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烟道气体测量 均速管质量流量计组合测量方法的研究

时间:2018/07/21来源:未知

  摘要:大气污染防治是我国环保工作的重点。烟尘浓度及烟气 (气态和固态组成) 的含量观察、分析其变化和对环境影响的过程, 是冶金企业、化工企业及其他工业企业污染源监测的主要监测项目之一。烟道气监测的目的是: (1) 检查烟气中的各种污染物的排放浓度和排放量是否符合规定的排放标准; (2) 检查烟气净化装置及污染防治措施的行能和使用情况; (3) 为大气环境管理和大气环境质量评价提供依据。确定污染物排放量的关键是烟道气流速, 而测点位置和布置对于测量结果的影响很大。本文首先是归纳了各种流量计在烟道气测量上的方式、效果及其不足之处。从而能引出本文阐述的论点:使用均速管-质量流量计组合测量来确定企业排放烟气体流量。
烟道气体测量 均速管质量流量计组合测量方法的研究
  一、概述
 
  人类历史证明科学技术是一柄双刃剑, 一方面它使人类开发自然资源, 发展经济生产, 促进了人类的物质文明和精神文明不断进步;另一方面西方传统工业经济生产模式以获取***大利润为生产目的, 掠夺性地耗竭自然资源, 污染环境, 破坏生态平衡。
 
  环境是人类生存和发展的基本前提。环境为大家生存和发展提供了必需的资源和条件。随着社会经济的发展, 环境问题已经作为一个不可回避的重要问题提上各国政府的议事日程。保护环境, 减轻环境污染, 遏制生态恶化趋势, 成为政府社会管理的重要任务。
 
  烟道气是有毒有害气体和烟尘的混合物, 是污染大气的重要原因。烟气的成分很复杂, 气体中包括SO2、CO、CO2碳氢化合物以及氮氧化合物等, 烟尘包括燃料的灰分、煤尘、油滴以及高温裂解产物等。因此烟道气对环境的污染是多种有毒物质的复合污染。
 
  显而易见, 控制烟道气流量的排放是至关重要的, 传统的烟道气流量测量方法有: (1) 超声波流量计; (2) 单一的均速管流量计; (3) 热式气体质量流量计
 
  二、问题的提出
 
  虽然烟道气的测量方式有多种多样, 但是通常的测量方法均存在一定的问题。
 
  (1) 超声波流量计:超声波气体流量计是利用超声波在流体中顺流和逆流传播的速度差与流体的流速成正比的原理测量流量的。运用此方法测量的缺点是造价昂贵, 测量精度不高, 通常只有±2~5%。
 
  (2) 单一的均速管流量计:均速管流量计是采用皮托管测量原理测量流体的全压与静压, 从而达到测量流量的目的。均速管流量计具有结构简单、安装维修方便、运行及制造成本低等优点, 广泛应用于大管径、允许压损小的场合。由均速管流量计的测量原理可知其测量的是体积流量, 而烟气是变组分的介质, 密度是变化的。因此要得到烟气的质量流量仅仅通过单一的均速管流量计是无法实现的。
 
  (3) 热式气体质量流量计:热式流量计是利用传热原理检测流量仪表, 即流动中的流体与热源之间热量交换关系来测量流量的仪表。该仪表的传感器由两个基准级热电阻RTD组成。一个是质量速度传感器T1, 一个是测量气体、温度变化的温度传感器T2。当这两个RTD置于被测气体中时, 其中传感器T1被加热到气体温度以上的一个恒定的温差, 另一个传感器T2用于感应被测气体温度。随着气体质量流速的增加, 气体带走更多热量, 传感器T1的温度下降, 要维持T1、T2恒定的温度差, T1的加热功率就要增大。根据热效应的金氏定律, 加热功率P、温差△T= (T1-T2) 与质量流量Q有确定的数学关系式。但是和均速管流量计一样, 热式流量计在测量气体组分变化较大的场所, 因CP值和热导率的变化, 测量值会有较大的变化, 从而产生较大的误差。
 
  由此可见, 以上三种测量方法均不适合用于在烟道气质量流量的测量。
 
  三、解决方法
 
  运用均速管流量计、科里奥利质量流量计组合测量的方法就可以很好地解决以上三种测量方式的不足之处。
 
  科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中, 产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。基于此原理, 该流量计可以测得流体的密度。
 
  上文已先容过均速管流量计的测量原理, 其测量的是流体的体积流量。采用科里奥利质量流量计测量烟气密度, 均速管流量计测量烟气体积流量, 两者结合, 利用平均值补偿, 就可以推算出整个烟道气管道的流量了。
 
  四、安装要求
 
  质量流量计和均速管流量计的安装位置和安装方式将会直接影响到整个测量精度。首先应确定均速管流量计的安装位置, 烟道气的测量是在烟囱管道内部进行测定或采试样测定, 为了使测量点具有代表性, 测量点的位置尽可能选在烟道气气流均匀而稳定的管段上, 应避开弯头、阀门和变径管等容易产生涡流的阻力构件, 原则是:以烟气流向为准, 测定断面与其上游方向阻力构件的距离, ***好大于烟道气测量管直径的10倍, 与其下游方向阻力构件的距离, ***好大于烟道气测量管直径的10倍, 与其下游方向阻力构件的距离大于烟道气测量管直径的5倍。此外, 由于水平管道中气流速度分布和粒状物浓度分布不如垂直管道内均匀, 所以选择测量点时, 应优先选取垂直管段。
 
  均速管流量计安装位置确定后, 再确定质量流量计的安装位置。在均速管流量计的前端另开一侧。斜向30°侧开一个口, 引出一段为1寸大小的分支测量管 (图1) , 把质量流量计安装在导管上, 把质量流量计另一端连接在烟道气管道上形成一个环路 (图2) 。
安装方式
 
  图1
安装方式
 
  图2
 
  质量流量计的位置取舍是至关重要的, 如果测量点的位置必须位于均速管流量计前端, 引出一段分支测量管深入烟道气管道内侧, 深入的长度约为管道内径的1/8D之处, 如若调整深入长度的话, 可运用在线插拔装置调整深入长度, 此处位置点的取舍是根据流体力学得出的——流体力学是连续介质力学的一门分支, 是研究流体 (包含气体及液体) 现象以及相关力学行为的科学。分支测量管的角度为与烟道气管道成30°安装。分支测量管的大小为1寸左右。详见图2所示。
 
  分支测量管安装完成后把质量流量计安装在分支测量管上即可。另外一端使用相同口径的测量管连接到主管测量管上即可 (安装位置必须在均速管流量计开孔处后侧位置) 。
 
  安装完质量流量计后, 在质量流量计两侧开孔的中心位置上, 安装均速管流量计, 此流量计必须处于此两侧开孔之间。
 
  安装完质量流量计和均速管流量计后, 使用电缆把信号传输到积算仪上即可使用测量。
 
  此测量方式的原理在于:运用质量流量计, 测出烟道气管道中的介质的密度及流速 (V1) :即判断出整个烟道气管道中的介质即为质量流量计测得的密度。根据此得到介质的密度与均速管流量计测得的体积量, 运用积算仪或PLC等, 处理从而得到整个烟道气管道的质量流量。
 
  五、取得的效果 (效益)
 
  使用此方案测量的好处在于:其安装过程中非常的方便也可不停产在线安装, 只需在管段上开四个取压孔即可, 大大地减少了安装时间, 节省了大量的人力。
 
  其测量的效果与使用超声波流量计相比其价格便宜, 测量精度相比高于单一的均速管流量计。其测量方式又不受限于介质的组合成分, 密度的变化。
 
  以传统的测量方法加上密度的组合而成的质量流量。
 
  六、结束语
 
  我国经济快速增长, 各项建设取得巨大成就, 但也付出巨大的资源和环境被破坏的代价, 这两者之间的矛盾日益尖锐, 群众对环境污染问题反应强烈。
 
  民众对于良好环境的渴求造成了企业必须严格控制污染物的排放, 而烟道气体的测量尤其重要, 解决烟道气测量的问题是极其必要的, 根据实验表明, 此测量方式具有明显的效果, 所测量的量是完全符合物料平衡关系, 达到了预期的效果。

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