CN217900922U - 一种全截面平扫的烟气流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及环保监测领域，尤其涉及一种全截面平扫的烟气流量测量装置。包括至少一个基于电子天平测量重力原理的测力装置，测力装置通过移动机构横向或者竖向连接于需要检测的矩形管道或者圆形管道的测量截面上。可以对整个大截面管道测量端面进行平扫，测量出整个断面上的气体速度分布，克服了大截面管道由于直管段短、流场紊乱、流量不易测准的难题；本实用新型装置结构不存在堵塞问题，进一步提高了监测***的可靠性；彻底解决了大截面管道流速低，特别是在低负荷工况下运行时，流量无法测量的问题；与全截面布置测量点的装置比较，大大降低了测量装置在测量端面上的挡风面积，减少了气体的流动阻力。

Description

一种全截面平扫的烟气流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种烟气流量测量装置，尤其涉及一种全截面平扫的烟气流量测量装置。

背景技术

随着全世界对地球环境的不断重视，提出了未来限制各国二氧化碳、甲烷等温室气体排放的要求，为了实现“双碳”目标必须首先摸清各项企业的温室气体的排放总量，国家也对各种温室气体排放监测提出了明确要求。温室气体都是随着工业废烟气排入大气的。因此有必要对各项企业的各种废烟气排放量实施在线监测。

采用现有测量技术的烟气流量测量装置存在下列问题：

1、目前国内主要的烟气排放行业，其排放烟气管道的截面都非常大，一般的圆管直径会达1~10米，矩形管道的长宽也会达1~10米，而且管道占地面积较大，都无法布置较长的直管段，这样带来的问题是管道内气体流场分布极不均匀，特别是随着排放设备的负荷变化，管道内气流的流场也会随之改变，采用在大截面管道内布置单个或几个测量点的测量方法，都无法准确测量出管道内气体的实际流量；

2、由于排放的烟气中会含有灰、水、油污等杂物，几乎所有的烟气流量测量装置都存在不同程度的堵塞现象，无法长期可靠使用；

3、由于烟气排放管道截面大，从节能的角度考虑，管道内流速设计值相对较低，一般正常工况下只有15m/s左右，在低负荷工况下流速就会更低。以国内大型火力发电厂机组为例，其白天和夜间机组负荷相差很大，夜间由于电网用电量少，其负荷只有白天的20~30%。这时其管内的流速甚至会不到5m/s，现有的基于差压式流量测量装置，其本身在正常工况时，输出的差压值就较小，一般为80Pa左右，测量精度低；在低负荷工况下，测量装置就几乎没有差压输出。现有的微差压变送器技术根本无法准确测量出这么小的差压，此时就会致使整个测量装置无法使用；

4、目前国内许多基于差压式流量测量装置，将测量点布置到整个管道截面上，甚至采用阵列式布置，这样势必会减少管道的通流面积，大大的增加了管道内气体的流动阻力，从而增加了风机设备的电能消耗，很不节能。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述缺陷，提供一种全截面平扫的烟气流量测量装置。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种全截面平扫的烟气流量测量装置包括至少一个基于电子天平测量重力原理的测力装置或者至少一个一次测量元件，一次测量元件或者测力装置通过移动机构横向或者竖向连接于需要检测管道的测量截面上。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述基于电子天平测量重力原理的测力装置由底座、称重传感器、托盘组成。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述称重传感器为电磁式、电感式、电阻应变式或者电容式。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述一次测量元件为热导式、毕托管式或者靠背式。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述移动机构包括固定杆，固定杆上均匀分布至少一个测力装置，测力装置的托盘上表面正对气流方向，所述固定杆的一端通过上滑轮连接在上导轨上、另一端通过下滑轮连接在下导轨上，所述固定杆的一端固定连接钢丝绳一、另一端固定连接钢丝绳二，钢丝绳一和钢丝绳二的两端都连接至绕线轮一，钢丝绳一和钢丝绳二形成矩形结构、并且四周各连接一个定滑轮，绕线轮一连接步进电机一，步进电机一连接PLC可编程逻辑控制器一，所述固定杆为空心杆、其内部设有用于布置连接测力装置的信号线，信号线的一端连接测力装置、另一端连接PLC可编程逻辑控制器一。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述移动机构包括导轨，导轨上设有一个测力装置，测力装置的底座嵌入导轨的导轨槽内、同时连接在一根钢丝绳三上，钢丝绳三绕过一个定滑轮后、其两端连接在绕线轮二上，所述测力装置通过信号线连接PLC可编程逻辑控制器二，PLC可编程逻辑控制器二和绕线轮二连接步进电机二。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括所述移动机构的一侧位于水平矩形管道或者圆形管的外设有用于测力装置清零的测力装置清零室。

一种全截面平扫的烟气流量测量装置的测量方法，该测量方法包括：

S1、根据需要检测的矩形管道或者圆形管道上设置测量装置，将测量装置上测力装置的托盘正对于气流的流动方向；

S2、记录通过称重传感器检测的托盘上由于气流产生的作用力F，结合测力装置上托盘的阻力系数K、测力装置上托盘的迎风面积A、管内被测气体密度ρ，由于托盘受到的作用力大小与气体流动速度的平方成正比，根据公式计算出被测气体速度V，公式为F=K·A·ρ·V²。

本实用新型的有益效果是：

1、可以对整个大截面管道测量端面进行平扫，测量出整个断面上的气体速度分布，克服了大截面管道由于直管段短、流场紊乱、流量不易测准的难题；

2、本实用新型装置结构不存在堵塞问题，进一步提高了监测***的可靠性；

3、彻底解决了大截面管道流速低，特别是在低负荷工况下运行时，流量无法测量的问题；

4、与全截面布置测量点的装置比较，大大降低了测量装置在测量端面上的挡风面积，减少了气体的流动阻力，具有十分可观的节能效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型中测力装置的结构示意图；

图2是本实用新型用于矩形管道气流测量装置的结构示意图；

图3是本实用新型用于圆形管道气流测量装置的结构示意图；

其中：1、固定杆，2、测力装置，3、上滑轮，4、上导轨，5、下滑轮，6、下导轨，7、钢丝绳一，8、钢丝绳二，9、绕线轮一，10、PLC可编程逻辑控制器二，11、步进电机一，12、PLC可编程逻辑控制器一，13、导轨，14、钢丝绳三，15、步进电机二，16、绕线轮二，17、测力装置清零室。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基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。

一种全截面平扫的烟气流量测量装置，包括至少一个基于电子天平测量重力原理的测力装置2或者至少一个一次测量元件，一次测量元件或者测力装置2通过移动机构横向或者竖向连接于需要检测管道的测量截面上。

测力装置2的结构如图1所示，测力装置2由底座、称重传感器、托盘组成。电子天平的原理是把一定质量的物体放在称重托盘上，托盘下的传感器会感受到物体的重力从而输出电信号，重力越大，电信号输出就越大，通过信号处理及相应的计算程序就可以精准的计算出被称物体的质量，本实用新型将电子天平的称重技术用于测量气体的流动速度上。

根据不同的工作原理，测力装置2的称重传感器为电磁式、电感式、电阻应变式或者电容式。

根据测量物质的不同，用于平扫测量的元器件不仅仅是测力装置2，还可以是一次测量元件，一次测量元件为热导式、毕托管式或者靠背式。

当有一股气流正向面对测力装置托盘吹来时，如图1所示，托盘会受到一个力的作用。气流的速度越大，托盘受到的作用力也会越大。通过实践表明：托盘受到的作用力大小与气体流动速度的平方成正比，对于关系如下公式如下：

F=K·A·ρ·V²；

上式中：F——测力装置托盘受到的作用力，单位：Kg；

K——测力装置托盘的阻力系数，与托盘形状有关，为常数；

A——测力装置托盘的迎风面积，单位：m²；

ρ——管内被测气体密度，单位：Kg/m³；

V——被测气体速度，单位：m/s；

因此通过测量传感器输出信号的大小及相应的计算程序，就可精准地推算出气体流动的速度。

电子天平传感器精度很高，同样基于电子天平测量重力原理的测力装置精度也很高，测量很低的气体流速时能产生较大的信号输出。实际试验表明：在微流速0~5m/s的范围内，测力装置一个仅110mm直径的托盘，就能产生0~29克的质量输出。说明在测量低流速时，照样可以获得很高的测量精度，彻底解决了基于差压式流量测量装置在低流速状态下无法准确测量的问题。

进一步试验发现，将测力装置测量部件转过90°，也就是天平托盘由原来的朝向向上改成向左或者向右，将传感器固定在底座支架上，称重托盘固定在传感器上，气流按水平方向垂直吹向托盘，传感器仍然能够准确地测量出气流速度的大小。此时，应变式测力装置传感器只测量出垂直于托盘方向的作用力，而垂直于地面方向的剪切力不进行测量。

同样，若将测力装置测量部件再转过90°，也就是测力装置托盘由原来的朝向向下，将托盘朝向地面，气流方向从下而上垂直吹向托盘。此时，应变式测力装置传感器感受到的力是气流的作用力和托盘自重两者的差值，也就是说只要将此时测力装置感受到的作用力再加上托盘的自重，就是实际气流产生的作用力，这样就能够准确的推算出气流的速度。

试验结果表明：利用电子天平称重原理的测力装置可以对任何流向的气流速度进行准确测量，无论被测气体管道是水平方向还是垂直方向，垂直管道内的气流可以自下而上或者自上而下，都可以做到精准测量。

实施例一：

如图2所示，为水平矩形管道的测量装置布置结构，包括移动机构包括固定杆1，固定杆1上均匀分布至少一个测力装置2，测力装置2的托盘上表面正对气流方向，固定杆1的一端通过上滑轮3连接在上导轨4上、另一端通过下滑轮5连接在下导轨6上，固定杆1的一端固定连接钢丝绳一7、另一端固定连接钢丝绳二8，钢丝绳一7和钢丝绳二8的两端都连接至绕线轮一9，钢丝绳一7和钢丝绳二8形成矩形结构、并且四周各连接一个定滑轮，绕线轮一9连接步进电机一11，步进电机一11连接PLC可编程逻辑控制器一12，固定杆1为空心杆、其内部设有用于布置连接测力装置的信号线，信号线的一端连接测力装置2、另一端连接PLC可编程逻辑控制器一12。

图中将若干个测力装置2测量点布置固定在同一根测量固定杆1上，测力装置2的托盘方向正对气流来向，固定杆1为空心杆，内部用于布置测力装置信号线，测力装置测量点的多少，可以根据被测量气体管道截面的大小以及管道内气流紊乱程度来确定。固定杆1通过上下滑轮支撑在上下导轨上，固定杆左、右两侧上下分别对称布置两组钢丝绳，钢丝绳通过定滑轮连接到绕线轮上，绕线轮连接步进电机，通过步进电机的正反转动，可以使固定杆1在钢丝绳的牵引下，在被测管道内左右来回匀速移动。每个测力装置2的传感器在自左向右或者自右向左匀速移动的过程中，能够测量出整个管道宽度方向上任何一点的对应速度，若干个测力装置传感器都在这样进行测量，就可以实现对整个被测管道截面的平扫，每个测力装置测量点的信号全部连接到PLC可编程逻辑控制器一12，步进电机题11也由PLC可编程逻辑控制器一12进行控制。经过计算得出整个截面的流量值。从而测量出截面上的平均流速，实现对大截面管道内气体流量的精确测量。为了进一步提高测量精度，在管道最右侧设制测力装置清零室。当把固定杆1连同测力装置测量点全部拉入清零室时，由于测力装置的托盘不会受到管内气流的冲击，可以实现对全部测力装置测量点的清零，进一步提高测量精度。

用同样的方法也可以将固定杆1横向布置，实现对整个管道截面的上下平扫。平扫方式的选择可以根据管道的布置情况而定，平扫的方向可以根据管内流场偏斜情况加以确定。根据管道入口前弯头的导向，若弯头导向致使气流在测量断面处的流场左、右方向，偏差较大那么测量杆就左右平扫。若弯头导向致使气流的流场上、下方向偏差较大，那么测量杆就上下平扫。这样的布置方法选择，使流量测量更加精准。

实施例二：

如图3所示，为圆形管道的测量装置布置结构，对于圆形管道的流量测量，只要测量出截面上相隔两个90°方向直径上的速度分布即可，图中包括导轨13，导轨13上设置一个测力装置2，测力装置2的底座嵌入导轨13的导轨槽内、同时连接在一根钢丝绳三14上，钢丝绳三14绕过一个定滑轮后、其两端连接在绕线轮二16上，所述测力装置2通过信号线连接PLC可编程逻辑控制器二10，PLC可编程逻辑控制器二10和绕线轮二16连接步进电机二15。

图3中导轨按圆管道的直径方向进行布置，将测力装置测量点的底座嵌入导轨槽内，天平底座在左右两侧钢丝绳的牵引下，可以实现在整个管道直径方向上的来回移动，从而可以测量出直径方向上任何一点的流速，并按等截面流量测量计算方法，得到管内的实际流量。

全截面平扫的烟气流量测量装置的测量方法，该测量方法包括：

S1、根据需要检测的矩形管道或者圆形管道上设置测量装置，将测量装置上测力装置的托盘正对于气流的流动方向；

S2、记录通过称重传感器检测的托盘上由于气流产生的作用力F，结合测力装置上托盘的阻力系数K、测力装置上托盘的迎风面积A、管内被测气体密度ρ，由于托盘受到的作用力大小与气体流动速度的平方成正比，根据公式计算出被测气体速度V，公式为F=K·A·ρ·V²。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：包括至少一个基于电子天平测量重力原理的测力装置（2）或者至少一个一次测量元件，一次测量元件或者测力装置（2）通过移动机构横向或者竖向连接于需要检测管道的测量截面上。

2.如权利要求1所述的全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：所述基于电子天平测量重力原理的测力装置（2）由底座、称重传感器、托盘组成。

3.如权利要求2所述的全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：所述称重传感器为电磁式、电感式、电阻应变式或者电容式。

4.如权利要求1所述的全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：所述一次测量元件为热导式、毕托管式或者靠背式。

5.如权利要求1所述的全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：所述检测管道为矩形管道，移动机构包括固定杆（1），固定杆（1）上均匀分布至少一个测力装置（2），测力装置（2）的托盘上表面正对气流方向，所述固定杆（1）的一端通过上滑轮（3）连接在上导轨（4）上、另一端通过下滑轮（5）连接在下导轨（6）上，所述固定杆（1）的一端固定连接钢丝绳一（7）、另一端固定连接钢丝绳二（8），钢丝绳一（7）和钢丝绳二（8）的两端都连接至绕线轮一（9），钢丝绳一（7）和钢丝绳二（8）形成矩形结构、并且四周各连接一个定滑轮，绕线轮一（9）连接步进电机一（11），步进电机一（11）连接PLC可编程逻辑控制器一（12），所述固定杆（1）为空心杆、其内部设有用于布置连接测力装置的信号线，信号线的一端连接测力装置（2）、另一端连接PLC可编程逻辑控制器一（12）。

6.如权利要求1所述的全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：所述检测管道为圆形管道，移动机构包括导轨（13），导轨（13）上设有一个测力装置（2），测力装置（2）的底座嵌入导轨（13）的导轨槽内、同时连接在一根钢丝绳三（14）上，钢丝绳三（14）绕过一个定滑轮后、其两端连接在绕线轮二（16）上，所述测力装置（2）通过信号线连接PLC可编程逻辑控制器二（10），PLC可编程逻辑控制器二（10）和绕线轮二（16）连接步进电机二（15）。

7.如权利要求1所述的全截面平扫的烟气流量测量装置，其特征在于：所述移动机构的一侧位于水平矩形管道或者圆形管的外设有用于测力装置（2）清零的测力装置清零室（17）。

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