圓形煙道流速監(jiān)測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布置.docx

1、第33卷第1期Vol.33No.1金屬制品SteelWireProducts2007年2月February2007圓形煙道流速監(jiān)測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布置郭學(xué)偉(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司455004)摘要針對(duì)圓形煙道流速監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置存在的問(wèn)題，用流體力學(xué)理論進(jìn)行分析、優(yōu)化，在確定采樣斷面后，在距采樣孔0.39/?處設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，即可代表斷面的平均流速，實(shí)際證明，該方法滿足煙道流速監(jiān)測(cè)要求，取得滿意效果。關(guān)鍵詞圓形煙道;流速測(cè)量;煙粉塵監(jiān)控中圖分類號(hào)X803.1OptimizingCollocationofVelocityofFlowMonitoringPointsinCircularFlueGuoXuewei

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

3、monitoringrequirementsofvelocityofflowinflue,andgetsatisfactoryeffect.Keywordscircularflue；velocityofflowmeasurement；smokepowdermonitoringandcontrolling隨著環(huán)保要求的提高，國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)煙粉塵排放鼐的監(jiān)控，金屬制品企業(yè)一些爐子的煙塵排放也將得到治理和控制。在有組織排放源中，煙粉塵監(jiān)測(cè)是大氣污染防治中一項(xiàng)重要的工作，可以確定污染物的排放濃度、排放量，檢查污染物排放是否符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)除塵裝置的性能、除塵效率，為大氣污染防治提供技術(shù)支持。煙粉塵

4、監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)十分煩瑣的工作，受現(xiàn)場(chǎng)的工藝條件、除塵器、除塵管道布置的限制。在煙粉塵監(jiān)測(cè)中，準(zhǔn)確選擇采樣位置和確定采樣點(diǎn)的數(shù)目，采集有代表性的煙粉塵樣品非常重要。1煙粉塵監(jiān)測(cè)采樣斷面和采樣點(diǎn)的選擇煙粉塵監(jiān)測(cè)通常是用采樣管從煙道中抽取一定埴的含塵氣體，經(jīng)過(guò)濾簡(jiǎn)將塵粒收集下來(lái)，然后根據(jù)收集塵粒量和抽取的煙氣星求出煙塵濃度和排放量，因此要求采集到的樣品能代表斷面煙氣流速和塵粒分布情況。這涉及采樣斷面和采樣點(diǎn)的確定，采樣斷面要求氣流平穩(wěn)、塵粒分布比較均勻,應(yīng)在距離彎頭、接頭、閥門(mén)和其他變徑管段的下游方向大于6倍煙道直徑處，或在其上游方向大于3倍煙道直徑處，同時(shí)優(yōu)先考慮垂直管段。采樣斷面確定后，采樣點(diǎn)主要根

5、據(jù)煙道大小和斷面形狀來(lái)決定，煙道形狀以圓形煙道居多，圓形煙道的布點(diǎn)就是將煙道分成一定數(shù)量的等面積圓環(huán)，沿著相互垂直的2個(gè)采樣孔的方向，在每個(gè)等面積圓環(huán)上各取4個(gè)點(diǎn)為采樣點(diǎn)。不同直徑的圓形煙道所需等面積環(huán)數(shù)見(jiàn)表1,當(dāng)煙道直徑超過(guò)5m時(shí)，每個(gè)圓環(huán)面積不超過(guò)1。采樣點(diǎn)距煙道內(nèi)壁的距離見(jiàn)表2。表1圓形煙道等面積圓環(huán)和采樣點(diǎn)的確定煙道直徑/m環(huán)數(shù)/個(gè)每1檢測(cè)面采樣點(diǎn)數(shù)總計(jì)/個(gè)<1124-812238-12233412-163-54516-20由表1和表2可以看出，煙道直徑增大,采樣點(diǎn)數(shù)量也應(yīng)增加。隨著企業(yè)的發(fā)展，除塵設(shè)施的除塵能力也越來(lái)越大,煙囪直徑也不斷增大，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，采樣點(diǎn)分布過(guò)多帶來(lái)的問(wèn)

6、題也很突出：（1）監(jiān)測(cè)斷面確定后，直徑比較大的煙囪采樣點(diǎn)位多達(dá)數(shù)十個(gè)，監(jiān)測(cè)工作：很大；（2）采樣點(diǎn)過(guò)多，必然增加采樣槍長(zhǎng)度,導(dǎo)致監(jiān)測(cè)成本升高；（3）監(jiān)測(cè)過(guò)程中移動(dòng)采樣槍，引起氣流波動(dòng)，影響監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；-54-第33卷(1)(3)表2采樣點(diǎn)距煙道內(nèi)壁的距離采樣點(diǎn)編號(hào)環(huán)數(shù)/個(gè)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）在監(jiān)測(cè)過(guò)程中反復(fù)多次移動(dòng)采樣槍，增加監(jiān)測(cè)人員的勞動(dòng)量,尤其是在采樣后期,隨著采樣點(diǎn)距離采樣孔越來(lái)越遠(yuǎn)，監(jiān)測(cè)人員手持采樣槍也越來(lái)越困難;（5）在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種發(fā)展方向，如果在線監(jiān)測(cè)需移動(dòng)采樣槍,必須增加裝置，加大在線監(jiān)測(cè)成本，造成在線監(jiān)測(cè)儀器的故障率高，嚴(yán)重制約在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣和應(yīng)用。2采樣點(diǎn)的優(yōu)化2.1采樣點(diǎn)優(yōu)化的理論依據(jù)針對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在的問(wèn)題，采用流體力學(xué)理論對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，合理減少檢測(cè)點(diǎn),使實(shí)際監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)工作快速可靠進(jìn)行成為亟待解決的課題。根據(jù)英國(guó)物理學(xué)家雷諾試驗(yàn):當(dāng)流速

8、較小時(shí)，流體的流動(dòng)形態(tài)為層流；當(dāng)流速較大時(shí)，流體的流動(dòng)形態(tài)為紊流。煙道中煙氣流速大多在5-30m/s,因此煙道中煙氣流動(dòng)形態(tài)多為紊流，其流速分布如圖1所示。圖1煙道內(nèi)紊流流速分布圖根據(jù)邊界條件對(duì)紊流的影響，紊流分為光滑紊流、粗糙紊流、過(guò)渡紊流3種狀態(tài)。普朗特通過(guò)對(duì)大量實(shí)測(cè)資料分析，提出了紊流流速符合指數(shù)型分布規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式%頃）式（1）中以距管壁y點(diǎn)的流速；%管心的流速；R管道半徑；n隨雷諾數(shù)Re而變的指數(shù)。對(duì)上式積分求斷面平均流速0=事。向=1血（*）'必=與由式（1）、（2）可得*睥）囹,令卜1,求得不機(jī)值條件下，點(diǎn)流速與平均流速相等時(shí)位置,即不同值下y/R值，結(jié)果見(jiàn)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從表3可以看出，了/R值為0.3855-0.3965,變化范圍小，取其平均值y=0.39/?作為圓形煙道斷面平均流速的測(cè)點(diǎn)。驗(yàn)證測(cè)點(diǎn)的可靠性，將（v-v9R）/v作為指標(biāo)進(jìn)行誤差分析,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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從表4可以看出，相對(duì)誤差|3-3

10、9"）/仙0.24%，用.球代替r是可行的。2.2實(shí)際應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)選取工況平穩(wěn)的圓形垂直煙道進(jìn)行監(jiān)郭學(xué)偉:圓形煙道流速監(jiān)測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布置郭學(xué)偉:圓形煙道流速監(jiān)測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布置-55-測(cè)，直徑4.2m,采樣斷面位于變徑管道上游15m處，管道壁厚150mm。優(yōu)化前采樣點(diǎn)8個(gè),分別距采樣孔289,591,969,1498,3002,3531,3909,4211mm,由于采樣槍長(zhǎng)度（3m）不夠，只能測(cè)前4個(gè)點(diǎn),后4個(gè)點(diǎn)在對(duì)面采樣孔測(cè)試。優(yōu)化后采樣點(diǎn)只有1個(gè)，距采樣孔969mmo分別采用2種布點(diǎn)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各測(cè)3個(gè)周期。優(yōu)化后測(cè)點(diǎn)流速與等面積網(wǎng)環(huán)布點(diǎn)測(cè)得流速進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表5。表5優(yōu)化后測(cè)點(diǎn)流速

11、與等面積圓環(huán)布點(diǎn)測(cè)得流速比較圓環(huán)式布點(diǎn)。前/（ms"1）優(yōu)化后測(cè)點(diǎn)，后/（nis'1）相對(duì)誤差/%18.520.08.120.218.110.321.519.49.8從表5可以看出，優(yōu)化后測(cè)點(diǎn)與等面積圓環(huán)布點(diǎn)測(cè)得流速相對(duì)誤差在10.3%以內(nèi)，滿足煙氣流速監(jiān)測(cè)要求。從實(shí)際應(yīng)用可以看出，優(yōu)化后采樣點(diǎn)從8個(gè)減少到1個(gè)，無(wú)需將儀器移到對(duì)面采樣孔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使監(jiān)測(cè)工作景大幅度減少;優(yōu)化前采樣槍長(zhǎng)度3m不夠，優(yōu)化后采樣槍只需1.5m,降低了監(jiān)測(cè)設(shè)備成本,方便監(jiān)測(cè)人員操作采樣槍;1個(gè)采樣點(diǎn)便于在線監(jiān)測(cè)儀器傳感器的布置，減少故障率，降低運(yùn)行成本，提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量。3結(jié)語(yǔ)在圓形煙道煙粉塵監(jiān)測(cè)中，根據(jù)

12、采樣斷面的選擇原則，確定采樣斷面后，在采樣斷面上只需在距采樣孔內(nèi)壁0.39R處設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，即可代表斷面的平均流速，此點(diǎn)位可滿足煙道流速監(jiān)測(cè)的需要。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置優(yōu)化后，不僅滿足監(jiān)測(cè)精度的要求，減少監(jiān)測(cè)人員的勞動(dòng)宗，而且為下一步在線監(jiān)測(cè)儀器的推廣應(yīng)用，提供了可靠的技術(shù)支持。參考文獻(xiàn)1J吳楨祥.水力學(xué)M.北京:氣象出版社,1994：130-134.2國(guó)家環(huán)境保護(hù)局空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法編寫(xiě)組.空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法M.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990:327-328.作者簡(jiǎn)介郭學(xué)偉1967年生，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司安全環(huán)保部工程師。（收稿日期：2006-10-23）全國(guó)金屬制品信息網(wǎng)第21屆年會(huì)

13、征文啟事以“自主創(chuàng)新、資源節(jié)約、和諧發(fā)展、共贏世界”為主題的“全國(guó)金屬制品信息網(wǎng)第21屆年會(huì)”擬于2007年第4季度召開(kāi),將邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外從事金屬制品行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)與專家參加會(huì)議，屆時(shí)將出版年會(huì)文集。歡迎國(guó)內(nèi)外金屬制品及相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)、管理和營(yíng)銷人員及高校師生、研究院所科研人員踴躍投稿。征文內(nèi)容1.國(guó)內(nèi)外金屬制品行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì);2.金屬制品企業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)中自主創(chuàng)新的實(shí)踐;3.金屬制品的資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和清潔生產(chǎn)技術(shù);4.更新管理理念的探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)建和諧行業(yè)的思考建議;5.金屬制品企業(yè)與外方合作的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì);6.拓展國(guó)際金屬制品市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì);7.金屬制品生產(chǎn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)與研制，引進(jìn)設(shè)備的消化與創(chuàng)新;8.原輔材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用（如線材、拉絲模、潤(rùn)滑劑等）；9.用戶對(duì)金屬制品產(chǎn)品在技術(shù)和服務(wù)方面的新要求；10.執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行新認(rèn)證的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)等。征文要求1.征文內(nèi)容字?jǐn)?shù)不限;2.稿件層次清楚、文字簡(jiǎn)練、邏輯性強(qiáng)、圖表清晰,100-300字的摘要和38個(gè)關(guān)鍵詞;3.盡最用E