扰流装置在测定烟气流速中的应用

扰流装置在测定烟气流速中的应用

周志兴

（江苏方天电力技术有限公司211100）

摘要：本文首先介绍了目前市场上主流流速测量装置的优缺点，综合考虑众多因数后选用OSI流速仪，在实际运用过程中发现测点断面处烟气流场分布极不均匀，导致测得的流速数据存在较大偏差，经过现场比对试验、分析研究后研制了烟气扰流装置，通过对发射端局部烟气进行加热，放大气团乱流信号，从而实现了在线烟气流速的准确测量。

关键词：CEMS，流速，光闪烁，扰流，乱流

引言

随着国家对环保重视度越来越高，烟气在线监测系统（CEMS）中的每个烟气参数都显得很重要。而流速作为计算污染物排放总量的关键参数，已不再局限于定性的分析上，丝毫的误差会对最终排污费的缴纳产生较大的影响。所以在当前环境下，对烟气流速的准确测量显得尤为重要。

目前市场上烟气流速测量主要有差压皮托管式、超声波式、热式以及光闪烁式。传统的差压皮托管流量计虽然安装简单，实用方便，但容易堵塞，且只能反映烟道内单点的流速情况，无法确切反映整个断面的数据；超声波流速仪测量的是通过测试烟道中上、下游安装的超声波传感器的发射和接收时间差，来计算烟气的流速值，所测数据代表的是线流速，圆形烟道可以直接作为断面流速，受腐蚀小（外部），但安装位置影响较大（避免流速分层、有涡流的流场），受烟气流场影响比点测量略好；热式传感器容易被粉尘（特别是石膏浆液）污染后，无法感应热量变化，影响测量，且水滴影响测试准确，造成热量损失，气体的密度变化导致组分变化（水分等）会影响流速的校准。光闪烁流速仪基于相关法原理，利用烟气中湍流的变化，通过测量同一湍流在接收端的位移时间来计算出烟气的流速值，很好的克服了以上设备的不足处，且更具有代表性。

1概述

江苏南京某电厂2*600MW机组#4炉于2017年10月完成超低排放改造，流速测量选用OSI流速仪OFS2000基于光闪烁原理。测点安装位置距离前部转弯处约为25米，烟道宽度约为6米，完全满足HJ75-2017要求，从理论上讲该处流场已趋于平稳。

图1OSI流速仪测点示意图

然而流速仪投运后，实时曲线如图2示，实际测量的流速值从零到一个随机值之间跳动，根本无法反映烟道内实际的烟气流量，从流速曲线分析可能导致此情况主要有三点：供电电源不稳定对信号输出干扰、周边不稳定的电磁场对设备信号干扰、所选流速测点位置不处于该截面的主流处。

图2流速实时曲线图

2流速数据异常分析

（1）OSI流速供电分为380和220VAC两种，吹扫风机采用380VAC电源，而主机及探头部分采用220VAC供电，现场供给设备的只有一路380VAC的三项四线制电源，220V通过取其中一根火线及零线获取，考虑到380V电源点压的波动会对主板及探头信号产生干扰导致数据波动，从CEMS小屋单独引一路220VAC电源给主机供电。改造完成后，观察流速曲线仍处于无规律的跳动状态。

（2）该电厂位于城市郊区，附近有三座移动基站，为消除电磁辐射对主机信号输出产生的干扰，在设备外壳加装屏蔽罩；在主机设备信号电缆的输出端加装屏蔽环；重新改进了设备信号及电源的接地线。一系列改造完成后流速测量数据仍然异常。

（3）排除供电电源及周边电磁干扰等因数后，只有可能是烟道内实际流场不稳定导致测得数据异常。通过现场多个比对孔实测发现，测点处的实际流速确实变化很大，流场很不稳定，只有通过对发射端附近的烟气进行整流才能消除干扰，获得精确的流速数据。

3解决方案

烟道中的烟气流场远比我们想象的要复杂多，烟气的主流不一定都分布在烟道或者烟囱中间部份，如果安装位置不合适，或者负荷变化导致流场产生变化，所测的流速会受到其他乱流的影响，导致数据产生异常波动；甚至侧脸位置处于整个烟道的相对静风区，此区域气流相对静止，没有剧烈的运动，测得的流速在零与某个随机值之间跳动，所以需在紧贴着光学镜头接收端的上游位置加装一套扰流装置，对被测气团进行加热（300-400℃）整流，加剧气流的运动，放大反映烟气量变化的正常湍流，消除异常气流对数据的影响。

扰流装置由扰流棒加热棒和控制箱组成。加热棒外层采用耐磨的陶瓷材料，其加热温度控制在350℃左右，用户可通过外置的控制箱观察加热棒的运行状况，根据烟道内的烟气流场对加热温度进行调节。该装置安装示意图如下。

图3扰流装置安装示意图

图4流量与负荷对照曲线图

通过对流速仪发射端附近气团进行加热，放大被测烟气中乱流的信号，使得接收端能捕捉到清晰的光闪烁信号，从而准确的计算出穿过光径的气体流动平均流速。图4是电厂在增加了扰流装置后OSI流速仪测得的流量值与锅炉负荷的对照曲线，从中可看出该流速仪能完全反映锅炉的运行情况。

4结语

综上所述，在采用光闪烁法测量烟气流速时，可在发射端探头上游处加装扰流装置，对局部烟气进行加热，加强了气体湍动，使得烟气的乱流更加明显，从而捕捉到更加强烈的光闪烁信号，无论是水平宽烟道还是复杂的烟道转角处，都能准确的测量烟气的流速值。为电厂计算出可靠的污染物排放量做出了有力的保障，也为电厂节能减排工作提供了技术支持。

参考文献：

[1]光学信号互相关法烟气流速测量的研究，光学技术，2006.

[2]湍流大气中波的传播理论，科学出版社，1978.

[3]固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范（HJ75-2017）.

[4]固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法（HJ76-2017）.

[5]烟气排放连续监测系统(CEMS)监测技术及应用，化学工业出版社，2015年01月.

作者简介

周志兴（1983），男，江苏省南京市人，本科，现为江苏方天电力技术有限公司，工程师。