先进的烟气流量监测技术

　　当今发电厂的有效运行，在很大程度上取决于对进入磨煤机的一次和二次气流、烟气再循环流量、过火气流、单个燃烧器和其它区域的气流的准确和可重复的测量。选择合适的流量计来测量烟气或烟囱气体排放流量至关重要。这些测量措施对于使用连续排放监测系统（CEMS）量化排放，向政府机构提交环境报告非常重要。

　　烟气燃烧成分

　　烟气是指在锅炉和工艺炉内按一定配比的燃料（液体或固体或气体）和空气在燃烧过程中排放的气体。

　　燃烧产生的烟气主要包括：氮（N2）,一氧化碳（CO）,二氧化碳（CO2）,微量二氧化硫（SO2）,氮氧化物（NO、NO2）,悬浮颗粒物（SPM）和水分。

　　烟气是指在火力发电厂、钢铁厂和铸造厂、水泥生产厂、化肥生产加工厂以及许多其它工业、商业设施中，燃料（液体或固体或气体）和空气加热燃烧而产生并排放的气体。

　　为什么烟气流量测量如此重要？

　　在大多数烟气排放物中，含有对人体健康有害的空气污染物。CEMS必须向相关部门报告环境污染控制情况。重要的是测量污染气体的成分和浓度以及质量流率，以得出环境中的总排放量。

　　烟气流速测量对于以下各项至关重要：

　　·保持设计参数，如受控静电除尘器中的比收集面积、气体速度和处理时间，来优化静电除尘器的性能；

　　·早期预警预热器冷凝器故障；

　　·帮助调节有害污染物、粉尘排放控制；

　　·优化质量平衡的有用信息；

　　·运营设计简单，有助于节约能源；

　　·优化工艺效率以及减少环境中有害排放物的预测和预防性措施。

　　烟囱烟气的工艺条件

　　·成分，在燃煤发电或蒸汽发电厂或工艺中，烟气具有中等的粉尘/飞灰颗粒。

　　·工艺温度为130至180℃。

　　·工艺物质流速：建议约为12至20米/秒（m/s）。

　　为了获得最佳效率，监测烟气点可以布置在：靠近实验室分析采样点的烟囱处；热电厂烟气脱硫装置（湿法烟气脱硫/干式烟气脱硫）的入口；化工、化肥和钢铁厂的工艺烟囱处；以及在工艺通风系统中。

　　烟气流量监测技术和选型建议

　　烟气流量监测的主要技术有基于差压（DP）的流量计（翼型、阿牛巴管或皮托管设计）、非接触式超声波流量计和插入式热式质量流量计。

　　工艺仪表工程师的任务是确定哪种流量计最适合于应用。在通过技术比较，以做出最佳选择时，需要考虑和评估的重要因素主要包括：管道尺寸；绝缘厚度（如有）；工艺条件（如流速、压力、温度、密度、粘度、污垢和水分等）；安装条件（如水平、垂直和可用直线长度、时间和工作量精力等）；所需的准确性和重复性；需要的工艺调整率；以及预算价格。

　　基于差压的流量计

　　工作原理：基于差压原理的翼型、阿牛巴或皮托管流量计，通过限制流动路径并测量主要流动元件之间的差压，从而得出体积流量（图1）。通过额外的连续压力和温度（瞬时密度）补偿，可以推导出质量流量。

图1：基于差压的翼型、阿牛巴或皮托管流量计，通过限制流动路径，然后测量主要流动元件之间的差压，以得出体积流量。图片来源：Leomi Instruments

　　优点：

　　·已有标准：BS-1042/ISO 5167 体积流量测量；

　　·适合于管道直径可达5m甚至更大；

　　·坚固耐用，适用于工业领域的任何工艺条件；

　　·可以在任何方向上测量；

　　·高度可重复性；

　　·现场校准很容易。

　　缺点：

　　·较高的压降；

　　·需要定期维护；

　　·精度较低, 3%满刻度偏移（FSD），并且可能随时间漂移；

　　·较低的调节比4:1；

　　·流量灵敏度较低；

　　·容易堵塞；

　　·高磨损系数；

　　·安装成本高。

　　非接触式超声波流量计

　　优点：

　　·通过超声波束传输时间测量得出体积流量；

　　·适用的管道直径可达10m；

　　·适用温度高达450℃；

　　·可以水平或垂直方向测量；

　　·调低比优于100:1。

　　缺点：

　　·气体必须干燥清洁；

　　·精确度可达±1.5%至3%Rd（Rd或读数是与数值接近的百分比），可重复性±1%；

　　·初始成本高；

　　·安装时需要良好的技术知识；

　　·不适用于具有内衬的管道；

　　·烟气声速变化引起的漂移。

　　插入式热式质量流量计

　　工作原理：热式质量流量计根据从加热元件到环境介质（如空气或气体）的热耗散来测量流量。这受速度、密度（温度和压力）以及介质特性的影响。所需能量是温差和质量流量的函数（图2）。

图2：热式质量流量计的工作原理是：从加热元件到环境介质（空气或气体）的热耗散。这受速度、密度（温度和压力）以及介质特性的影响。

　　气体流经两个热电阻（RTD）Pt-100：一个用于参考基准（Tref），另一个用于加热器（Th）。持续控制基准传感器（介质温度）和加热器传感器之间的温差（超温）。根据金氏定律，质量流量越高，加热器传感器的冷却效果越高，因此维持温差恒定所需的功率也就越高。因此，加热器功率与气体质量流量成比例。

图3：当今发电厂的有效运行，在很大程度上取决于对进入磨煤机的一次和二次气流、烟气再循环流量、过火气流、单个燃烧器和其它区域的气流的准确和可重复的测量。

　　优点：

　　·在恒定量热温度风速仪上工作；

　　·适用的管道尺寸从15mm至10m；

　　·插接件坚固耐用，工作温度最高可达400℃和16 bar（232.06 psi），甚至更高；

　　·任何方向都可以；

　　·更好的精度<±2% RD质量流量；

　　·最高的调节比100:1或更好；

　　·最低的压降；

　　·在线热导率补偿。

　　缺点：

　　·机械部件容易损坏；

　　·需要较长的直管段；

　　·容易受高湿度和污垢/灰尘的影响，需要定期清洁或系统吹扫。

　　推荐的烟气测量技术

　　以上指导建议来自实践经验。向制造商咨询最新的设计改进或可能消除某些缺点的不同配置。充分考虑用于烟气测量的不同流量计技术的优、缺点和工艺条件，有助于工艺工程师选择合适的流量计。

　　插入式热式质量流量计适用于直径小于等于8m的烟囱，在中等潮湿或粉尘负荷条件下使用合适的吹扫系统。插入式热式质量流量计是差压流量计的一种良好且价格较低的替代品。与差压和热式流量计相比，超声波气体流量计是测量8米以上大烟囱直径的更好选择。（作者：Manish Patel,Leomi Instruments ）

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