燃煤電廠每年都要進行煙囪排放測試，這個過程可能會變得冗長而耗時。為了加快這一過程，美國國家標準與技術研究院(NIST)的研究人員完成了第一次真實世界的測試，測試了燃煤電廠煙囪排放的潛在改進方法。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，可以將現場審核速度提高10倍。

燃煤發電廠的煙氣通過內置傳感器持續監控

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

燃煤發電廠的煙囪包含連續測量煙氣排放濃度的監測器，包括二氧化碳、汞、二氧化硫和氮氧化物，以及煙氣的流速。根據聯邦法律，內置流量傳感器需要在年度審核期間進行校準。

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

使用傳統的S型探頭是勞動密集型的，因為技術人員必須手動旋轉傳感器，直到一側直接面向流動以進行測量。由于煙氣流量不一定在測試點直接向上行進，因此現場年度校準可能需要一天或更長時間才能完成。

為加快這一進程，科學家們進行了三項創新。首先，他們創造了兩種新型皮托管，其中五個孔而不是兩個，其性能優于S型探頭，并且可能優于目前使用的其他五孔皮托管型號。其次，科學家們還為他們的新傳感器開發了校準方案，不需要技術人員在煙囪內旋轉探頭，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行校準，但在實際審核期間使用時間會少得多。第三，燃煤電廠有一個封閉的平臺，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與在NIST的測試設施中表現相同，”研究人員說。不過，未來的現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弄臟，并且必須在測試繼續之前沖洗。