CN103292842A - 基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业炉窑烟气排放领域，尤其涉及在过剩空气燃烧环境下一种插入式烟气流量测量方法及装置。一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法，从数据处理装置输入端输入燃料的各组分含量和燃料流量，计算得到该燃料的理论空气比和理论烟气比以及理论空气量和理论烟气量；通过氧含量检测装置测量探头探测得到烟气中的氧含量，最终计算出实际烟气流量。一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置，包括数据处理装置和氧含量检测装置，氧含量检测装置内的测量探头伸入到排烟管中。本发明根据燃料的组份、流量以及烟气中氧含量来推算烟气流量，便于安装布置，为现存无流量检测的排烟管道中烟气流量测量提供了方便可行的测量装置和测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及工业炉窑烟气排放领域，尤其涉及在过剩空气燃烧环境下一种插入式烟气流量测量方法及装置。
背景技术
我国钢铁行业各种炉窑排放的烟气余热回收利用率仅为30%左右，远远低于发达国家水平，随着节能减排和环境保护的日益重视，加强低品位余热/废热资源的回收利用将是我国钢铁企业未来发展的主攻方向之一。在烟气余热回收中，首先要对烟气的余热量进行评估，这就涉及到烟气温度和流量的测量，通过烟气流量、烟气温度以及烟气物性可以对余热量进行计算，以便确定回收潜力、回收方案以及余热的潜在效益。温度可以通过温度计轻易测得，物性可以查得，但烟气流量往往不便于得到，并且中低温烟气余热的利用此前并未受到人们重视而许多厂矿企业往往忽略如何获得工业炉燃烧后的烟气流量的检测。因此，如何准确、方便、实时地测量烟气流量，是烟气余热利用前的一项重要工作。
目前，工业上获得烟气流量的方法主要是流量直接测量和通过燃料换算。
燃料换算法方面。工业炉中为保证充分燃烧、空气往往过量，并且空气往往是从多个途径、不同位置根据燃烧状况实时地掺入以调节燃烧，空气量往往很难准确得知或测量得到。因而通过燃料作理论换算很难对空气量的影响进行准确把握。
流量直接测量方面。往往需要在管道安装之初进行设计和布置，测量方法上主要是流量计测量，从结构上大致可分为容积式流量计、涡轮式流量计、差压式流量计等，根据安装位置划分又可概括为插入式流量计和非插入式流量计。这些流量计基本可以满足工业各种测量要求，但是在烟气余热回收方面往往差强人意。具体表现为：
①测量原理方面。常规测量原理一般基于速度、压力或动量衍生而来，物性参数的波动、分布的不均匀或是测量点选择不合适就容易导致测量偏差较大，不可靠。
②在操作性方面。基于速度或动量的流量计，在实际测量中操作性差，尤其在大截面管道内，速度分布情况不易掌握，不同测量点会导致很大差异；基于压差的流量计方面，普遍都是基于节流装置设计而成，易导致低流量排烟不畅或测量不准。
③在安装方面。一方面，烟气管道往往非常大，不适合常规流量计的安装；另一方面，目前烟气余热回收主要应用于已有工业炉的节能改造，常规流量计，如涡轮式流量计、文丘里管、靶式流量计等非插入式需要在铺设管道时嵌入进去，此时往往难以应用。
现有的中国专利201020121691.8中公开了一种插入式烟气流量计，该技术采用一根受力杆插入烟道内以接受不同速度下的压力信号，该装置包括：插入被测管道的检测杆和力电转换元件。检测杆与力电转换元件连接，力电转换元件与变换电路连接，检测杆与固定外壳通过支撑座连接，变换电路通过导线与固定外壳内的力电转换元件连接，固定外壳与被测管道焊接。该装置属于插入式流量计，克服了非插入式流量计的许多问题，但在高温烟气温度波动时，会出现检测杆应力及弹性系数剧烈变化，导致测量不准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法及测量装置，通过测量烟气中的氧气含量，再根据燃料的组份和流量来推算烟气流量，安装布置方便，为现存无流量检测的排烟管道中烟气流量测量提供了方便可行的测量装置和测量方法。
本发明是这样实现的：一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法，通过对烟气中含氧量的检测并通过数据计算处理来测量实际烟气流量，包括以下步骤：
步骤一、从数据处理装置输入端输入燃料的各组分含量和燃料流量，在数据处理装置中根据燃料的各组分含量及其中可燃成分的化学反应方程式计算得到该燃料的理论空气比，同时还根据完全燃烧残余空气组分计算得到该燃料的理论烟气比，再根据燃料流量通过公式1计算出理论空气流量、通过公式2计算出理论烟气流量；
理论空气流量＝燃料流量×理论空气比 公式1
理论烟气流量＝燃料流量×理论烟气比 公式2
步骤二、通过氧含量检测装置测量探头探测得到烟气中的氧含量，传输至数据处理装置，利用氧含量通过公式3计算出过剩空气量；
过剩空气量＝（过剩空气系数－1）×理论空气流量 公式3
其中：过剩空气系数＝实际空气流量÷理论空气流量＝21%÷（21%－氧含量）
步骤三、通过公式4计算出实际烟气流量。
实际烟气流量＝理论烟气流量+过剩空气量 公式4
一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置，包括数据处理装置和氧含量检测装置，所述氧含量检测装置的数据输出端与数据处理装置的输入端相连，数据处理装置的输入端与上位工业控制计算机相连，氧含量检测装置通过安装支座固定安装在排烟管的外壁上，氧含量检测装置内的测量探头伸入到排烟管中。
所述的测量探头外套装有保护套，测量探头的顶端伸出保护套。
所述数据处理装置包括数据处理模块、燃料流量输入模块、参数初设定模块和显示模块，所述燃料流量输入模块和参数初设定模块的输出端与数据处理模块相连，所述数据处理模块的输出端与显示模块的输入端相连。
本发明基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法及测量装置通过测量烟气中的氧气含量，再根据燃料的组份和流量来推算烟气流量，由于气体组分是均匀分布的，露点温度以上，气体组分含量不随温度变化而变化,对于大管径截面流速分布不均的场合有较好适应性，所以得到的烟气流量不受烟气流速的影响，对于低流速情况下，仍然能很好的测量到数据，不受温度波动的影响；本发明的装置为插入式结构，便于安装布置，容易对已有管道进行改造安装，从而克服了已有管道难以进行流量测量的问题；并且，本发明对于气体燃料而言测量准确度高，计算基于精确测量得到的氧含量，在气体燃料成分基础上，能准确的计算出烟气含量，为现存无流量检测的排烟管道中烟气流量测量提供了方便可行的测量装置和测量方法。
附图说明
图1为本发明基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置的工作流程框图；
图2为本发明基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置的结构示意图。
图中：1数据处理装置2、氧含量检测装置、3安装支座、4排烟管、5测量探头、6保护套、11数据处理模块、12燃料流量输入模块、13参数初设定模块、14显示模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法，通过对烟气中含氧量的检测并通过数据计算处理来测量实际烟气流量，包括以下步骤：
步骤一、从数据处理装置1输入端输入燃料的各组分含量和燃料流量，在数据处理装置1中根据燃料的各组分含量及其中可燃成分的化学反应方程式计算得到该燃料的理论空气比，同时还根据完全燃烧残余空气组分计算得到该燃料的理论烟气比，再根据燃料流量通过公式1计算出理论空气流量、通过公式2计算出理论烟气流量；
理论空气流量＝燃料流量×理论空气比 公式1
理论烟气流量＝燃料流量×理论烟气比 公式2
步骤二、通过氧含量检测装置2测量探头探测得到烟气中的氧含量，传输至数据处理装置1，利用氧含量通过公式3计算出过剩空气量；
过剩空气量＝（过剩空气系数－1）×理论空气流量 公式3
其中：过剩空气系数＝实际空气流量÷理论空气流量＝21%÷（21%－氧含量）
步骤三、通过公式4计算出实际烟气流量。
实际烟气流量＝理论烟气流量+过剩空气量 公式4
如图2所示，一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置，包括数据处理装置1和氧含量检测装置2，氧含量检测装置2主要是基于市场现有的氧量计进行数据采集及传送，可选用成型产品，所述氧含量检测装置2的数据输出端与数据处理装置1的输入端相连，数据处理装置1的输入端与上位工业控制计算机相连，氧含量检测装置2通过安装支座3固定安装在排烟管4的外壁上，氧含量检测装置2内的测量探头5伸入到排烟管4中。
本装置可进一步描述为，为了防止高温烟气的波动，造成的测量数值变化，影响测量精度，所述的测量探头5外套装有保护套6，测量探头5的顶端伸出保护套6。
在本发明中，所述数据处理装置1包括数据处理模块11、燃料流量输入模块12、参数初设定模块13和显示模块14；燃料流量输入模块12的作用主要是传送燃料流量数据，对于已经有流量检测的应用场合可直接将其信号数据传递给数据处理模块11，参数初设定模块13对不同燃料的成分进行初始设定，为数据处理模块11提供计算依据；所述燃料流量输入模块12和参数初设定模块13的输出端与数据处理模块11相连，所述数据处理模块11的输出端与显示模块14的输入端相连。
如图1所示，本发明基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置进行检测工作时，通过测量探头5测量烟气中氧的含量并将模拟信号传送给氧含量检测装置2，氧含量检测装置2输出数字信号传送给数据处理模块11，同时燃料流量输入模块12将得到的燃料实时投放量信号转换成数据信号后传送数据处理模块11，由参数初设定模块13对相应燃料的成分进行设定后，数据处理模块11会计算出最终烟气流量并发送给显示模块14予以显示
某企业加热炉燃用一种气体燃料，在其D2500烟道上即排烟管4上安装氧含量检测装置，具体为通过安装支座3固定安装在排烟管4的外壁上，氧含量检测装置2内的测量探头5伸入到排烟管4中，测量探头5外套装有保护套6，测量探头5的顶端伸出保护套6；实际测得烟气中含氧量为5%，并上传至数据处理装置1。
燃料流量输入模块12从上位工业控制计算机中得到该燃料组分为：H260%、CO8%、CH426%、N24%、CO22%，实际燃烧燃料流量为3万立方米/小时。
实际烟气流量测量计算过程如下：
根据该燃料各可燃成分以下化学反应方程式
1) H2+0.5O2→H2O 2) CO+0.5O2→CO2 3) CH4+2O2→CO2+2H2O
计算：理论空气比＝（0.5×H260%＋0.5×CO8%＋2×CH426%）÷21%＝4.095
理论烟气比＝（1×60%H2＋1×8%CO＋3×26%CH4＋4%N2＋2%CO2）＋理论空气比×（1-21%）＝4.755
理论空气比为燃料气体体积与完全燃烧所需空气体积之比
理论烟气比为燃料气体体积与完全燃烧后所得烟气体积之比
根据烟气中含氧量为5%，计算：过量空气系数＝21%÷（21%－氧含量）＝1.31
根据公式1，计算理论空气流量＝燃料流量×理论空气比＝12.285万立方米/时
根据公式2，计算理论烟气流量＝燃料流量×理论烟气比＝14.265万立方米/时
根据公式3，计算过剩空气量＝（过剩空气系数－1）×理论空气流量＝3.808万立方米/时
根据公式4，计算实际烟气流量＝理论烟气流量+过剩空气量＝18.073万立方米/时
应注意，此实际烟气流量值为烟气处于燃料供应工况条件下的烟气流量值，而不是烟气在排烟管4内的流量值，燃料供应工况条件包括燃料压力和燃料温度，如果需要排烟管4内的烟气流量，根据排烟管4内的温度和压力转换即可。
Claims (4)
1.一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量方法，其特征是，通过对烟气中含氧量的检测并通过数据计算处理来测量实际烟气流量，包括以下步骤：
步骤一、从数据处理装置(1)输入端输入燃料的各组分含量和燃料流量，在数据处理装置(1)中根据燃料的各组分含量及其中可燃成分的化学反应方程式计算得到该燃料的理论空气比，同时还根据完全燃烧残余空气组分计算得到该燃料的理论烟气比，再根据燃料流量通过公式1计算出理论空气流量、通过公式2计算出理论烟气流量；
理论空气流量＝燃料流量×理论空气比 公式1
理论烟气流量＝燃料流量×理论烟气比 公式2
步骤二、通过氧含量检测装置(2)测量探头探测得到烟气中的氧含量，传输至数据处理装置(1)，利用氧含量通过公式3计算出过剩空气量；
过剩空气量＝（过剩空气系数－1）×理论空气流量 公式3
其中：过剩空气系数＝实际空气流量÷理论空气流量＝21%÷（21%－氧含量）
步骤三、通过公式4计算出实际烟气流量。
2.实际烟气流量＝理论烟气流量+过剩空气量 公式4
一种基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置，其特征是：包括数据处理装置(1)和氧含量检测装置(2)，所述氧含量检测装置(2)的数据输出端与数据处理装置(1)的输入端相连，数据处理装置(1)的输入端与上位工业控制计算机相连，氧含量检测装置(2)通过安装支座(3)固定安装在排烟管(4)的外壁上，氧含量检测装置(2)内的测量探头(5)伸入到排烟管(4)中。
3.如权利要求2所述的基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置，其特征是：所述的测量探头(5)外套装有保护套(6)，测量探头(5)的顶端伸出保护套(6)。
4.如权利要求2或3所述的基于检测氧含量的插入式烟气流量测量装置，其特征是：所述数据处理装置(1)包括数据处理模块(11)、燃料流量输入模块(12)、参数初设定模块(13)和显示模块(14)，所述燃料流量输入模块(12)和参数初设定模块(13)的输出端与数据处理模块(11)相连，所述数据处理模块(11)的输出端与显示模块(14)的输入端相连。
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