燃煤電廠每年都要進(jìn)行煙囪排放測試，這個(gè)過程可能會變得冗長而耗時(shí)。為了加快這一過程，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的研究人員完成了第一次真實(shí)世界的測試，測試了燃煤電廠煙囪排放的潛在改進(jìn)方法。該過程涉及使用新的傳感器探頭來測量流量排放，以及一種新的測量方法，可以將現(xiàn)場審核速度提高10倍。

燃煤發(fā)電廠的煙氣通過內(nèi)置傳感器持續(xù)監(jiān)控

為了監(jiān)測燃煤電廠的排放，技術(shù)人員需要測量煙囪排放煙氣的速率。煙囪內(nèi)的流動包含漩渦和漩渦，但通常向上移動。NIST測試涉及將四個(gè)探測器(稱為皮托管)水平插入煙囪。四個(gè)傳感器探頭分別在四個(gè)不同的位置進(jìn)行流量測量，總共進(jìn)行16次測量。有了這些信息，科學(xué)家們就可以測試新的導(dǎo)管設(shè)計(jì)和測量方法的精度和準(zhǔn)確性。

燃煤發(fā)電廠的煙囪包含連續(xù)測量煙氣排放濃度的監(jiān)測器，包括二氧化碳、汞、二氧化硫和氮氧化物，以及煙氣的流速。根據(jù)聯(lián)邦法律，內(nèi)置流量傳感器需要在年度審核期間進(jìn)行校準(zhǔn)。

研究人員通過將稱為皮托管的小型便攜式設(shè)備插入堆疊中來執(zhí)行該校準(zhǔn)。用于這項(xiàng)工作的最常見的傳感器是“S探頭”，它有兩個(gè)孔或端口。一個(gè)端口直接面向氣流并檢測管內(nèi)積聚的壓力，另一個(gè)端口面向相反的方向。流量越快，兩個(gè)端口之間的壓力差越大;;通過測量壓力差，審計(jì)人員可以計(jì)算流量的速度。

使用傳統(tǒng)的S型探頭是勞動密集型的，因?yàn)榧夹g(shù)人員必須手動旋轉(zhuǎn)傳感器，直到一側(cè)直接面向流動以進(jìn)行測量。由于煙氣流量不一定在測試點(diǎn)直接向上行進(jìn)，因此現(xiàn)場年度校準(zhǔn)可能需要一天或更長時(shí)間才能完成。

為加快這一進(jìn)程，科學(xué)家們進(jìn)行了三項(xiàng)創(chuàng)新。首先，他們創(chuàng)造了兩種新型皮托管，其中五個(gè)孔而不是兩個(gè)，其性能優(yōu)于S型探頭，并且可能優(yōu)于目前使用的其他五孔皮托管型號。其次，科學(xué)家們還為他們的新傳感器開發(fā)了校準(zhǔn)方案，不需要技術(shù)人員在煙囪內(nèi)旋轉(zhuǎn)探頭，以便為每次測量找到真正的流動方向。因此，雖然傳感器必須在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)，但在實(shí)際審核期間使用時(shí)間會少得多。第三，燃煤電廠有一個(gè)封閉的平臺，皮托管插入煙囪，但天然氣工廠的平臺對元素開放。

“探測器在煙囪中的表現(xiàn)與在NIST的測試設(shè)施中表現(xiàn)相同，”研究人員說。不過，未來的現(xiàn)場測試將幫助研究人員解決他們遇到的最大問題：傳感器堵塞，其中皮托管的端口被水和顆粒物質(zhì)弄臟，并且必須在測試?yán)^續(xù)之前沖洗。