[发明专利]一种高温烟气接触式温度测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种高温烟气接触式温度测量装置，其特征在于，包括：高温烟气采集系统、水冷式换热系统、烟气成分分析系统、抽气装置、测量元件、数据采集与处理系统；

所述测量元件、所述烟气成分分析系统与所述数据采集与处理系统电性连接；所述测量元件包括冷却水进口压力表、冷却水进口温度计、冷却水出口压力表、冷却水出口温度计、冷却水流量计、皮托管测速装置、抽气式热电偶；

所述水冷式换热系统布置在所述高温烟气采集系统之后，并与其密封连接；所述水冷式换热系统包括依次连接的一次水冷系统和二次水冷系统，所述一次水冷系统的冷却水进口处设有所述冷却水进口压力表和所述冷却水进口温度计，冷却水出口处设有所述冷却水出口压力表和所述冷却水出口温度计，在所述一次水冷系统的冷却水进口或冷却水出口处还设有所述冷却水流量计；所述一次水冷系统的尾端设有所述皮托管测速装置和所述抽气式热电偶；

所述高温烟气采集系统包括分离器和采样管，所述分离器可拆卸的连接于所述采样管前端，所述采样管包括内层圆管和外层圆管，所述内层圆管和所述外层圆管同心布置且所述内层圆管和所述外层圆管之间的环形伴热通道内设有支撑件；

所述一次水冷系统包括与所述内层圆管相连通的一次水冷系统烟气通道、设于所述一次水冷系统烟气通道内的一次水冷管束以及设于所述一次水冷系统烟气通道外的一次水冷套管，所述一次水冷套管外部包裹有隔热材料；

所述二次水冷系统包括与所述一次水冷系统烟气通道相连通的二次水冷系统烟气通道以及设于所述二次水冷系统烟气通道外的二次水冷套管，所述二次水冷系统烟气通道与所述环形伴热通道相连通，所述二次水冷套管外部包裹有隔热材料，所述二次水冷系统烟气通道的尾端设有所述烟气成分分析系统，并与所述抽气装置相连接；

所述烟气成分分析系统布置在所述二次水冷系统的尾端位置，且所述抽气装置与所述二次水冷系统的尾端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种高温烟气接触式温度测量装置，其特征在于：所述分离器包括依次连接的第一级分离器和第二级分离器，所述第一级分离器为百叶窗分离器，所述第二级分离器为撞击式分离器。

3.根据权利要求1所述的一种高温烟气接触式温度测量装置，其特征在于：所述冷却水进口温度计和所述冷却水出口温度计均为铂热电阻温度计。

4.根据权利要求1所述的一种高温烟气接触式温度测量装置，其特征在于：所述抽气式热电偶采用S型热电偶。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高温烟气接触式温度测量装置进行温度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、开启所述抽气装置，由所述高温烟气采集系统对待测高温烟气进行采样，使高温烟气依次经过所述水冷式换热系统、所述烟气成分分析系统，再由所述抽气装置排出；

(2)、通过所述皮托管测速装置获取烟气流速u，通过所述抽气式热电偶获取一次冷却后的烟气温度t_c.fg；

(3)、通过所述冷却水进口压力表获取冷却水进口压力；通过所述冷却水出口压力表获取冷却水出口压力；通过所述冷却水进口温度计获取冷却水进口温度；通过所述冷却水出口温度计获取冷却水出口温度；通过所述冷却水流量计获取冷却水进口体积流量或冷却水出口体积流量并依上述数据采用水和蒸气的热动力性质模型IAPWS-IF97计算出冷却水进口比焓冷却水出口比焓及冷却水进口密度冷却水出口密度

(4)、将冷却水密度与体积流量相乘，得到质量流量，再进一步乘以出口与进口比焓之差，得到冷却水吸热量，即：

其中，式中，为冷却水吸热量；为冷却水出口焓；为冷却水进口焓；为冷却水出口密度；为冷却水出口体积流量；为冷却水出口比焓；为冷却水进口比焓；为冷却水进口密度；为冷却水进口体积流量；

(5)、根据能量平衡，烟气放热量与冷却水吸热量相等，即：

其中，式中，ΔH_fg为烟气放热量；

(6)、被冷却后的烟气与高温伴热烟气混合，经过所述二次水冷系统进行二次冷却，然后采用所述烟气成分分析系统确定烟气组分

根据下式确定烟气比定压热容：

其中，式中：

c_p.fg为烟气比定压热容；

为烟气中二氧化碳、二氧化硫、氮气、氧气、一氧化碳、氢气、硫化氢、碳氢化合物的体积分数；

为烟气中二氧化碳、二氧化硫、氮气、氧气、一氧化碳、氢气、硫化氢、碳氢化合物的比定压热容；

(7)、确定烟气冷却前后温差：

其中，式中：Δt_fg为烟气冷却前后温差；

Q_fg为采样管内烟气流量，按照下式计算：

Q_fg＝u·S

其中，式中，u为采样管内烟气流速；S为采样管截面积；

(8)、结合冷却后的烟气温度，最终计算可得所测烟气温度如下：

其中，式中，t_fg为所测烟气温度；t_c.fg为一次冷却后的烟气温度。