利用速度场常数测量烟气平均流速方法的研究

1、利用速度场常数测量烟气平均流速方法的研究王世龙 第一作者：王世龙，男，1951年生，教授，研究方向：在线检测。 郑 财2(1淮海工学院，江苏 连云港 222005；2.吉林省高速公路管理局，吉林 长春 130022)摘要通过对烟道速度场常数的研究和应用，实现了烟道烟气平均流速的自动监测。同时研制出速度场常数自动检测装置。结果表明，该装置检测结果稳定、可靠，具有应用价值。关键词 速度场常数自动连续监测 平均流速排放总量我国是燃煤大国，燃煤排放烟气中含有大量的二氧化硫，对大气污染十分严重。我国已相继出台多项法规，旨在对污染源实施监控，并做出对二氧化硫排放总量实施监控的规定。对烟气中二氧化硫排放总量

2、实施监控，须同时监测烟气中二氧化硫的浓度和烟气流量，而监测烟气流量，首先要监测其平均流速，这是二氧化硫在线自动连续监测系统（cems）要解决的主要技术问题。本文重点研究了利用速度场常数监测烟道内烟气平均流速的方法及速度场常数自动检测装置的实现和应用。1烟气平均流速的测定方法测定烟气流速有多种方法，如超声波法、热导法、靶式流量计法和皮托管法等，其中，皮托管法应用较为广泛。皮托管法的测定原理是：将s型皮托管置于烟道截面内的某一位置，将流动烟气在该位置产生的全压和静压通过皮托管全压、静压管口接收并输送至差压传感器，差压传感器将二者之差值（即动压）转变为电信号，经放大、整形、计算，得到该位置的烟气流速

3、测定值。只选定一个位置进行测定的方法，称为单点测定法。单点测定法简单、易实现，但存在的主要问题是：若测定点选择不当，测定的烟气平均流速将不准确。比较理想的测定方法是：将烟道的测定截面平均分成若干大小相等的小矩形（小矩形的个数与烟道截面积有关），分别测定每个小矩形中心点的流速，再取其流速平均值，即为整个烟道截面的烟气平均流速。该方法能获得准确的测定结果，但烟道内布线多而繁琐，给测定工作带来很多不便。为此，研发一种即方便又准确的自动检定测方法具有重要的实际应用价值。2 速度场常数的研究和应用根据动压测定流速原理可知，气体的流速与其动压的平方根成正比，即 （1） 式中： 为气体流速，m/s；p为气体

4、动压，pa； 为烟气密度，/m； 为皮托管系数。在通常污染源烟气条件下，式（1）可简化为： （2） 式中：为烟气温度，。根据式（2），如测出某点的烟气动压与烟气温度，便可计算出该点的烟气流速。设：采用多点手工方法测定的监测截面的烟气平均流速为，采用在线自动连续监测系统（cems）测定的监测截面某一点的烟气流速为，则 （3）式中：为监测截面平均动压的平方根；为监测截面某一点动压的平方根。由于两种测定方法的测定位置接近，可认为二者所处位置的烟气温度相同，即，则 （4）式中：为皮托管系数之比。若两种方法的皮托管系数近似相等，则（一般s型皮托管系数为0.84），则：，这样，两种测定方法的流速之比即可转

5、换为相应的动压的平方根之比。经分析，在p2的测定点不变的条件下，于任一时刻，应为一近似定值。这样，即可用监测系统测定的某一时刻固定点烟气流速去确定整个监测截面的烟气平均流速。在这里，将kv定义为速度场常数。则速度场常数是指在相同时间区间，烟道或管道全截面烟气平均流速与截面内某一固定点的烟气流速之比值。为验证上述结论的正确性，特做如下实测试验：在环境大气压为101.30 kpa，烟气湿度为6.4的检测条件下，于同一时间段，在全监测截面范围内，用手工方法测得1个动压平均值，再用cems于某一固定点采集1个动压值，重复检测6次，检测数据见表1。上述测定结果表明，在6次同时间段检测中，用同一固定点测得

6、的烟气流速计算得到的速度场常数基本上是一个稳定值，波动小于3。因此，可推论：位于烟道截面内某一合适固定点放置一皮托管探头，测出该点的烟气流速，利用该点的烟气流速及速度场常数即可计算出烟道截面的烟气平均流速，从而用于二氧化硫排放总量的计算。表1手工方法与cems流速对比检测记录序号 (pa) ( pa) k v (m/s) () 1 148 356.0 0.645 15.0 112 2 194 472.9 0.641 17.3 112 3 201 477.9 0.649 17.7 112 4 112 271.3 0.643 13.1 112 5 124 298.7 0.644 13.7 112

7、6 137 341.0 0.634 14.5 112 注：为烟气温度； 为手工方法计算得到的整个监测断面的平均流速。3 烟气平均流速的自动检测方法前文述及，采用手工多点测量法检测烟气平均流速，烟道内布线多而繁琐，不适用于在线自动监测。 为此，确立了多点连续自动检测方案。该方案借助于速度场常数自动检测装置来实现。速度场常数自动检测装置结构如图1所示，该装置由步进电机驱动、由丝杠螺母机构带动皮托管自动进给，实现连续移位、等距取样。 图1 速度场常数自动检测装置1.步进电机；2.螺母；3.丝杠；4.移动套筒；5.皮托管用皮托管可在位移方向上取足够多的点进行检测，在烟道全监测截面内获取足够多的动压值，

8、然后由系统自动计算其平均值。根据式（2）可方便地确定某一时刻的平均流速。再取一合适固定测点的动压值，即可计算出速度场常数。进而推算出烟道全截面的烟气平均流速。4 烟气流量的计算（1）速度场常数的计算kv （5）（2）烟气平均流速的计算 由式（2）及式（5），烟气平均流速（m/s） （6）式中：为皮托管修正系数（出厂标定值）；为速度场常数。（3）烟气流量（排放量）的计算根据烟气平均流速和烟道截面有效截面积，可计算出烟气流量（排放量）q =（m3/h）式中：为烟气平均流速，m/s；为烟道截面有效截面积，m2。（4）干烟气流量的计算根据有关标准规定，二氧化硫cems须采用标准状态下的干烟气流量参数参与二氧化硫排放总量的计算，干烟气流量（m3/h） （7）式中： t 为烟气温度，；为烟气绝对压力，kpa；为烟气中水分含量体积百分数，；为烟道截面有效截面积，m2。5 结 语二氧化硫cems采用皮托管动压法测定烟气流速，若烟道内的固定测点位置选取适当，则可用速度场常数自动检测装置测定的速度场常数（固定点流速与平均流速的比值）为一稳定值，于任一时刻，用固定点流速测定值去推算整个烟道的烟气平均流速值，用于二氧化硫排放总量的计算。从而解决了