高溫高塵氣體風量測量取氣研究進展

唐新宇

天津中材工程研究中心有限公司（300402）

0 前言

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，高溫高塵氣體的流量監(jiān)測在優(yōu)化工藝操作、降低能源消耗、降低污染物排放方面的作用日趨重要。冶金行業(yè)的高爐轉爐焦爐、火力發(fā)電行業(yè)的一次二次風量、水泥行業(yè)的三次風量都需要進行精準的流量測量。這些待測氣體普遍具有溫度高（最高可達1 000℃）、粉塵含量高等特點。傳統(tǒng)測量方式如文丘里管、熱式流量計、熱線風速儀、巴類流量計均嚴重不適應高粉塵的工作環(huán)境，目前主要使用皮托管類流量計對這類煙氣進行測量。但是根據研究者實測經驗壓差式皮托管類流量計的測壓口依舊容易被粉塵堵塞，特別是在高粉塵環(huán)境中，需要反復快速測量多次才能取得與標準偏差較小的測量結果。因此，提升高溫高塵氣體風量測量的準確度，實際上就是對皮托管取樣部分的研究。

1 皮托管流量計簡介

皮托管是一種測量測壓管水頭（壓力）的管狀設備，是法國人皮托發(fā)明的。皮托管并不能直接測量氣體流量，而是要組合起來，一個測量氣體的總壓（動壓+靜壓），另一個測量氣體的靜壓，然后通過計算求出氣體的動壓，進而計算出氣體的流速、流量。由于測量動壓的皮托管是成對使用的，所以一般稱這樣成對使用的皮托管為一個皮托管。

皮托管測試原理為:

測壓管水頭等于動壓與靜壓之和:

根據伯努利方程有

由于 ρt=ρs，ht=hs，經推導可得:

通過與截面面積總和計算就可以求出風量。

2 壓差式皮托管流量計的改進

為防止皮托管上積灰從而影響動壓測量的準確性，研究者進行了大量的研究。目前減少皮托管積灰的方式主要有:敲打機械清灰、吹掃、內部除塵、加防塵罩、正壓反吹等手段。

周惠春[1]在總壓取壓管的頂端和靜壓取壓管的頂端設置了固定連接的擺繩，并在繩子的下端設置了擺桿。利用被測量氣體的動能振動擺繩、擺桿，擺桿敲打取壓管，防止粉塵在測量裝置內累積而堵塞，提高了測量準確性和測量使用周期。史志立[2]考慮到機械堵塞后清堵必須停止測量的問題，提出了一種螺旋狀的清堵塞鏈。當氣體或粉塵撞擊測壓管時，防堵塞鏈擺動敲打測壓管內部積累的粉塵。但是單純的機械清灰裝置對高溫黏性粉塵的作用有限。

禹敏雅[3]、李愛蓮[4]、丁峰[5]均設置空氣吹灰裝置反吹測壓管中的積灰，通過人工或機械定時反吹保證測量的準確性。但是根據筆者經驗，反吹只能部分消除積灰問題，對硬質、黏性的高溫粉塵效果有限。此外，反吹系統(tǒng)的穩(wěn)定性、反吹風的量也會對測量結果有影響。蔡寬平[6]則是用超高壓力反吹與離心分離結合的方法清除積灰，穩(wěn)定性比僅增加反吹有一定的提高。

許贊昌[7]在取氣管內部設置了碰撞板、擋灰板和積灰斗，通過氣體與碰撞板的碰撞，降低氣體動能，再通過擋灰板將粉塵引入積灰斗中排出，從而大大減少粉塵的堵塞現象。陳獻春[8]則在取氣管內部設置小型旋風筒，通過旋風分離將粉塵聚集排出。吳文甫[9]則是在取氣管內部設置一個突然膨大的空間，降低氣體流速，同時設置旋轉的金屬片阻擋粉塵繼續(xù)前進，保證測量的連續(xù)性和準確性。但是內部除塵無法徹底解決結皮、積灰問題。明曉[10]在取氣管前煙氣順流方向設置防塵罩，通過防塵罩的作用減少顆粒物進入取氣管內部，但是這會對氣流的流線造成擾動，影響測量準確性。

孫超[11]、田必勇[12]將皮托管的工作方式由負壓吸入氣體測量變更為正壓反吹噴出氣體測量。其基本原理仍然遵守貝努力方程，但是皮托管的總壓和靜壓不是測出而是通過取氣管末端的壓力、取氣管的流量算出。這樣，高塵煙氣不再進入皮托管，因此徹底解決了粉塵造成測量結果不準確和容易堵塞的缺點，是比較有發(fā)展前景的一種技術。

3 結語

為解決高溫高塵氣體風量測量不精確的問題，研究者對皮托管的取氣部分進行了很多研究，其中正壓反吹徹底解決了測量不準和易堵塞的問題，是最有前途的方式。