圆形烟道流速监测点的优化布置.docx

1、第33卷第1期Vol.33No.1金属制品SteelWireProducts2007年2月February2007圆形烟道流速监测点的优化布置郭学伟(安阳钢铁集团有限责任公司455004)摘要针对圆形烟道流速监测点布置存在的问题，用流体力学理论进行分析、优化，在确定采样断面后，在距采样孔0.39/?处设一个测点，即可代表断面的平均流速，实际证明，该方法满足烟道流速监测要求，取得满意效果。关键词圆形烟道;流速测量;烟粉尘监控中图分类号X803.1OptimizingCollocationofVelocityofFlowMonitoringPointsinCircularFlueGuoXuewei

2、(AnyangIronandSteelGroupCo.,Ltd.455004)AbstractInviewofproblemsexistinginvelocityofflowmonitoringpointscollocationincircularflue,usinghydrodynamicstheorytoanalyzeandoptimize,onemonitoringpointat0.39Rdistanceofsamplingholeisneeded,whichcanrepresentaveragevelocityofflowatsection.Themethodcansatisfythe

3、monitoringrequirementsofvelocityofflowinflue,andgetsatisfactoryeffect.Keywordscircularflue；velocityofflowmeasurement；smokepowdermonitoringandcontrolling随着环保要求的提高，国家加强了对烟粉尘排放鼐的监控，金属制品企业一些炉子的烟尘排放也将得到治理和控制。在有组织排放源中，烟粉尘监测是大气污染防治中一项重要的工作，可以确定污染物的排放浓度、排放量，检查污染物排放是否符合国家排放标准，评价除尘装置的性能、除尘效率，为大气污染防治提供技术支持。烟粉尘

4、监测是一项十分烦琐的工作，受现场的工艺条件、除尘器、除尘管道布置的限制。在烟粉尘监测中，准确选择采样位置和确定采样点的数目，采集有代表性的烟粉尘样品非常重要。1烟粉尘监测采样断面和采样点的选择烟粉尘监测通常是用采样管从烟道中抽取一定埴的含尘气体，经过滤简将尘粒收集下来，然后根据收集尘粒量和抽取的烟气星求出烟尘浓度和排放量，因此要求采集到的样品能代表断面烟气流速和尘粒分布情况。这涉及采样断面和采样点的确定，采样断面要求气流平稳、尘粒分布比较均匀,应在距离弯头、接头、阀门和其他变径管段的下游方向大于6倍烟道直径处，或在其上游方向大于3倍烟道直径处，同时优先考虑垂直管段。采样断面确定后，采样点主要根

5、据烟道大小和断面形状来决定，烟道形状以圆形烟道居多，圆形烟道的布点就是将烟道分成一定数量的等面积圆环，沿着相互垂直的2个采样孔的方向，在每个等面积圆环上各取4个点为采样点。不同直径的圆形烟道所需等面积环数见表1,当烟道直径超过5m时，每个圆环面积不超过1。采样点距烟道内壁的距离见表2。表1圆形烟道等面积圆环和采样点的确定烟道直径/m环数/个每1检测面采样点数总计/个<1124-812238-12233412-163-54516-20由表1和表2可以看出，烟道直径增大,采样点数量也应增加。随着企业的发展，除尘设施的除尘能力也越来越大,烟囱直径也不断增大，在监测过程中，采样点分布过多带来的问

6、题也很突出：（1）监测断面确定后，直径比较大的烟囱采样点位多达数十个，监测工作：很大；（2）采样点过多，必然增加采样枪长度,导致监测成本升高；（3）监测过程中移动采样枪，引起气流波动，影响监测结果的准确性；-54-第33卷(1)(3)表2采样点距烟道内壁的距离采样点编号环数/个1234510.146R0.067/?0.044/?0.033/?0.022/?20.853/?0.250/?0.146/?0.105R0.082/?30.750R0.294/?0.195R0.145/?40.933/?0.706/?0.321/?0.221R50.853/?0.679/?0.344R60.956R0.8

7、05/?0.656R70.895/?0.713R80.967R0.855R90.918/?100.978/?（4）在监测过程中反复多次移动采样枪，增加监测人员的劳动量,尤其是在采样后期,随着采样点距离采样孔越来越远，监测人员手持采样枪也越来越困难;（5）在线监测技术是一种发展方向，如果在线监测需移动采样枪,必须增加装置，加大在线监测成本，造成在线监测仪器的故障率高，严重制约在线监测技术的推广和应用。2采样点的优化2.1采样点优化的理论依据针对监测过程中存在的问题，采用流体力学理论对采样点进行优化，合理减少检测点,使实际监测检验工作快速可靠进行成为亟待解决的课题。根据英国物理学家雷诺试验:当流速

8、较小时，流体的流动形态为层流；当流速较大时，流体的流动形态为紊流。烟道中烟气流速大多在5-30m/s,因此烟道中烟气流动形态多为紊流，其流速分布如图1所示。图1烟道内紊流流速分布图根据边界条件对紊流的影响，紊流分为光滑紊流、粗糙紊流、过渡紊流3种状态。普朗特通过对大量实测资料分析，提出了紊流流速符合指数型分布规律的经验公式%顷）式（1）中以距管壁y点的流速；%管心的流速；R管道半径；n随雷诺数Re而变的指数。对上式积分求断面平均流速0=事。向=1血（*）'必=与由式（1）、（2）可得*睥）囹,令卜1,求得不机值条件下，点流速与平均流速相等时位置,即不同值下y/R值，结果见表3。表3不同

9、n值下值R,ny/Ry/R均值4X1031/60.39650.3902.3x101/6.60.39411.1X1051/70.39261.1xlO61/8.80.38782x1061/100.38553.2x1061/100.3855从表3可以看出，了/R值为0.3855-0.3965,变化范围小，取其平均值y=0.39/?作为圆形烟道断面平均流速的测点。验证测点的可靠性，将（v-v9R）/v作为指标进行误差分析,计算结果见表4。表4不同值下1（”-蹄）/，1的值n1(uf桃)/。11/60.241/6.60.121/70.091/8.80.101/100.11从表4可以看出，相对误差|3-3

10、9"）/仙0.24%，用.球代替r是可行的。2.2实际应用在现场选取工况平稳的圆形垂直烟道进行监郭学伟:圆形烟道流速监测点的优化布置郭学伟:圆形烟道流速监测点的优化布置-55-测，直径4.2m,采样断面位于变径管道上游15m处，管道壁厚150mm。优化前采样点8个,分别距采样孔289,591,969,1498,3002,3531,3909,4211mm,由于采样枪长度（3m）不够，只能测前4个点,后4个点在对面采样孔测试。优化后采样点只有1个，距采样孔969mmo分别采用2种布点方法进行监测，各测3个周期。优化后测点流速与等面积网环布点测得流速进行比较，结果见表5。表5优化后测点流速

11、与等面积圆环布点测得流速比较圆环式布点。前/（ms"1）优化后测点，后/（nis'1）相对误差/%18.520.08.120.218.110.321.519.49.8从表5可以看出，优化后测点与等面积圆环布点测得流速相对误差在10.3%以内，满足烟气流速监测要求。从实际应用可以看出，优化后采样点从8个减少到1个，无需将仪器移到对面采样孔进行监测，使监测工作景大幅度减少;优化前采样枪长度3m不够，优化后采样枪只需1.5m,降低了监测设备成本,方便监测人员操作采样枪;1个采样点便于在线监测仪器传感器的布置，减少故障率，降低运行成本，提高监测质量。3结语在圆形烟道烟粉尘监测中，根据

12、采样断面的选择原则，确定采样断面后，在采样断面上只需在距采样孔内壁0.39R处设一个测点，即可代表断面的平均流速，此点位可满足烟道流速监测的需要。监测点位置优化后，不仅满足监测精度的要求，减少监测人员的劳动宗，而且为下一步在线监测仪器的推广应用，提供了可靠的技术支持。参考文献1J吴桢祥.水力学M.北京:气象出版社,1994：130-134.2国家环境保护局空气和废气监测分析方法编写组.空气和废气监测分析方法M.北京：中国环境科学出版社，1990:327-328.作者简介郭学伟1967年生，安阳钢铁集团有限责任公司安全环保部工程师。（收稿日期：2006-10-23）全国金属制品信息网第21届年会

13、征文启事以“自主创新、资源节约、和谐发展、共赢世界”为主题的“全国金属制品信息网第21届年会”拟于2007年第4季度召开,将邀请国内外从事金属制品行业的领导与专家参加会议，届时将出版年会文集。欢迎国内外金属制品及相关行业的生产、技术、管理和营销人员及高校师生、研究院所科研人员踊跃投稿。征文内容1.国内外金属制品行业现状及发展趋势;2.金属制品企业在技术、产品开发、生产中自主创新的实践;3.金属制品的资源节约、环境保护和清洁生产技术;4.更新管理理念的探索和实践经验，创建和谐行业的思考建议;5.金属制品企业与外方合作的经验与体会;6.拓展国际金属制品市场的经验与体会;7.金属制品生产设备的开发与研制，引进设备的消化与创新;8.原辅材料的开发与应用（如线材、拉丝模、润滑剂等）；9.用户对金属制品产品在技术和服务方面的新要求；10.执行新标准，进行新认证的经验与体会等。征文要求1.征文内容字数不限;2.稿件层次清楚、文字简练、逻辑性强、图表清晰,100-300字的摘要和38个关键词;3.尽最用E