随着我国国民经济的迅速发展,燃煤电厂装机容量随之日益增加,直接导致了二氧化硫、氮氧化物等大气污染物的大量排放,也带来了酸雨、雾霾等环境问题,对燃煤锅炉运行过程中重要参数的准确监控和精细化调控提出了更高的要求。其中,选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)系统入口烟气流速的实时测量为喷氨过程提供了非常重要的指导,对于提高脱硝效率、降低NOx的排放有重要作用;电厂尾部烟气排放量的精确计量对于实现污染物排放的实时监测和有效控制有重要意义。对于电厂烟气流速的测量,热线测速法、光学法和声学法容易受到灰尘、噪音等的干扰,皮托管等测量方法易受待测流体密度的影响,需要定期进行标定和校正。静电测速法作为一种成本较低、稳定可靠的测量方法在电厂一次风粉速度测量中取得了较好的应用,但由于探头结构尺寸较大,并未在其他应用场合得到推广应用。本文基于静电测速法的基本原理,对探头结构和测速算法同时进行了改进,旨在将其推广应用于高温烟气速度分布的测量。目前,高温烟气流速测量存在以下问题需要解决,主要包括:(1)电厂烟道的截面尺寸较大,直管段少,流场分布不均匀,皮托管等单点测速方法无法满足测量需求,目前常用的多点矩阵测量装置在实际测量中取压管内存在烟气的流动,不符合皮托管测速时取压口速度为零的条件,测量结果缺乏足够的理论依据;(2)电厂环境中存在大量噪声和振动等干扰,其中SCR入口烟气的温度高达350℃以上,对测速探头的耐高温性能提出了更高的要求,而关于SCR入口烟气流速的实时测量方法,鲜有相关文献报道;(3)传统静电测速法测量的实际上是气流中荷电颗粒的速度,然而电厂烟道尾部的烟气中颗粒物浓度极低,含有的荷电粒子极少,因此,传统静电测速法并不适用。针对上述问题,本文开展了如下研究工作:1、针对现有静电互相关算法耗时较大,且两路信号幅值差别较大影响速度计算精度等问题,采用了对信号幅值修正来提高测量精度,提出了互相关快速寻峰算法来实现渡越时间和速度的实时获取。通过对实测感应信号进行分析,研究了感应信号幅值和噪声干扰对渡越时间计算精度的影响,利用FFT滤波和幅值修正的信号预处理方法提高测量精度。基于降采样的互相关快速寻峰算法与直接互相关寻峰算法相比,在同样测速精度条件下,获取渡越时间的单周期平均耗时降低了50倍以上。2、电厂SCR入口处高温烟气流速分布不均匀,大范围的平均流速对喷氨过程的指导作用有限。针对此问题,提出了矩阵式、小型化、耐高温和耐磨损的静电探头设计方式,以实现高温烟气速度分布的测量。通过实验对比了不同电极宽度和间距对测量结果的影响,确定了该小型化探头的最佳电极宽度和间距。并利用马氏体不锈钢和陶瓷结构增强了测速探头对高温高灰环境的适应性,在此基础上,设计了信号采集处理模块,实现了现场烟气流速的实时、准确、连续测量。进一步结合静电测速探头阵列,开发了基于ARM和LabVIEW的多路速度同步测量系统。利用现场实测信号模拟了SCR入口多路烟气流速的同步测量,结果表明该系统的完成可以为SCR系统的运行调节提供有效的流速分布信息。3、针对静电除尘器出口低灰烟气中荷电颗粒浓度低,传统静电测速法存在信噪比不足的问题,提出了一种基于离子示踪的气体流速测量新方法。采用高压电离的方式产生示踪离子,解决了荷电颗粒稀少时信噪比不足的问题。此外,气体荷电离子比传统的荷电颗粒具有更好的跟随性。通过对离子测速探头的高压离子源和感应电极进行研究,确定了放电电极和感应电极的结构参数。在直流式风洞上对该方法进行了测量验证,测量值相对误差小于3.21%。在现场高湿低灰烟气的流速测量中,该方法测量值与皮托管测量值的相对误差小于2.17%,且测量得到的烟气流速变化趋势与锅炉运行负荷的变化趋势基本吻合。