【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种烟气监测系统，具体涉及一种三维皮托管烟气在线监测系统和测量方法，属于环境检测。
技术介绍
1、烟气流速流量测量技术是伴随着全球经济工业化而快速发展起来的测量技术，用于废气的排放量检测、工业过程控制、提高设备效率等方面，其与能源节约、环境保护密切相关。
2、传统烟气在线检测系统主要是采用s型皮托管或矩阵式流量计实现，s型皮托管由全压管和静压管组成，全压管面向气流方向用于测量气体全压，静压管背向气流方向用于测量气体静压，全压减去静压为动压，气体的流速和流量是动压的函数，根据动压即可计算出烟气流速和流量；矩阵式流量计，测量原理同s型皮托管类似，不同的是矩阵式流量计采用的是多点测量方式，即在一个测量截面上布置多个测点，每个测点均由总压管和静压管两根取压管组成。但s型皮托管或矩阵式流量计仅适应于一维直线运动或近似于一维直线运动的气体，实际烟道中气体的流动是三维湍流运动，因此这种监测方法测定气体流速流量精度低；且s型皮托管或矩阵式流量计仅能监测烟气流速的大小，无法测监测速的方向，因此测得的参数并不能精确反应气体的情况；现有s型皮托管或矩阵式流量计对安装位置要求高，设备必须安装在长直管道上，即在仪表安装位置的前方必须有4倍烟道直径的直管段，在仪表安装位置的后方必须有2倍烟道直径的直管段，而实际工业烟道往往没有这样长的直管段，不仅很难安装，施工难度也高。
3、为了提高测量精度，现有技术中还有利用便携式三维皮托管进行测量，三维皮托管采用的是三维矢量测速方法，测量精度高，而且在复杂多变的烟气工况下能够保持较
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种三维皮托管烟气在线监测系统和测量方法，适用三维湍流运动的气体流速测量，可以实现烟气流速流量的在线连续多点监测，安装简单，测量方便，测量精度高。
2、一种三维皮托管烟气在线监测系统，包括烟气采集单元和数据处理及控制单元，烟气采集单元包括n根测量探杆，1≤n≤10，每根测量探杆沿轴向设置有m个测量探头，1≤m≤10，所述测量探头为三维皮托管结构，测量探头的前端为半球形，且在测量探头上布置有多个测压孔，测量探头朝向烟气来流方向设置；测量探杆包括主管和烟气采样管，烟气采样管设置在主管内部；数据处理及控制单元包括采样电磁阀组、分气模块、压力变送器、控制器和上位机，每个测量探杆对应设置m台电磁阀组，每台电磁阀组包括与测压孔数量相同的电磁阀，烟气采样管一端与各探头上的测压孔连通，另一端通过电磁阀与分气模块的各进气口连通，分气模块的各出气口分别与压力变送器相连，压力变送器将压力信号发送至控制器和上位机中，上位机对数据进行处理、计算、储存、显示，其中上位机中预先设置有气流角度数据库以及气流总压、静压数据库，所述数据库根据标准风洞的总压值和静压值，以及不同风速下各测压孔的压力值、俯仰角α和偏航角β建立。
3、进一步的，测量探头上的测压孔为5个，包括中心测压孔和成对设置的偏航测压孔、俯仰测压孔，两个俯仰测压孔以中心测压孔为中心对称设置且连接线与测量探杆轴向平行，两个偏航测压孔以中心测压孔为中心对称设置且连接线与测量探杆轴向垂直。
4、进一步的，数据处理及控制单元还包括5组调零阀，分气模块的内部具有5个调压气路，各调零阀的出气口分别与分气模块内调压气路的进气口连通，分气模块内调压气路的出气口分别与压力变送器相连。通过调零阀和分气模块内的调压气路将5个压力变送器的压力值调零。
5、进一步的，每个测量探杆的主管内还设置有温度传感器，温度传感器将温度信号发送至控制器和上位机中。
6、进一步的，还包括吹扫单元，所述吹扫单元包括吹扫电磁阀、压缩气源以及吹扫气路，每个探杆设置一个吹扫电磁阀，吹扫气路包括吹扫气母管和m个吹扫气支管，吹扫电磁阀的进气口连接压缩气源，吹扫电磁阀的出气口连接吹扫气母管，吹扫支管的出气口分别连接至各采样电磁阀组的吹扫气进口。
7、进一步的，当测量探杆安装在矩形烟道内且探杆长度超过4米时，烟道内还设置有限位杆，限位杆的两端与烟道壁板固接，限位杆与测量探杆相对位置设置有限位套管，测量探杆底端插入限位杆的套管内。
8、一种三维皮托管烟气在线监测系统测量方法，包括以下步骤：
9、s1，将测量探杆以及三维皮托管在标准风洞中进行校准，建立流速计算数据库或计算曲线，并内置于上位机计算软件中；
10、s2，测量探杆插入烟道或烟囱内，使探头对着烟气来流方向，当插入矩形烟道内时，各测点呈矩阵形式分布，当插入圆形烟囱内时，各测点以烟囱圆形截面为圆心呈环形对称分布；
11、s3，打开调零阀，将所有压力变送器示值调零，调零结束后关闭调零阀；
12、s4，各探头上的测点采用轮巡测量的方式进行测量，控制器控制各电磁阀组依次通断，使每个探头上的测压孔依次与压力变送器连通；
13、s5，根据轮巡测量结果中各测点的压力值以及预先设置在上位机中的流速计算数据库或计算曲线计算获得测量截面的平均烟气流速。
14、进一步的，s1中建立流速计算数据库或计算曲线的方法如下：
15、s11，将安装有三维皮托管测量探头的测量探杆安装在标准风洞中，在设定风速下，依次调整气流相对于测量探头的俯仰角α及偏航角β，得到不同气流角度条件下测量探头上各测压孔的压力值；
16、s12，根据俯仰角α、偏航角β、探头各测压孔的压力值建立气流角度计算数据库或气流角度计算曲线；
17、s13，在该设定风速下，由标准风洞的总压、静压、测量探头各测压孔压力值、俯仰角α和偏航角β，建立气流总压和静压计算数据库或总压和静压计算曲线；
18、s14，在不同风速条件下重复上述s11至s13；
19、s15，将上述数据库或计算曲线内置于上位机计算软件中。
20、进一步的，s5中根据轮巡测量结果获得测量截面的平均烟气流速的步骤如下：
21、s51，测量探头测到的当前测点的各压力值通过控制器发送至上位机中，并根据上位机软件内置的气流角度计算数据库或气流角度计算曲线计算出当前测点的气流角度，即俯仰角α及偏航角β；
22、s52，根据当前测点的各压力值，上一步计算所得的气流俯仰角α、偏航角β，以及上位机软件内置的气流总压、静压计算数据库或总压、静压计算曲线计算出当前测点气流的总压和静压；
23、s53，根据气流总压和静压计算出气流动压，进而计算出前测点气流流速；
24、s54，重复上述s51至s53计算出一个测量周期内所有测点气流流速的平均值作为测量截面的平均烟气流速，每更新一个测点气流流速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维皮托管烟气在线监测系统，包括烟气采集单元和数据处理及控制单元，烟气采集单元包括n根测量探杆，1≤n≤10，每根测量探杆沿轴向设置有m个测量探头，1≤m≤10，其特征在于，所述测量探头为三维皮托管结构，测量探头的前端为半球形，且在测量探头上布置有多个测压孔，测量探头朝向烟气来流方向设置；测量探杆包括主管和烟气采样管，烟气采样管设置在主管内部；数据处理及控制单元包括采样电磁阀组、分气模块、压力变送器、控制器和上位机，每个测量探杆对应设置m台电磁阀组，每台电磁阀组包括与测压孔数量相同的电磁阀，烟气采样管一端与各探头上的测压孔连通，另一端通过电磁阀与分气模块的各进气口连通，分气模块的各出气口分别与压力变送器相连，压力变送器将压力信号发送至控制器和上位机中，上位机对数据进行处理、计算、储存、显示，其中上位机中预先设置有气流角度数据库以及气流总压、静压数据库，所述数据库根据标准风洞的总压值和静压值，以及不同风速下各测压孔的压力值、俯仰角α和偏航角β建立。
2.根据权利要求1所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，测量探头上的测压孔为5个，包括中心测压孔和成对设置
3.根据权利要求2所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，数据处理及控制单元还包括5组调零阀，分气模块的内部具有5个调压气路，各调零阀的出气口分别与分气模块内调压气路的进气口连通，分气模块内调压气路的出气口分别与压力变送器相连。通过调零阀和分气模块内的调压气路将5个压力变送器的压力值调零。
4.根据权利要求1所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，每个测量探杆的主管内还设置有温度传感器，温度传感器将温度信号发送至控制器和上位机中。
5.根据权利要求1所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，还包括吹扫单元，所述吹扫单元包括吹扫电磁阀、压缩气源以及吹扫气路，每个探杆设置一个吹扫电磁阀，吹扫气路包括吹扫气母管和m个吹扫气支管，吹扫电磁阀的进气口连接压缩气源，吹扫电磁阀的出气口连接吹扫气母管，吹扫支管的出气口分别连接至各采样电磁阀组的吹扫气进口。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，当测量探杆安装在矩形烟道内且探杆长度超过4米时，烟道内还设置有限位杆，限位杆的两端与烟道壁板固接，限位杆与测量探杆相对位置设置有限位套管，测量探杆底端插入限位杆的套管内。
7.一种三维皮托管烟气在线监测系统测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的三维皮托管烟气在线监测系统测量方法，其特征在于，S1中建立流速计算数据库或计算曲线的方法如下：
9.根据权利要求8所述的三维皮托管烟气在线监测系统测量方法，其特征在于，S5中根据轮巡测量结果获得测量截面的平均烟气流速的步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种三维皮托管烟气在线监测系统，包括烟气采集单元和数据处理及控制单元，烟气采集单元包括n根测量探杆，1≤n≤10，每根测量探杆沿轴向设置有m个测量探头，1≤m≤10，其特征在于，所述测量探头为三维皮托管结构，测量探头的前端为半球形，且在测量探头上布置有多个测压孔，测量探头朝向烟气来流方向设置；测量探杆包括主管和烟气采样管，烟气采样管设置在主管内部；数据处理及控制单元包括采样电磁阀组、分气模块、压力变送器、控制器和上位机，每个测量探杆对应设置m台电磁阀组，每台电磁阀组包括与测压孔数量相同的电磁阀，烟气采样管一端与各探头上的测压孔连通，另一端通过电磁阀与分气模块的各进气口连通，分气模块的各出气口分别与压力变送器相连，压力变送器将压力信号发送至控制器和上位机中，上位机对数据进行处理、计算、储存、显示，其中上位机中预先设置有气流角度数据库以及气流总压、静压数据库，所述数据库根据标准风洞的总压值和静压值，以及不同风速下各测压孔的压力值、俯仰角α和偏航角β建立。
2.根据权利要求1所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，测量探头上的测压孔为5个，包括中心测压孔和成对设置的偏航测压孔、俯仰测压孔，两个俯仰测压孔以中心测压孔为中心对称设置且连接线与测量探杆轴向平行，两个偏航测压孔以中心测压孔为中心对称设置且连接线与测量探杆轴向垂直。
3.根据权利要求2所述的三维皮托管烟气在线监测系统，其特征在于，数据处理及控制单元还包括5组调零阀，分气模块的内部具有5个调...
【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，杜英，黄向阳，邹强，
申请(专利权)人：安荣信科技北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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