先进的烟气流量监测技术

当今发电厂的高效运行在很大程度上依赖于精确和可重复的测量煤磨的一次和二次气流、烟气再循环流量、过火气流、单个燃烧器和其他区域的气流。为烟道气或烟囱气排放流量测量选择合适的流量计是至关重要的。这些测量对于使用连续排放监测系统(CEMS)为政府部门进行污染控制的环境报告量化排放非常重要。

烟气燃烧成分

烟道气是在锅炉加热和工艺炉中，由于加热燃料(液体、固体或气体)和具有化学计量比的空气而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)
• 水分。

烟道气是在火电厂、钢铁厂和铸造厂、水泥生产厂、化学和化肥生产工艺工厂以及许多其他工业、商业和其他设施中，由于燃料(液体、固体或气体)和空气加热而燃烧过程中排放的气体。

为什么烟气流量测量如此重要?

大多数烟气排放含有对人体健康有害的空气污染物。CEMS是强制向邦和中央污染控制委员会提供环境污染控制报告的机构。测量污染气体的组成和浓度以及质量流量是得出环境排放总量的重要依据。

烟道气流量测量是必要的:

• 通过保持设计参数来优化电除尘器(ESP)的性能，例如控制下的特定收集面积、气体速度和处理时间。
• 对预热器冷凝器故障进行预警
• 帮助规范有害污染物，控制粉尘排放
• 关于优化质量平衡的有用信息
• 设计简单，操作方便;有助于节约能源
• 预测和预防措施，以优化其过程效率和减少环境中的有害排放。

烟道烟气工艺条件

工艺工程师设计尽可能低的热量损失到环境中，以获得更好的发电厂热效率。优化设计的烟气工艺条件通常具有以下工艺参数，如:

• 成分，其中烟道气具有中等粉尘/飞灰颗粒，如在燃煤发电或蒸汽发电厂或过程中。
• 过程温度为130到180⁰C。
• 处理速度:建议约为12 ~ 20米/秒。

应该在哪里监测烟气流量?

为获得最佳效率，可在取样点附近的烟囱或烟囱监测烟气，以供实验室分析;火电厂烟气脱硫装置(湿式烟气脱硫/干式烟气脱硫)入口处;在化工生产、化肥和钢铁厂的工艺堆栈中;以及过程中的通风系统。

烟气流量监测技术，选型建议

烟气流量监测的主要技术是基于差压(DP)的流量计(采用机翼、annubar或皮托管设计)、非接触式超声波流量计和插入式热质量流量计。

过程仪表工程师的任务是确定哪种流量计是最适合应用的技术。以下是采用比较技术进行优选时应考虑和评价的重要因素:

• 风管或管道尺寸
• 绝缘厚度，如果有
• 工艺条件如流量、压力、温度、密度、粘度、污垢和湿度等。
• 安装条件，如水平、垂直和可用直线长度、时间和精力等。
• 准确性和可重复性
• 需要的过程开关比
• 预算价格。

基于上述因素，工艺工程师必须了解不同流量测量技术的工作原理、正反属性及其选择的可能性。讨论了每种技术，以帮助为正确的应用选择正确的流量计。

帮助选择差压流量计

工作原理:基于翼型、annubar或皮托管测量的压差流量计限制了流路，并测量了主要流动元件的压差，从而得出了体积流量(图1)。通过附加的连续压力和温度(瞬时密度)补偿，可以推导出质量流量。

优点:

• 建立标准BS-1042/ISO 5167用于体积流量测量
• 适合海拔5米或更高
• 坚固耐用的设计，适用于任何工艺条件的工业
• 任何方向都是可能的
• 高度可重复的
• 现场校准很容易。

缺点:

• 更高的压降
• 需要定期维护
• 低精度3%全量程偏转(FSD)，并可能随时间漂移
• 更低的压下比4:1(精确的流体测量范围)
• 流量灵敏度低
• 容易堵塞
• 高磨损系数
• 安装成本高。

帮助选择非接触式超声波流量计

工作原理:非接触式超声流量计测量的体积流量由一对超声反接收器组成，该接收器在烟道的两个方向上发射和接收超声脉冲，从而产生与烟囱气体速度成正比的传输时间(时间差)。它主要取决于气体的声速。

优点:

• 通过超声束通过时间测量，推导出体积流量
• 用于直径10米以下的管道
• 适用温度为450⁰C
• 水平或垂直方向是可能的
• 翻床比优于100:1。

缺点:

• 气体必须干燥、清洁
• 准确度可达±1.5 ~ 3% Rd (Rd或读数是接近值的百分比值)和重复性±1%
• 初始成本高
• 安装时需要良好的技术知识
• 不适用于有内衬的管道
• 烟道气声速变化引起的漂移。

帮助选择插入式热质量流量计

工作原理:热质量(量热)流量计的工作原理是从加热元件到环境介质(如空气或气体)的热弥散的物理原理。这受到速度、密度(温度和压力)以及介质特性的影响。所需能量是温差(∆T)和质量流量(图2)的函数。

气体流经两个电阻温度探测器传感器(RTD) Pt-100，一个参考(Tref)和另一个加热器(Th)。恒定控制参考传感器(介质温度)与加热传感器之间的温差(超温)∆t。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正比。

优点:

• 研究恒定量热温度风速测量(热分散)
• 管道尺寸适合15毫米至10米
• 插入是坚固的，可在400⁰C和16 bar (232.06 psi)或更大的范围内工作
• 任何可能的方向
• 精度更好，质量流速<±2%RD
• 最高翻床比100:1或更高
• 可调多用途
• 最低压降
• 相对于其他流程技术，拥有成本低
• 在线导热系数补偿

缺点:

• 机械上容易损坏
• 推荐流量矫直机
• 受高湿度(>10%体积)和污垢/灰尘影响。需要定期清洗或系统清洗。

建议烟道气(烟囱气)测量技术

以上指导意见来源于实际经验。向制造商咨询最新的设计改进或不同的配置，以消除一些缺点。考虑不同流量计技术用于烟道气(烟囱气)测量的优缺点和工艺条件，有助于工艺工程师确定合适的流量计。

插入式热质量流量计适用于直径为8米或更小的烟囱，在适度的湿或灰尘负载条件下，使用合适的净化系统。插入式热质量流量计是一种较好的、较便宜的dp型流量计的替代品。与DP和热流量计相比，超声波气体流量计是8 m以上大烟囱直径的良好选择。

Manish帕特尔是导演,利美仪器有限公司．由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程、CFE媒体和技术，mhoske@cfemedia.com。

关键词:烟气测量流量计技术

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