高温高尘气体风量测量取气研究进展

2020-10-28唐新宇

河南建材 2020年6期

唐新宇

天津中材工程研究中心有限公司（300402）

0 前言

随着我国工业的发展，高温高尘气体的流量监测在优化工艺操作、降低能源消耗、降低污染物排放方面的作用日趋重要。冶金行业的高炉转炉焦炉、火力发电行业的一次二次风量、水泥行业的三次风量都需要进行精准的流量测量。这些待测气体普遍具有温度高（最高可达1 000℃）、粉尘含量高等特点。传统测量方式如文丘里管、热式流量计、热线风速仪、巴类流量计均严重不适应高粉尘的工作环境，目前主要使用皮托管类流量计对这类烟气进行测量。但是根据研究者实测经验压差式皮托管类流量计的测压口依旧容易被粉尘堵塞，特别是在高粉尘环境中，需要反复快速测量多次才能取得与标准偏差较小的测量结果。因此，提升高温高尘气体风量测量的准确度，实际上就是对皮托管取样部分的研究。

1 皮托管流量计简介

皮托管是一种测量测压管水头（压力）的管状设备，是法国人皮托发明的。皮托管并不能直接测量气体流量，而是要组合起来，一个测量气体的总压（动压+静压），另一个测量气体的静压，然后通过计算求出气体的动压，进而计算出气体的流速、流量。由于测量动压的皮托管是成对使用的，所以一般称这样成对使用的皮托管为一个皮托管。

皮托管测试原理为:

测压管水头等于动压与静压之和:

根据伯努利方程有

由于 ρt=ρs，ht=hs，经推导可得:

通过与截面面积总和计算就可以求出风量。

2 压差式皮托管流量计的改进

为防止皮托管上积灰从而影响动压测量的准确性，研究者进行了大量的研究。目前减少皮托管积灰的方式主要有:敲打机械清灰、吹扫、内部除尘、加防尘罩、正压反吹等手段。

周惠春[1]在总压取压管的顶端和静压取压管的顶端设置了固定连接的摆绳，并在绳子的下端设置了摆杆。利用被测量气体的动能振动摆绳、摆杆，摆杆敲打取压管，防止粉尘在测量装置内累积而堵塞，提高了测量准确性和测量使用周期。史志立[2]考虑到机械堵塞后清堵必须停止测量的问题，提出了一种螺旋状的清堵塞链。当气体或粉尘撞击测压管时，防堵塞链摆动敲打测压管内部积累的粉尘。但是单纯的机械清灰装置对高温黏性粉尘的作用有限。

禹敏雅[3]、李爱莲[4]、丁峰[5]均设置空气吹灰装置反吹测压管中的积灰，通过人工或机械定时反吹保证测量的准确性。但是根据笔者经验，反吹只能部分消除积灰问题，对硬质、黏性的高温粉尘效果有限。此外，反吹系统的稳定性、反吹风的量也会对测量结果有影响。蔡宽平[6]则是用超高压力反吹与离心分离结合的方法清除积灰，稳定性比仅增加反吹有一定的提高。

许赞昌[7]在取气管内部设置了碰撞板、挡灰板和积灰斗，通过气体与碰撞板的碰撞，降低气体动能，再通过挡灰板将粉尘引入积灰斗中排出，从而大大减少粉尘的堵塞现象。陈献春[8]则在取气管内部设置小型旋风筒，通过旋风分离将粉尘聚集排出。吴文甫[9]则是在取气管内部设置一个突然膨大的空间，降低气体流速，同时设置旋转的金属片阻挡粉尘继续前进，保证测量的连续性和准确性。但是内部除尘无法彻底解决结皮、积灰问题。明晓[10]在取气管前烟气顺流方向设置防尘罩，通过防尘罩的作用减少颗粒物进入取气管内部，但是这会对气流的流线造成扰动，影响测量准确性。

孙超[11]、田必勇[12]将皮托管的工作方式由负压吸入气体测量变更为正压反吹喷出气体测量。其基本原理仍然遵守贝努力方程，但是皮托管的总压和静压不是测出而是通过取气管末端的压力、取气管的流量算出。这样，高尘烟气不再进入皮托管，因此彻底解决了粉尘造成测量结果不准确和容易堵塞的缺点，是比较有发展前景的一种技术。