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利用速度场常数测量烟气平均流速方法的研究 王世龙 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；ΔP为气体动压，Pa； 为烟气密度，㎏/m3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换为相应的动压的平方根之比。 经分析，在ΔP2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