固定污染源基本参数的测定
烟气的体积、温度和压力是烟气的基本状态常数,也是计算烟气流速、烟尘及有害物质浓度的依据。其中,烟气体积由采样流量和采样时间的乘积求得,而采样流量由采样点烟道断面积乘以烟气流速得到,流速又由烟气压力和温度计算求出。
(1)温度
测量仪器主要是玻璃水银温度计和热电温度计。
①玻璃水银温度计适用于直径小、温度不高的烟道。测量时,温度计放入烟道中心部位,待读数稳定不变时,开始读数。切不可将温度计抽出烟道外读数,以免产生误差。
②热电温度计适用于直径大、温度高的烟道。热电温度计如图6-30所示,测温原理是将两根不同的金属线连成闭合回路,当两接点(冷端接点和热端焊接点)处于不同温度环境时,便产生热电势。两接点温差越大,热电势越大。热电偶冷端接点温度保持恒定,称为自由端,热端焊接点称为测量端或工作端,其电势差由毫伏计测出以温度值表示。
使用热电温度计时,首先将两个接头分别接到测温毫伏计的“+”、“-”两个接线柱上,打开短路锁,将热电偶头部擦拭干净,插到烟道中心部位,待指针读数稳定时再读数。如果使用带有冷端自动补偿的数显温度计,其读数即为实际烟气温度。如没有自动温度补偿装置,测前将毫伏计指针调至零刻度,测得的烟气温度再加上环境温度,才是烟气的实际温度。
根据需测温度的高低,选用不同材料的热电偶。测量800℃以下的烟气用镍铬-康铜热电偶;测量1300℃以下烟气用镍铬-镍铝热电偶;测量1600℃以下的烟气用铂-铂铑热电偶。
(2)压力
烟气的压力分静压(Ps)、动压(Pv)和全压(Pt)。静压是单位体积气体所具有的势能,动压是单位体积气体具有的动能,全压是气体在管道中流动具有的总能量,即静压和动压之和。烟气压力测量装置包括皮托管和压力计。
①皮托管:常用皮托管分标准皮托管和S形皮托管两种。
标准皮托管:它是一根弯成90°的双层金属同心圆管,其开口端与内管相通,用来测量全压;外管的管口封闭,外管的测压小孔开在外管壁面四周(靠近管头处),用来测量静压。标准皮托管具有较高的精度,其校正系数近似等于1,不需校正。但标准皮托管的测孔很小,如果烟气中烟尘浓度大,易被堵塞,因此只适用于在较清洁的烟道内使用,或用来校准其他类型的皮托管和流量测量装置。
S形皮托管如图6-32所示:它由两根相同的金属臂并联组成,测量端为两个大小相等、方向相反的开口。测量烟气压力时,一个开口面向气流,测定气流的全压;另一个开口背向气流,测定气流的静压。由于气体绕流的影响,测得的静压比气流实际静压值小,因此,在使用前必须用标准皮托管进行校正。S形皮托管开口较大,减少了被尘粒堵塞的可能性,适用于测烟尘含量较高的烟气。
②压力计:常用的压力计有U形压力计和斜臂式微压计。
U形压力计是一个内装工作液体的U形玻璃管.通常根据被测压力的大小分别选用水、乙醇或汞作为工作液体,压力计与皮托管相连,测得压力(P)用下式计算:
P=ρ•g•h
式中: ρ——工作液体的密度,kg/m3;
g——重力加速度,m/s2;
h——两液面高度差,m。
上式压力的单位为Pa,但在实际工作中,常用毫米液柱表示压力。
斜臂式微压计。斜管将读数放大,便于微小压差的测量。测压时,将微压计容器开口与测压系统中压力较高的一端相连,斜管与压力较低的一端相连,作用在两个液面上的压力差使液柱沿斜管上升,测得压力(P)按下式计算:
式中: L——斜管内液柱长度,m;
α——斜臂与水平面夹角,度;
f——斜管截面积,mm2;
F——容器截面积,mm2;
ρ——工作液密度,kg/m3。
③测定方法:先按规定调试仪器,然后将皮托管与压力计连接,把测压管的测压口放置在烟道内测点上,并对准气流方向,从U形压力计上读出液面差,或从斜管微压计上读出斜管液柱长度,按相应公式计算测得压力。(3)流速和流量的计算
①各测点烟气流速的计算
测出烟气的温度、压力等参数后,根据流体力学基本原理的推导,得出各测点的烟气流速计算式如下。
在烟尘测试中,如果压力单位用mmH2O柱表示时,各测点的烟气流速可用下式计算:
式中: Vs——烟气流速,m/s;
Hd——烟气动压,mmH2O;
γ——烟气重度,kg/m3;
g——重力加速度,9.81m/s2;
R——烟气气体常数,295.9J/(kg•K);
Ts——烟气绝对温度,K;
P——烟气绝对压力,Pa。
如果压力单位用Pa表示时,各测点的烟气流速可用下式计算:
式中: Kp——皮托管校正系数;
Pd——烟气动压,Pa;
ts——烟气测点温度,℃。
如果压力单位以mmHg柱表示时,各测点的烟气流速可用下式计算:
式中:Hd——烟气动压,mmHg。
②烟道断面烟气平均流速的计算:
烟道断面上各采样点烟气平均流速计算式如下:
式中: ——烟气平均流速,m/s;
v1、v2、…、vn——断面上各测点烟气流速,m/s;
n——测点数。
③烟气流量的计算:
测量状态下烟气流量按下式计算:
Qs=3600 *S
式中: Qs——烟气流量,m3/h;
S——测点烟道横截面积,m2。
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