一种非均匀流场的烟气成分测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种非均匀流场的烟气成分测量装置，安装于内部流场为非均匀流场的一烟道连接件；包括：设置于所述烟道连接件的入口处及出口处的与至少两套取样管路；所述取样管路包括：一主管路；均匀布置在所述烟道连接件的入口处或出口处的一横截面内与所述主管路连通的多根分管路；所述多根分管路上开设有均布于前述横截面内的多个取样孔；所述主管路连接一烟气成分收集测量单元。能够实现在非均匀流场中对烟气成分的精确测量。
【专利说明】
一种非均匀流场的烟气成分测量装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及烟气成分测量技术领域，具体涉及一种非均匀流场的烟气成分测 量装置。
【背景技术】
[0002] 对于火电厂烟气成分的测量，主要针对烟气中的污染物（S02、N0x等）、氧量、水分 以及脱硝未反应的氨等。火电厂环保设施的投运状态，需根据上述烟气成分的在线测量结 果进行实时调整，以便达到最佳的排放控制水平。随着我国对大气污染物排放水平的控制 越来越严格，烟气成分的测量正逐渐受到重视。
[0003] 目前，随着火电厂机组规模越来越大、烟道截面逐渐增大，有时需要对不规则、不 均匀的烟气流场成分进行测量，现有的烟气成分在线测量手段已无法满足目前的使用要 求。现有烟气成分在线测量手段存在一些缺点，包括:测点布置仅靠近烟道一侧，且伸入烟 道内部的取样部分太短，无法测量烟道中心及对侧的烟气成分，不具有代表性;测点太少， 往往用一两个测点的测量结果来代替整个烟道截面的实际值，使得测试数据随测点位置处 的烟气成分波动而波动，造成了测试结果的不准确性以及测试结果的剧烈波动;无法满足 不规则、不均匀烟气流场成分的测量要求，测量结果与实际值偏差较大。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有在线烟气成分测量手段存在的不足，本实用新型的目的是提供一种非均 匀流场的烟气成分测量装置，能够实现在非均匀流场中对烟气成分的精确测量。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型设采取的具体技术方案是：
[0006] -种非均匀流场烟气成分测量装置，安装于内部流场为非均匀流场的一烟道连接 件;包括：
[0007] 设置于所述烟道连接件的入口处及出口处的与至少两套取样管路;所述取样管路 包括:一主管路;均匀布置在所述烟道连接件的入口处或出口处的一横截面内与所述主管 路连通的多根分管路;所述多根分管路上开设有均布于前述横截面内的多个取样孔；
[0008] 所述主管路连接一烟气成分收集测量单元。
[0009] 进一步地，所述烟道连接件选自截面变化管连接件、角度变化管连接件及管数量 变化连接件。
[0010] 进一步地，所述取样孔的开口方向与所述烟道连接件内烟气流向一致。
[0011] 进一步地，所述多个取样孔阵列均布或者环形均布于所述横截面。
[0012] 进一步地，所述烟道连接件的入口处或出口处的截面面积大于等于0.3m2。
[0013] 进一步地，所述烟气成分收集测量单元用以测量烟道连接件中污染物的含量。
[0014] 进一步地，所述分管路为等截面管，各所述取样孔的开口面积之间的比例关系满 足:各所述取样孔内的烟气流速相同。
[0015] 进一步地，所述分管路为阶梯管，包括任一分管路上设置的取样孔的数量对应的 多节管段，各节管段的截面面积之间的比例关系满足:所述横截面内各取样孔内的烟气流 速相同。
[0016] 进一步地，所述烟道连接件的入口处或出口处的横截面为矩形，所述取样孔阵列 均布于所述横截面内，所述横截面分为与所述取样孔数量和位置对应的多个等面积的矩形 区域，所述矩形区域的面积为〇. 08-1.0 m2。
[0017] 进一步地，所述烟道连接件的入口处或出口处的横截面为圆形，所述取样孔环形 均布于所述横截面内，所述横截面分为与所述取样孔数量和位置对应的多个等面积的环形 或扇形区域，所述环形或扇形区域的面积为0.1-1.57m 2。
[0018]通过采取上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
[0019] (1)通过采用多根分管路设计，每根分管路上设置有多个取样孔，可以做到对烟道 连接件横截面的全覆盖，面积覆盖程度较现有技术大幅度提高。
[0020] (2)可准确测量非均匀烟气流场。烟气经过取样孔、取样管路，汇总流入烟道连接 件外布置的烟气成分收集测量单元，烟气成分的测量结果为多取样孔的平均结果，即整个 横截面上的平均结果，且上述平均结果是实时平均，而非数学平均(数学平均即可认为多次 对一个测点进行测量，最后再将多次测量结果取平均值;或者使用同一测量装置分别测量 多个测点后，再将多次测量结果取平均值。由于烟道内烟气流速并非均一的，烟气分布也是 实时变化，这样非常可能会导致测量结果不准确)有效避免了个别取样孔处烟气成分波动 而造成的测量结果波动，测量结果更为准确、更具代表性。测量取样管路可根据非均匀烟气 流场的形式灵活布置，有很好的截面适应性，取样管路和取样孔可将不规则的烟气流场截 面完全覆盖，可对整个非均匀烟气流场截面进行准确测量；
[0021] (3)整个装置加工安装方便，适应性强。在工程应用中，可根据实际情况灵活调整 取样孔、取样管的布置数量，也可采用分区布置的方法，适应性强。
【附图说明】
[0022] 图1为本实用新型一实施例中的非均匀流场烟气成分测量装置中在一横截面内的 取样管路的布置示意图。
[0023] 图2为本实用新型一实施例中的等截面管形式的分管路的结构示意图。
[0024] 图3为本实用新型另一实施例中的阶梯管形式的分管路的结构示意图。
[0025] 图4为本实用新型一实施例中的非均匀流场烟气成分测量装置的布置示意图。
[0026] 图5为本实用新型又一实施例中的非均匀流场烟气成分测量装置的布置示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所 获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面配合所附图对本实用新型的 特征和优点作详细说明。
[0028] 结合图1，一实施例中，提供一种非均匀流场烟气成分测量装置，安装于内部流场 为非均匀流场的烟道连接件01;包括：
[0029] 设置于烟道连接件01的入口处及出口处的与至少两套取样管路02;取样管路02包 括:一主管路;均匀布置在烟道连接件01的入口处或出口处的一横截面内与主管路连通的 多根分管路；多根分管路上开设有均布于前述横截面内的多个取样孔03;主管路连接烟气 成分收集测量单元04。烟气成分收集测量单元04用以测量烟气中各种污染物的含量，为目 前公知仪器，例如烟气成分分析仪，在实际应用中，可根据不同流量选取其相应规格。其具 体结构和功能为本领域技术人员所习知，且在目前对烟气成分进行测量、分析的实际工程 中广泛应用，在此不再赘述。
[0030] 具体地，烟道连接件选自截面变化管连接件，例如如图4所示的变径接头07,天圆 地方等；角度变化管连接件，例如如图5所示的弯头08;管数量变化连接件（图未示），例如三 通接头，此时，取样管路的数量与连接件的接口数量相同，也就是说三通接头则设置三套取 样管路。
[0031]取样孔3的开口方向与烟道连接件内烟气流向一致。也就是说，取样孔为背向烟气 来流布置，可以防止取样孔堵塞。
[0032]取样管路02中，尤其是分管路，可根据实际需要采取等截面管或阶梯管两种形式。 例如，如图2所示，在一些实施例中，分管路05为等截面管，其截面为规则的矩形、圆形或类 圆形。在开设取样孔03时，保证各取样孔03的开口面积之间的比例关系满足:各取样孔03内 的烟气流速相同。可使进入每个取样孔03的烟气量保持一致。
[0033]又例如，如图3所示，在另一实施例中，分管路06为阶梯管，包括任一分管路上设置 的取样孔03的数量对应的多节管段，各节管段的截面面积之间的比例关系满足:该分管路 上的各取样孔03内的烟气流速相同，使进入每个取样孔03的烟气量保持一致。
[0034]装置在使用时，烟气经取样孔03、取样管路02,汇总流入烟气成分收集测量单元04 进行分析测量。烟气成分的测量结果为多取样孔的实时平均结果，即整个横截面上的平均 结果，有效避免了个别取样孔处烟气成分波动而造成的测量结果波动，测量结果更为准确、 更具代表性。
[0035] 烟道连接件的入口处或出口处的横截面为矩形时，取样孔阵列均布于横截面内， 横截面分为与取样孔数量和位置对应的多个等面积的矩形区域，该矩形区域的面积为 0.08-1.0m 2。而烟道连接件的入口处或出口处的横截面为圆形，取样孔环形均布于横截面 内，横截面分为与取样孔数量和位置对应的多个等面积的环形或扇形区域，该环形或扇形 区域的面积为0.1-1.57m 2。
[0036] 取样孔直径及数量、取样管直径及数量、取样管布置方式可根据数值模拟结果、物 模试验结果及现场实际情况选取。
[0037] 取样孔在烟道连接件中的具体布置规格如下：
[0038] 1)矩形或方形截面
[0039]将横截面分成适当数量的等面积区域，以各区域的中心为测点。在测点处布置取 样孔。等面积区域的数量按表1选取，一般测点不超过20个。
[0041] 表1矩(方)形烟道的等面积区域规格和测点数
[0042] 2)圆形截面
[0043] 将横截面分成适当数量的等面积同心环形或扇形区域，各测点选在各等面积中心 线与呈垂直相交的两条直线的交点上，其中一条直径线应在预期浓度变化最大的平面内。 在测点处布置取样孔或对应取样孔的投影位置。不同直径的圆形截面等面积环数、测量直 径数及测点数见表2,一般测点不超过20个。
[0045] 表2圆形烟道分环及测点数
[0046] 需说明的是，前文提及的天圆地方等类型的烟道连接件，同时发生截面面积和形 状的变化，入口和出口处的取样管路及取样孔的布置均按上文相关规格选取。
[0047] 下面具体结合测量实例对本实用新型的装置的使用情况进行说明：
[0048] 具体测量实例1:测量变直径流场烟气成分。
[0049] 在实际工程应用中，很多场合需要对变直径流场的烟气成分进行测量，然而烟气 在变径区域内流动，会由于直径的改变，流速突然发生变化，而产生较强的湍流和扰动，烟 气的流动情况在变径区域内十分复杂，变径区域不同位置的烟气成分测量结果会有显著区 别。
[0050] 通常的测量方法，仅在变径区域上下游截面布置单一测点进行烟气成分测量，测 量结果波动大，单一测点无法代表整个截面上的测量结果，无法获知截面上整体的烟气成 分分布情况。
[0051] 使用本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置中的两套取样管路，在变径 连接件07形成的变直径流场上下游分别布置，布置方式如图4所示。在取样管路上布置的取 样孔，可以将变直径流场截面完整覆盖，取样均匀。取样烟气经过取样孔、取样管路汇总进 入烟气成分收集测量单元04,所得测量结果为整个变直径流场截面的平均值，规避了使用 单一测点而产生的测量结果波动大、取样不具有代表性等多个问题。
[0052]下面以具体数据进行说明。某烟气污染处理装置，其所处区域为变直径烟气流场， 烟气流速在该变直径烟气流场中变化较大，且有较强的湍流和扰动。在该流场进出口设置 单一测点，测量该烟气污染处理装置的运行效果，下表3为测量结果。从测量结果可以看出， 使用单一测点时，出口污染物浓度变化波动较大，测量结果无法保持稳定，无法反应烟气污 染处理装置的真实运行效果。原因为变直径流场中，烟气成分、烟气流动情况变化剧烈，单 一测点极易受到影响，测量结果不稳定。
[0053]
[0054]表3单一测点测量结果
[0055]对该流场进入口及出口设置本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置，测 量该烟气污染处理装置的运行效果，下表4为测量结果。从测量结果可以看出，使用实用新 型所述的非均匀烟气流场成分测量装置，可以有效规避非均匀流场内烟气成分和烟气流动 情况波动对测量结果的影响，测量结果较为稳定，可准确反映流场进出口的真实烟气成分， 有较强的稳定性和准确性。
[0057]表4本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置测量结果 [0058]具体测量实例2:测量弯头流场烟气成分。
[0059]在实际工程应用中，很多场合需要对弯头流场的烟气成分进行测量，然而烟气在 弯头内流动，由于流向突然发生变化，会形成较强的湍流和扰动，烟气的流动情况在弯头内 十分复杂，弯头不同位置的烟气成分测量结果会有显著区别。
[0060]通常的测量方法，仅在弯头上下游截面布置单一测点进行烟气成分测量，测量结 果波动大，单一测点无法代表整个截面上的测量结果，无法获知截面上整体的烟气成分分 布情况。
[0061] 使用本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置，在弯头流场上下游分别布 置，布置方式如图5所示。在取样管路上布置的取样孔，可以将弯头流场截面完整覆盖，取样 均匀。取样烟气经过取样孔、取样管路汇总进入烟气成分收集测量单元，所得测量结果为整 个弯头流场截面的平均值，规避了使用单一测点而产生的测量结果波动大、取样不具有代 表性等多个问题。
[0062] 下面以具体数据进行说明。某烟气污染处理装置，其所处区域为弯头烟气流场，烟 气流速在该弯头烟气流场中变化较大，且有较强的湍流和扰动。在该流场进出口设置单一 测点，测量该烟气污染处理装置的运行效果，下表5为测量结果。从测量结果可以看出，使用 单一测点时，出口污染物浓度变化波动较大，测量结果无法保持稳定，无法反应烟气污染处 理装置的真实运行效果。原因为弯头流场中，烟气成分、烟气流动情况变化剧烈，单一测点 极易受到影响，测量结果不稳定。
[0064]表5单一测点测量结果
[0065] 对该流场进入口及出口设置本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置，测 量该烟气污染处理装置的运行效果，下表4为测量结果。从测量结果可以看出，使用实用新 型所述的非均匀烟气流场成分测量装置，可以有效规避弯头流场内烟气成分和烟气流动情 况波动对测量结果的影响，测量结果较为稳定，可准确反映流场进出口的真实烟气成分，有 较强的稳定性和准确性。
[0066] 表4本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置测量结果
[0069]使用本实用新型所述的非均匀烟气流场成分测量装置，可以准确测量非均匀烟气 流场的成分，避免流场不均匀对测量结果的影响，测量装置有效覆盖整个流场截面，测量结 果能够代表烟气成分在整个流场截面的分布情况。
【主权项】
1. 一种非均匀流场烟气成分测量装置，安装于内部流场为非均匀流场的一烟道连接 件;其特征在于，包括： 设置于所述烟道连接件的入口处及出口处的与至少两套取样管路；所述取样管路包 括:一主管路;均匀布置在所述烟道连接件的入口处或出口处的一横截面内与所述主管路 连通的多根分管路;所述多根分管路上开设有均布于前述横截面内的多个取样孔； 所述主管路连接一烟气成分收集测量单元。2. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述烟道连接件选 自截面变化管连接件、角度变化管连接件及管数量变化连接件。3. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述取样孔的开口 方向与所述烟道连接件内烟气流向一致。4. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述多个取样孔阵 列均布或者环形均布于所述横截面。5. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述烟道连接件的 入口处或出口处的截面面积大于等于0.3 m2。6. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述烟气成分收集 测量单元用以测量烟道连接件中污染物的含量。7. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述分管路为等截 面管，各所述取样孔的开口面积之间的比例关系满足:各所述取样孔内的烟气流速相同。8. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述分管路为阶梯 管，包括任一分管路上设置的取样孔的数量对应的多节管段，各节管段的截面面积之间的 比例关系满足:所述横截面内各取样孔内的烟气流速相同。9. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述烟道连接件的 入口处或出口处的横截面为矩形，所述取样孔阵列均布于所述横截面内，所述横截面分为 与所述取样孔数量和位置对应的多个等面积的矩形区域，所述矩形区域的面积为〇. 08-1.0 rrf 〇10. 如权利要求1所述的非均匀流场烟气成分测量装置，其特征在于，所述烟道连接件 的入口处或出口处的横截面为圆形，所述取样孔环形均布于所述横截面内，所述横截面分 为与所述取样孔数量和位置对应的多个等面积的环形或扇形区域，所述环形或扇形区域的 面积为0.1 _1.57rrf。
【文档编号】G01N1/26GK205562227SQ201620115796
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】李穹, 李春雨, 马务, 赵宇明, 孟磊, 陈海杰, 邹红果
【申请人】大唐环境产业集团股份有限公司