口均与薄壁空腔连通；等腰三角形的顶角为90～150°，对应两底角为15～45°。

上述均压室适于各种管道流量的测量，包括大管道风量、烟气流量的测量，利用上述均压室取压时，等腰三角形的顶点部位迎气流。

上述均压室能提供稳定的平均全压和平均静压，测取等腰三角形底边所对应的流动截面的平均流量，来代表整个流动截面的总流量。需要说明的是，上述取压截面近似等于三角形底边所覆盖的流动截面，即均压室迎流面几乎都提供了流量测量信号，与传统风量测量装置相比，取压面积要大得多，因此能提供更为稳定和准确的流量信号。

为了保证形成稳定的全压和静压，优选，不保留等腰三角形的顶角尖锐部分，等腰三角形的底边设有延展段，延展段与等腰三角形的底部之间设有隔板，延展段的末端为敞口结构，延展段的末端指远离等腰三角顶角的一端。

上述隔板将延展段与等腰三角形段完全隔开。

上述不保留等腰三角形的顶角尖锐部分，即也可以为等腰梯形等形状。延展段由等腰三角形底边延伸所得，当不保留不保留等腰三角形的顶角尖锐部分、且有延展段，则均压室为等腰梯形与矩形顺序叠加的薄壁空腔结构，且通过隔板将延展段与等腰三角形段完全隔开。

需要说明的是，上述在均压室延展段测取的静压比流体实际静压低一些，主要是由于周边流体的流动形成抽吸作用，致延展段形成相对“真空区”，周边流体流速越高、“真空度”越大。上述抽吸作用所形成的差压与流动滞止所形成的动压叠加后的差压信号，满足伯努利方程原理，可以真实反映实际流量的大小。正因为此，利用本实用新型均压室取压的流量测量装置所测动压信号比理论动压信号要大一些，具有压差信号放大作用，这将有利于风量的准确可靠测量。

为了提高测量的准确性，取压口对称分布在等腰三角形的两腰边上。

上述均压室优选采用不锈钢薄板制作，为了便于制备，同时保证取压的精准性，优选，均压室，包括两块等腰三角形侧板和一块以上的迎流隔板，两块等腰三角形侧板平行且相对设置；一块以上的迎流隔板设在两块等腰三角形侧板之间、并将两块等腰三角形侧板连为一体，一块以上的迎流隔板将等腰三角形的两腰边分为两份以上，每一份形成一取压口。

为了提高测量的稳定性，迎流隔板与等腰三角形侧板垂直连接，迎流隔板平面迎气流且与等腰三角形侧板的底边平行，取压口截面为矩形。

为了进一步保证测量的准确性，优选，两块等腰三角形侧板的间距为30～80mm。且与迎流隔板的一条边近似相等。

为了进一步减小均压室内及取压口积灰的可能，均压室内悬吊有一根以上的清灰针，清灰针两端伸出取压口。

上述清灰针可利用测量流体的动能实现自动清灰。

由于取压口连续布置，优选，每隔一组取压口布置一根清灰针，一组取压口指等腰三角形两腰边相互对称的两个取压口，清灰针两端伸出相互对称的两个取压口。

这样可保证清灰针能敲打到每块迎流隔板，进而保证取压口不堵塞，敲打所引起的振动对整个均压室都起到明显的清灰作用。

为了减少高温、粉尘环境下均压室的磨损，在均压室的外表面及迎流面喷涂耐磨材料。

由于上述迎流隔板直接受到气流冲刷，是本实用新型最易发生磨损的部件，作为减少磨损的另一种优选方案，迎流隔板采用耐磨材料制成，如高温合金或陶瓷片。

上述均压室的安装方法，在管道内布置一个或两个以上的均压室，当布置两个以上时，每个均压室的平均全压取压区域和平均静压取压区域均分别用连通管连通，并分别接出至少一根总平均全压引压管和一根总平均静压引压管。

全压是在等腰三角形薄壁空腔内(平均全压取压区域)测取，而静压是在等腰三角形薄壁空腔外(平均静压取压区域)测取，具体位置就是薄壁空腔背部(也即等腰三角形底部薄壁空腔外的部分)，当设有延展段时，平均静压取压区域优选在延展段中间部位。

为了防止积灰，连通管的任意段与水平面的夹角都小于30°。

为了保证多个均压室的均压效果，连通管内设置有节流均压气咀。

上述节流均压气咀的主要作用：防止由于各均压室间存在明显压差而导致连通管内气体流速较高，进而造成上述总平均全压与总平均静压之间的差压不稳定或失真。上述节流均压气咀实际起节流孔作用，单个节流孔面积(指图13中气咀的最小横截面)小于连通管内横截面面积的30％，安装位置及设计结构的原则是避免连通管内积灰，具体结构形式不作限定。

上述均压室安装于圆形管道或矩形管道内；当安装于圆形管道内，优选一个均压室垂直插入管道内并通过圆心位置；当安装于矩形管道，优选两个以上均压室垂直插入管道内，且间隔均匀。也即当安装于圆形管道内是混合时，均压室优选为一个，当安装于矩形管道时，均压室优选为两个以上。

为了保证流量测量值的稳定性和准确性，均压室的长度应接近圆形管道内径或矩形管道插入方向对边长度。

当安装于含粉尘的气体环境中，为防止底部积灰，优选，均压室的长度小于圆形管道内径50～200mm或小于矩形管道插入方向对边长度的50～200mm，均压室长度指等腰三角形底边的长度。

安装时，应使均压室底部易积灰区域保持流动通畅。矩形管道插入方向对边长度指均压室长度方向的两端所对的矩形管道的两侧壁之间的间距。

上述平均全压与平均静压的差值为平均动压，从技术原理上看，上述均压室所取差压信号能够完全代表其迎流截面流量的大小，即使沿其长度方向流速分布严重不均，影响也不会太大。因此，为获得准确的全截面流量，优选均压室长度方向与流速变化梯度较大的方向一致。根据上述优选原则，当上游设有挡板调节门时，优选使均压室长度方向与挡板转动轴线垂直；当上游设有90°弯头时，优选使均压室长度方向与弯头上游管道水平。当上述优选原则与前述优选原则相冲突时，应按前述优选原则确定安装方法，并采取其它措施保证测量精度，如增加导流板。

包含上述均压室的截面式气体流量测量装置，包括动压测量单元、静压测量单元、温度测量单元和流量计算显示模块；

动压测量单元包括均压室、全压取压管、静压取压管和压差变送器，全压取压管伸至均压室等腰三角形底边中点部位与均压室的薄壁空腔连通，测取平均全压，静压取压管伸至均压室等腰三角形底边中间部位与薄壁空腔背部连通，测取平均静压；全压取压管和静压取压管均与压差变送器连接；

压差变送器、静压测量单元和温度测量单元均分别与流量计算显示模块连接。

上述平均全压与平均静压的差值为平均动压，经压差变送器转换为电信号，传输至流量计算显示模块，结合静压测量单元和温度测量单元提供的静压电信号和温度电信号，实时计算所测气体流量，具体计算参照现有技术。

本实用新型截面式气体流量测量装置使用时，将其插入对应的管道中，插入管道中产生阻力的部件主要是均压室，其迎流面几乎完全提供了流量测量信号，而传统流量测量装置(如多点式风量测量装置、机翼式风量测量装置等)均无法实现此点且差距明显，因此本实用新型可谓以最小的代价获取了最为可靠的流量测量信号，节能优势尤为明显。

当本实用新型的流量测量装置处于无粉尘的气体环境中，安装位置不受限制；但处于含粉尘的气体环境中，为了避免积灰，安装位置应选在水平管道或与水平面的夹角不大于60°的倾斜管道上。当处于含粉尘的气体环境中却不满足上述条件时，如本实用新型测量装置安装于竖直管道内，须采取额外的技术措施保证不积灰，如增配压缩空气定时吹扫系统等。

优选，静压取压管伸至均压室等腰三角形底边延展段中间部位与薄壁空腔背部连通。

上述均压室的结构及布置方式是本实用新型的核心内容，其它构成测量装置必不可少的组成部分均参考现有技术。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

采用本实用新型截面式气体流量测量装置，在三维空间不同流线位置布置多个取压点，由于取压截面远远超过了现有任何一种测量技术所能设计的取压截面，因此尤其适合大管道气体流速分布不均的场合；另外，由于均压室特殊的薄壁空腔结构，不易积灰，且进一步采用清灰针的设计，最大限度减小了积灰倾向；本实用新型的气体流量测量装置具有防堵、防磨、耐高温、测量精度高、测量值稳定等显著优势。

附图说明

图1为本实用新型气流流量测量装置的基本原理。

图2为本实用新型气体流量测量装置均压室的剖视图。

图3为本实用新型气体流量测量装置均压室沿气流方向的视图。

图4为实施例1中均压室在冷一次风管内的布置结构示意图。

图5为图4中A-A截面示意图(逆时针旋转90°)。

图6为实施例2中均压室在热一次风管内的布置结构示意图。

图7为图6中B-B截面示意图。

图8为实施例3中均压室在热二次风管内的布置结构示意图。

图9为图8中C-C截面示意图。

图10为实施例4中均压室分别在SCR反应器入口和出口管道内的布置结构示意图。

图11为实施例4中布置于SCR反应器入口垂直管道内的均压室优化后的结构示意图。

图12为图10中D-D截面示意图。

图13为实施例4中安装于取压管内的节流均压气咀的主视图。

图14为图13的俯视图；

图15为实施例5中均压室在烟囱入口管道内的布置结构示意图。

图16为图15中E-E截面示意图。

图中，1为等腰三角形侧板，2为迎流隔板，3为清灰针，10为均压室，11为延展段，12为平均全压取压区域，13为平均静压取压区域，14为引压管，15为全压取压管，16为静压取压管，17为节流均压气咀，21为冷一次风调门，22为热一次风调门，23为热二次风90°弯通，24为SCR反应器，25为导流板组件，26为烟囱，31为冷一次风流向，32为热一次风流向，33为热二次风流向，34为脱硝进口烟气流向，35为脱硝出口烟气流向，36为净烟气流向。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

300MW燃煤机组采用直吹式制粉系统，配6台中速磨煤机，每台磨煤机入口采用冷、热一次风混合的方式调节磨出口温度。上述冷一次风管道由上至下垂直接入热一次风管道，在直角弯通和冷一次风调门之间的直管段上安装本实用新型截面式气体流量测量装置。完整的测量装置包括动压测量单元、静压测量单元、温度测量单元及流量计算显示模块，如图1所示。动压测量单元由均压室、全压取压管、静压取压管和压差变送器组成，所述均压室呈等腰三角形薄壁空腔结构，等腰三角形的顶点部位迎气流，两腰边连续布置多个取压口，且均与薄壁空腔连通，全压取压管通过取压口伸至等腰三角形底边中点部位与薄壁空腔连通，测取平均全压，静压取压管通过取压口伸至等腰三角形底边延展段中间部位与薄壁空腔背部连通，测取平均静压，如图2、3所示。上述平均全压与平均静压的差值为平均动压，经压差变送器转换为4-20mA电信号，传输至DCS系统中流量计算显示模块，结合静压测量单元和温度测量单元提供的静压电信号和温度电信号，实时计算所测冷一次风量。

上述均压室采用2mm厚的304不锈钢板制作，呈等腰三角形状，顶角为120°，两底角为30°，两块等腰三角形侧板间距为30mm；不保留均压室等腰三角形的顶角尖锐部分，等腰三角形的底边设有延展段，两块等腰三角形侧板之间设有迎流隔板、并在两腰上形成取压口，取压口纵截面为矩形。上述冷一次风管道截面为圆形，内径500mm。

由于冷一次风中基本无粉尘，因此无需考虑积灰问题。上述均压室长度与冷一次风管道内径基本相当，垂直插入管道内并通过圆心位置，沿直径方向连续布置8个取压口，取压口两两对称分布在等腰三角形的两边上。

由于均压室上游存在一个直角弯通，流速变化梯度最大的方向应基本与弯通上游管道平行，因此，为获得具有代表性的流量信号，保证均压室长度方向与弯通上游管道平行。

为提高本实用新型截面式风量测量装置的测量精度，不仅须在实验室标准风洞中进行流量标定，而且还应结合现场流量标定的结果对风量计算模型进行修正。

实施例2

300MW燃煤机组采用直吹式制粉系统，配6台中速磨煤机，每台磨煤机入口采用冷、热一次风混合的方式调节磨出口温度。上述热一次风管水平布置，由于现场空间限制，仅在热一次风调门下游可安装本实用新型截面式风量测量装置，如图6所示。

本实施例中均压室的结构与实施例1类似，所不同的尺寸大小和安装方式。热一次风管道的截面为矩形，宽度为900mm，高度为1200mm。上述均压室长度为1000mm左右，沿高度方向垂直插入热一次风管道，单个均压室由上至下共16个取压口，两两对称分布在等腰三角形的两边上；沿热一次风管道宽度方向布置3个均压室，间距为300mm。上述测量截面共布置48个取压口，共同保证测量信号的稳定性和准确性，如图7所示。

由于热一次风从回转式空气预热器中携带了少量的粉尘，因此需要考虑粉尘对测量装置的影响。安装时，均压室底部与热一次风道底面之间预留100mm左右的空间，保证风道下部流动通畅，即可避免本实用新型截面式风量测量装置发生堵塞。

由于热一次风调门的影响，热一次风道流动截面上，沿宽度方向流速分布较为均匀，而沿高度方向流速分布严重不均。但本实用新型截面式风量测量装置在风道高度方向上几乎完全取到平均动压，因此测量信号能够真实反映实际风量的大小。在风道宽度方向，布置3个均压室，并使各均压室的平均全压取压区域和各平均静压取压区域分别连通至一点，测取总平均全压和总平均静压。由于宽度方向流速分布较为均匀，布置3个均压室即可保证测量的精度。

实施例3

600MW燃煤机组的热二次风道截面尺寸达4500×4800mm，由于截面尺寸较大、直管段较短，流速较低且分布严重不均，常规风量测量技术难以满足机组协调控制要求。采用本实用新型截面式风量测量装置，在热二次风道内布置4×2个均压室，如图8、9所示。沿均压室垂直插入方向布置多个，可减小单个均压室的尺寸，进而降低制造成本，方便运输，也便于现场安装。上述单个均压室的结构与实施例2类似，不再赘述。

需要补充说明的是，本实施例中全压取压管和静压取压管在风道内的部分均呈“X”形，这种结构能够保证各均压室之间的均压效果。

实施例4

某600MW燃煤机组脱硝改造后，喷氨自动控制系统需根据烟气流量计算喷氨量，因此必须安装烟气流量测量装置。由于现场空间较为紧凑，可供选择的安装位置仅两处：喷氨格栅至SCR反应器入口的垂直上升段和SCR反应器出口的倾斜段(与水平面夹角约30°)，如图10所示。

若选择在喷氨格栅至SCR反应器入口的垂直上升段安装本实用新型截面式烟气流量测量装置，须采用优化设计保证取压管内不积灰。具体措施为：与实施例1-3不同，该处均压室不设置延展段，以避免延展段处积灰，并使全压取压管与水平面夹角为上倾45°左右，静压取压管直接在全压取压管背部取压，如图11所示。

若选择SCR反应器出口的倾斜段安装本实用新型截面式烟气流量测量装置，均压室的结构与实施例1-3类似。SCR出口截面尺寸为3000×12000mm，宽度方向远远大于高度方向，因此布置了多达12个均压室，各个平均全压取压区域和平均静压取压区域分别用连通管连通，并分别接出一根总平均全压引压管和一根总平均静压引压管，如图12所示。为了保证各均压室的均压效果，在连通管与各取压区域连通处加装节流均压气咀，如图12所示，节流均压气咀的纵截面为蝴蝶结形状，横截面为圆形，具体结构参见图13、14。

此外，由于SCR布置在高尘段，为了避免测量装置堵塞，在每个均压室内部均加装了多根清灰针，清灰针两端伸出相互对称的两个取压口。

实施例5

某1000MW燃煤机组按当地环保局要求，在烟囱入口安装烟气流量测量装置，接入脱硫CEMS，作为计算电厂排污费的依据。烟囱入口烟道的截面积尺寸较大，几乎无直管段，经脱硫后的净烟气湿度又较大、腐蚀性较强。考虑到上述因素，均压室制作时采用4mm的316L不锈钢板，以减缓相对腐蚀速率，并把两块三角形侧板的间距加大至80mm，提高取压口和内部空腔的尺寸，使其不易堵塞，另装配自清灰针，保证本实用新型烟气流量测量装置长期可靠稳定工作，如图16所示。

此外，对于直管段较短的测量场合，完善的导流板设计是必须的，图15中也有所体现。

Claims (7)

1.一种均压室，其特征在于：为等腰三角形薄壁空腔结构，均压室上设有6～60个取压口，取压口对称分布在等腰三角形的两腰边上，且所有取压口均与薄壁空腔连通；等腰三角形的顶角为90～150°，对应两底角为15～45°。

2.如权利要求1所述的均压室，其特征在于：包括两块等腰三角形侧板和一块以上的迎流隔板，两块等腰三角形侧板平行且相对设置；一块以上的迎流隔板设在两块等腰三角形侧板之间、并将两块等腰三角形侧板连为一体，一块以上的迎流隔板将等腰三角形的两腰边分为两份以上，每一份形成一取压口。

3.如权利要求2所述的均压室，其特征在于：迎流隔板与等腰三角形侧板垂直连接，迎流隔板平面迎气流且与等腰三角形侧板的底边平行，取压口纵截面为矩形；两块等腰三角形侧板的间距为30～80mm。

4.如权利要求1-3任意一项所述的均压室，其特征在于：均压室内悬吊有一根以上的清灰针，清灰针两端伸出取压口。

5.如权利要求4所述的均压室，其特征在于：每隔一组取压口布置一根清灰针，一组取压口指等腰三角形两腰边相互对称的两个取压口，清灰针两端伸出相互对称的两个取压口。

6.如权利要求1-3任意一项所述的均压室，其特征在于：不保留等腰三角形的顶角尖锐部分，等腰三角形的底边设有延展段，延展段与等腰三角形的底部之间设有隔板，延展段的末端为敞口结构，延展段的末端指远离等腰三角顶角的一端。

7.包含权利要求1-6任意一项所述的均压室的截面式气体流量测量装置，其特征在于：包括动压测量单元、静压测量单元、温度测量单元和流量计算显示模块；

动压测量单元包括均压室、全压取压管、静压取压管和压差变送器，全压取压管通过取压口伸至均压室等腰三角形底边中点部位与均压室的薄壁空腔连通，测取平均全压，静压取压管伸至均压室等腰三角形底边中间部位与薄壁空腔背部连通，测取平均静压；全压取压管和静压取压管均与压差变送器连接；

压差变送器、静压测量单元和温度测量单元均分别与流量计算显示模块连接。