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摘要：火力發(fā)電廠發(fā)電過程中，煙氣流量在線監(jiān)測的準(zhǔn)確性一直是困擾環(huán)保部門的一大問題。采用基于計算流體力學(xué)的數(shù)字化分析技術(shù)和工況標(biāo)定的方法，對某電廠煙氣在線監(jiān)測裝置實施了技術(shù)升級，提高了環(huán)保部門對煙氣監(jiān)測的準(zhǔn)確度。結(jié)果表明，采用數(shù)字化分析技術(shù)，能夠顯著減小煙氣的在線監(jiān)測誤差，真實反映工業(yè)企業(yè)的煙氣排放情況，有助于更好地處理和控制煙氣內(nèi)有害物質(zhì)，使排除煙氣達到國家規(guī)定的環(huán)保排放要求。

關(guān)鍵詞：煙氣；數(shù)字化分析；在線監(jiān)測；環(huán)保

引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展及工業(yè)化和城市化進程的不斷推進，生態(tài)環(huán)境遭到破壞的問題也接踵而至，嚴(yán)重影響到人們的生活［13］。煙氣排放是造成我國大氣污染的重要因素，而大部分的煙氣排放是煤炭燃燒造成的，尤其是火力發(fā)電過程中排放的大量煙氣占據(jù)了很大比重。火力發(fā)電是我國不可或缺的電力供應(yīng)方式，因此，對其發(fā)電過程中產(chǎn)生煙氣的在線監(jiān)測尤為重要。電力工作者一直在尋找各種方法減少煙氣的污染，除了對煙氣中NOx、SO2和煙塵含量的在線監(jiān)測外，還需要對煙氣的流量進行準(zhǔn)確監(jiān)測。經(jīng)除塵后的煙氣流量在線監(jiān)測的準(zhǔn)確性直接影響到排入大氣的實際煙氣量以及對前期的脫硫、脫硝和除塵等工藝的控制。本文對某電廠除塵器出口的煙氣管道進行了數(shù)字化分析［45］，得到了合理的在線監(jiān)測裝置的安裝位置，并進行了工況標(biāo)定，解決了在線監(jiān)測結(jié)果偏差過大的問題。

1在線監(jiān)測工況

根據(jù)某電廠管道圖紙（圖1），建立三維模型如圖2所示。煙氣經(jīng)靜電除塵器后，分別從兩出口進入兩分支管道（圖2），直管段長091D，存在安裝監(jiān)測裝置的可能；兩分支管向下游發(fā)展匯合后，進入豎直向下總管，總管中裝有調(diào)節(jié)流量的百葉閥。原有監(jiān)測裝置安裝在百葉閥上方，該位置管道水力直徑只有053D，直管段嚴(yán)重不足，必將引起原流量監(jiān)測不準(zhǔn)確。除塵器出口管道內(nèi)煙氣的工作溫度為330℃，工作壓力3kPa，工況密度0562083kg／m3，動力黏度為3×10－5Pa•s。除塵后煙氣分支管道為4m×5m×0005m，總管直徑8m×5m，流向如圖2所示。現(xiàn)場最小流量為300t／h，常用流量600t／h，最大流量800t／h，刻度流量1200t／h。靜電除塵后煙氣在線監(jiān)測存在的問題：①管道直管段不足；②管道為方形管道并帶有多處變徑結(jié)構(gòu)，屬異形管道；③所測介質(zhì)含粉塵，易導(dǎo)致在線監(jiān)測傳感器磨損堵塞。

2在線監(jiān)測管道氣流分布

采用現(xiàn)場提供的運行參數(shù)對除塵器出口煙氣管道流場進行數(shù)字化分析，如圖3所示。圖3（a）、圖3（b）分別為在線監(jiān)測管道內(nèi)煙氣流動的速度和壓力分布云圖，煙氣在除塵器中流速較慢，在出口處經(jīng)縮徑管后分別進入對應(yīng)1號、2號支管，由于縮徑的減縮結(jié)構(gòu)，1號、2號支管中流場分布總體穩(wěn)定。2條分支管道向后發(fā)展并匯入總管，總管氣流在交匯段碰撞混合，流場紊亂，同時由于總管區(qū)域裝有調(diào)節(jié)流量用百葉閥，百葉閥在調(diào)節(jié)流量的同時不斷改變流場，原有流量計安裝在百葉閥前側(cè)，必然引起監(jiān)測不準(zhǔn)。1號、2號支管在整條管道模型中直管段最長，并且直管段上下游結(jié)構(gòu)比較簡單，適合安裝在線監(jiān)測裝置。總體分析后，選取管道中具有代表性的切面，分析煙氣在管道內(nèi)的速度和壓力分布。由圖3（c）管道水平切面速度分布可知，1號、2號支管上游為除塵器出口變徑結(jié)構(gòu)，受漸縮管區(qū)域緩沖，對1號、2號支管的直管段區(qū)域影響較小，1號、2號支管直管段區(qū)域的速度場和壓力場（圖3（d））較穩(wěn)定，預(yù)計可以得到較好的監(jiān)測精度。1號、2號支管直管段下游流體開始碰撞混合，氣流的速度場和壓力場波動劇烈，不能安裝在線監(jiān)測裝置。

3監(jiān)測裝置安裝位置的選取

根據(jù)現(xiàn)場提供的工況，煙氣經(jīng)靜電除塵后，粉塵含量降低，但并不純凈，為保證在線監(jiān)測裝置不堵塞，傳感器必須具備防堵特性；粉塵的沖刷易引起傳感器磨損變形，降低使用壽命，因此必須具備耐磨特性。綜上工況條件和要求，選用防堵型插入式流量計作為在線監(jiān)測裝置，傳感器結(jié)構(gòu)如圖4（a）所示。2支管結(jié)構(gòu)對稱，只需確定1號支管安裝位置。在1號支管水平直管段，每隔05m取一橫截面，共取7個（為方便觀察，僅顯示5個截面如圖4（b）所示）。由圖4（c）所示的各橫截面平均流速分布曲線可知，在Z＝－55m坐標(biāo)前（靠近除塵器出口側(cè)）截面平均流速存在波動，Z＝－40m坐標(biāo)后截面平均流速逐漸提高；在Z＝－55～－40m，流速波動平緩，其中Z＝－5～－45m最平穩(wěn)。因此，選Z＝－475m截面作為在線監(jiān)測裝置安裝截面。確定流量計安裝截面后，分析1號支管縱切面氣流速度分布均勻的截面，X方向各剖面（1號支管縱切面）速度矢量如圖5所示，在已選Z＝－475m截面區(qū)域，X＝－9m剖面（1號支管中心剖面）的速度分布合理，流速分布對稱性好，適合安裝在線監(jiān)測裝置，應(yīng)將傳感器插入到X＝－9m剖面中心Y＝0m處。2號支管安裝位置與1號對稱。

4在線監(jiān)測裝置工況精度

按上述安裝位置將在線監(jiān)測裝置安裝在除塵器出口煙氣1號分支管道上，選取刻度流量12000t／h、最大流量8000t／h、常用流量6000t／h、最小流量3374t／h，采用數(shù)字化分析技術(shù)進行標(biāo)定，獲得的在線監(jiān)測裝置精度分析數(shù)據(jù)見表1。除塵器出口煙氣管道安裝監(jiān)測裝置后實標(biāo)結(jié)果的平均儀表系數(shù)為1274417；儀表線性度044％，符合05級精度；刻度流量下差壓2203954Pa，最小流量下差壓值171247Pa，可以滿足變送器的信號要求。

5結(jié)論

綜上所述，該電廠靜電除塵器出口煙氣測量管道總管中百葉閥調(diào)節(jié)流量時改變管道流場，總管直管段嚴(yán)重不足，不能安裝在線監(jiān)測裝置。根據(jù)數(shù)字化分析技術(shù)，對在線監(jiān)測裝置進行技術(shù)升級后發(fā)現(xiàn)其精度能夠達到05級，該復(fù)雜工況下已屬高精度，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測煙氣流量，有助于更好地處理和控制煙氣內(nèi)有害物質(zhì)，達到國家規(guī)定的環(huán)保排放要求，減輕由于煙氣流量在線監(jiān)測不準(zhǔn)造成的排入大氣煙氣量增加對環(huán)境產(chǎn)生的危害。

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［5］陶文銓．?dāng)?shù)值傳熱學(xué)［M］．西安：西安交通大學(xué)出版社，2001．

作者：楊磊 孟立輝 單位：陜西省西咸新區(qū)秦漢新城環(huán)境保護局