氣體超聲煙道氣排放量測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001] 氣體超聲煙道氣排放量測量裝置及測量方法，涉及對煙道氣流量測量技術，W及 對煙道氣真實流量進行測量的方法，適用于在不同狀態流場環境中對煙道氣排放量進行測 量。
【背景技術】
[0002] 現有對煙道氣排放量的測量大多采用實際測量和理論計算的方法。實際測量煙道 氣排放量有兩種方法：一種是手工測量，也即將煙道的斷面分成若干個小網格，然后人工對 每一個小網格中的煙氣動壓、靜壓、溫度、濕度測點大氣壓等進行測量，并通過復雜的公式 計算得出每一個網格標干態的煙氣量的總和。送種方法每隔一定時間測量一個網格（也即 煙道截面中的一小部分區域），不能夠反映連續排放煙氣的流量；另外一種利用熱式儀表 或皮巧管微差壓流量計在線連續測量煙道氣的排放量的方法，但該類型流量測量儀表僅能 采集煙道氣斷面上的一個點的流速，其測量數據不能準確反映整個煙道中氣體的排放量， 一般測量準確度只能達到± (3~10) %。
[0003] 煙道氣排放量理論計算方法，主要有排放因子、經驗公式等方法。排放因子法是W S〇2為主要排放物，確定S〇2排放因子，按照燃料消耗量，最終計算出煙氣的排放量；排放量 =燃料消耗X排放因子。經驗公式法一般用于計算生成原理復雜或難W準確測量煙道排 放物的排放因子的情況下，利用測定NO、的含量來計算煙道氣排放量。但實際上NO、生成原 理非常復雜，有燃料型、熱力型和快速型，因此很難用一組公式將實際生產過程中的煙道氣 排放量準確的計算出來。
【發明內容】
[0004] 為了實現對煙道氣排放量的準確檢測，本發明提供了氣體超聲煙道氣排放量測量 裝置及方法。本發明的氣體超聲煙道氣排放量測量裝置由插入式測量棒和計算單元組成， 插入式測量棒與計算單元電纜連接。
[0005] 考慮到現有普通的工業煙道直徑在3~5米，直接測量煙道氣的線平均流速，即氣 體超聲換能器發射到接收之間的聲程達到3~5米是一件非常不易的事情。同時兩個互相 發射和接收的換能器與信號處理單元間的導線也不易過長，W避免過長的信號線引入干擾 信號，影響測量的精度。因此本發明采用的插入式測量棒，分別將兩個換能器探頭相對安裝 在測量棒中的前部，在兩個換能器探頭之間兩側對稱開有測量窗口，為防止測量窗口過長 使得測量棒的剛度降低，可將測量窗口分為幾個測量窗口，測量窗口之間的管壁作為支撐。 測量時測量窗口迎煙道氣設置，煙氣通過測量窗口流動。依據實際煙道氣排放通道內部結 構情況和對測量準確度的要求，可分別在選定的煙道氣測量點橫截面的不同位置向煙道內 插入一根或兩根或四根插入式測量棒對煙道氣排放量進行測量，插入式測量棒與煙氣通道 軸線成30。~75。的夾角。
[0006] 氣體超聲技術測量煙道氣排放量時，預選測量點要根據實際煙道氣排放通道的高 度，測量位置應滿足上游直線段通道的長度為5~10倍煙氣通道直徑，下游直線段通道的 長度為5倍煙氣通道直徑W及對測量準確度的要求確定，在煙氣通道設定高度的橫截面上 進行測量，本發明通過將插入式測量棒插入煙道內，橫穿煙道截面進行測量，通過插入的測 量棒，得到的一條或幾條線平均流速替代熱式表或皮膜表的一個點流速的測量，在送些截 面上的線流速通過計算轉換成面流速，而且本發明能夠在線連續的測量煙道氣的排放流 量，由于氣體超聲技術測量具有準確度高的優勢，使測量煙道氣排放流量的測量準確度等 級可達到±(1.0~2) %。
[0007] 為了實現氣體超聲技術煙道氣排放量的測量，通過測量設定煙道高度的橫截面上 的煙氣排放面平均流速Vs，然后乘W該橫截面的面積S，最終得出煙氣排放流量Q=SXVs。 但實際上面平均流速是很難直接測量得到，因此需要通過在該截面上設定的測量點，測量 出測量點的線平均流速F，然后通過計算求出煙氣排放的面平均流速Vs，然后乘W該橫截 面的面積S，最終得出煙氣排放流量Q=SXVs。
[0008] 沿聲道的線平均流速通過下公式獲得：
[0009]
[0010] 式中；r為插入式測量棒在煙道橫截面上感應的距離；
[0011] 由此得出煙道橫截面的面平均流速如下：
[0012]
[0013] 式中；A為煙氣通道測量位置的橫截面積。
[0014] 煙氣排放流量Q=SXVs。
[0015] 本發明的特點在于；通過插入式測量棒采用氣體超聲技術進行煙道氣排放量檢測 的方法，在煙道氣排放量測量時能夠實時記錄排放數據，插入式測量棒上的測量窗口能夠 充分感應煙氣排放通道中的線平均流速，比現有的儀器測量點平均流速流量計或理論計算 煙氣排放量的測量方法準確度等級大大提高，同時具備了能夠在低流速、崎變流場、長聲程 的檢測能力。
【附圖說明】
[0016] 圖1.本發明插入式測量棒結構示意圖，
[0017] 圖2. -對插入式測量棒在煙道中的流場示意圖，
[0018] 圖3.兩對插入式測量棒在煙道中的流場示意圖，
[0019] 圖4.四對插入式測量棒在煙道中的流場示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 插入式測量棒為管狀，換能器探頭1和換能器探頭2相對設置在插入式測量前部 的棒體內，在兩個探頭之間的兩側管壁對稱設置測量窗口，測量時測量窗口迎煙道氣設置， 煙氣穿過測量窗口流動。當換能器探頭1和換能器探頭2之間的距離過長時，為防止測量窗 口過長使得測量棒的剛度降低，產生形變，造成換能器探頭1和換能器探頭2的中必不在一 個軸線上，影響信號的發射和接收，降低測量精度，可將測量窗口分為兩部分，兩個測量窗 口之間的管壁作為支撐。插入式測量棒與煙道氣通道的管壁連接采取法蘭連接方式，在安 裝時首先要在管壁上安裝一個法蘭式的固定座，考慮到安裝和日常維護的便捷性，固定座 要留有測量棒拆卸導向定位臺。測量點的選擇要根據實際煙道氣排放通道的高度，滿足距 離煙道氣排放通道中的橫向排放通道10倍煙氣通道直徑長度，不少于5倍煙氣通道直徑長 度的上游直線段通道，和5倍煙氣通道直徑長度的下游直線段通道長度W及對測量準確度 的要求確定，可分別在選定的煙道氣測量點橫截面的不同位置插入一根或兩根或四根插入 式測量棒對煙道氣排放量進行測量。插入式測量棒與煙氣通道軸線成30°~75°的夾角， 當煙道氣通道的內徑較小，夾角可選用小角度，煙道通道的直徑過大時，夾角可選用大的角 度，但是夾角不易超過75°。
[0021] 圖2,在煙道直徑比較小或對測量精度要求不是非常高的場合可W采用單聲道氣 體超聲流量計進行測量，將一根插入式測量棒W夾角Θ=30°插入煙道中，煙氣穿過測量 窗口，兩個換能器探頭測量（感應）到煙道氣的平均流速。
[0022] 圖3,兩聲道氣體超聲流量計進行煙道氣測量時，將二根插入式測量棒依據現場狀 況，W角度Θ=60°插入到煙氣通道中，其測量窗口處于煙道氣平均流速位置，換能器探 頭測量到煙氣通道中兩個對稱位置的煙氣的平均流速。
[0023]圖4(a)，采用四根插入式測量棒進行測量時，將四根插入式測量棒在煙道氣通道 截面上成90°夾角均勻布置。
[0024] 圖4(b)對煙道氣測量時，首先要選擇合適的測量位置，在測量位置的上游或下游 需要留出一段直線段的通道，上游直線段通道長度為10倍的煙氣通道直徑，但不少于5倍 煙氣通道直徑，下游直線段通道長度為5倍的煙氣通道直徑的長度確定。將測量棒WΘ= 75°夾角插入到煙氣通道內，其測量窗口處于煙道氣平均流速位置，換能器探頭能探測到 旋轉流、崎變流不規則流場，有效提高了測量可靠性、準確性。
[00巧]選擇煙氣通道測量位置時，在沒有足夠的直線段通道情況下，也可采用四根插入 式測量棒，W不同角度夾角設置進行測量，可實現對煙道中不穩定的或帶有縱潤流的流場 進行補償，W保證穩定的測量精度。
[0026] 插入式測量棒檢測到的信號，通過電纜傳到計算單元計算，通過計算得到煙道的 排放量。
【主權項】
1. 氣體超聲煙道氣排放量測量裝置及測量方法，其特征在于：插入式測量棒為管狀結 構，換能器探頭（1)和換能器探頭（2)相對設置在測量棒中的前部，在換能器探頭（1)和換 能器探頭（2)之間管壁兩側對稱設置測量窗口，測量窗口迎煙氣設置；測量時，根據煙氣通 道內部結構情況和對測量準確度的要求，可在選定高度的煙道氣測量點橫截面的不同位置 向煙氣通道內插入一根或兩根或四根插入式測量棒對煙道氣排放量進行測量，通過插入式 測量棒上換能器探頭（1)和換能器探頭（2)的檢測，得到測量點的線平均流速F ,通過計算 求出煙氣排放的面平均流速Vs，然后乘以橫截面的面積S得出煙氣排放流量Q = SXVs。2. 根據權利要求1所述的煙道氣排放量測量裝置及測量方法，其特征在于：插入式測 量棒中的換能器探頭（1)和換能器探頭（2)間距過長時，可將測量窗口分為幾個測量窗口， 測量窗口之間的管壁作為支撐。3. 根據權利要求1所述的煙道氣排放量測量裝置及測量方法，其特征在于：插入式測 量棒與煙氣通道軸線的夾角為30°~75°。4. 根據權利要求1所述的煙道氣排放量測量裝置及測量方法，其特征在于：測量位置 的上游直線段通道的長度為5~10倍煙氣通道直徑，下游直線段通道的長度為5倍煙氣通 道直徑。5. 根據權利要求1所述的煙道氣排放量測量裝置及測量方法，其特征在于：煙道氣排 放量的測量準確度等級可達到± (1. 〇~2) %。
【專利摘要】氣體超聲煙道氣排放量測量裝置及測量方法，涉及對煙道氣流量測量技術，以及對煙道氣真實流量進行測量的方法，適用于在不同狀態流場環境中對煙道氣排放量進行測量。本發明通過插入式測量棒采用氣體超聲技術對煙道氣排放量進行測量，插入式測量棒上的測量窗口能夠充分感應煙氣排放通道中煙氣的線平均流速，且可連續實時記錄排放數據，比現有的儀器測量點平均流速流量計或理論計算煙氣排放量的測量方法準確度等級大大提高，可達到±(1.0～2.0)％，同時具有在低流速、畸變流場、長聲程的測量能力。
【IPC分類】G01F1/66
【公開號】CN105444826
【申請號】CN201410407256
【發明人】石泓然, 楊興慧, 吳衛國
【申請人】上海中核維思儀器儀表有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年8月18日