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热式气体质量流量计在垃圾焚烧炉风量测量中的应用

时间:2018/01/04来源:未知

【摘要】 针对目前垃圾焚烧厂风量测量装置普遍存在测量不准确的问题,结合海口市生活垃圾焚烧发电厂扩建项目 2×600 t/d 垃圾焚烧炉风量测量的技术要求,探讨和论述了一种新型流量测量装置———热式气体质量流量计的原理、特点及其在垃圾焚烧炉风量测量中的选型和应用情况。

1、生活垃圾焚烧炉风量测量装置现状及项目情况:
  目前垃圾焚烧炉一二次风的测量所选用的流量计大多为巴类 + 差压式变送器。差压原理流量计是通过管道安装的节流装置产生的差压和气体的流速的平方成正比来测量气体流量。差压原理流量计的元件容易损坏,前后直管段要求较长,流量测量的误差取决于取压装置的精度。
  而现场巴类取压装置常由于风管路直管段距离不够,测量又受到风速扰动,测量介质纯洁度等问题,使得测量不准确;另外上海康恒环境股份有限公司在海口二期扩建项目中,为更好实现稳定燃烧的效果,在原一次风系统基础上做了改进,原一次风系统分为 6 路支管,在支管设置调节挡板及流量测量装置,再根据干燥炉排、燃烧炉排 3 段、燃烬炉排 2 段左右 2 个风室排列的特点,支管再一分为二分别为风室送风。二期项目则在原有一次风室风管的基础上,根据干燥炉排、燃烧炉排 3 段、燃烬炉排 2 段左右 2 个风室排列特点,单独设置支路管道送风,且在每个风室的送风管道上设置调节挡板及流量测量装置 (数量为一期的 2 倍)。根据燃烧状况,将左右两侧风室调节挡板连锁并单独控制各风室的调节挡板,这样可有效避免焚烧炉左右侧偏火、燃烧调整困难的现象。这样进一步提高了垃圾焚烧自动燃烧控制的稳定运行,尤其是焚烧炉处理能力在 500 t/d 以上的中大型炉排系统,大幅降低运行人员的工作强度。一次风系统独立送风的控制方式、风流量计的优化选型,是在海口二期项目设计选型中做的改进之处。
  针对以往项目测量不准确的问题,且基于风系统设置的特点,在海口二期扩建项目风量流量计的选型中,尝试选用新型流量测量仪表——热式气体质量流量计。

2、热式气体质量流量计的原理:
  热式质量流量计的基本原理 (如图 1 所示) 是采用热扩散技术进行流量测量。测量探头中有 2 个温度检测元件(Pt1000 铂电阻)、被加热端 ACT、未加热端 REF 和 1 个恒热源。REF 用于测量流体介质本身的温度,把它作为参照端;ACT 紧靠着恒热源,测量被流体介质带走热量后的恒热源表面的温度,为测量端。测量端与参考端之间温度差值的变化与气体质量流量成直接的比例关系。介质流过传感器表面,将带走测量端表面的热量而发生温度差值的变化。不同介质、不同流量所带走的热量不同。根据温度差值的变化得出质量流量函数如下:
ρv=c(w/Δt)x式中:ρv为质量流量;c、x 为标定常数;w 为加热功率;Δt 为温差。
图 1 热式质量流量计原理

图 1 热式质量流量计原理
  按照测量原理不同,主要分为 2 种类型。一种为恒温差原理:通过不断调整加热器电流以保持铂电阻间恒定的温差,测量保持传感器温度差恒定的电流变化量,但这种热式质量流量计在潮湿、脏气体应用中会产生不稳定的流量测量信号,需在就地传感器封装壳体内安装由远端设定的电路 (信号放大、滤波器)。另一种为恒功率原理:通过保持恒定的加热器电流,使 RTD 间的温差随流量变化而改变,这种热式质量流量计在潮湿、脏气体测量中,能保持流量输出的稳定,无需在就地传感器壳体内安装远端设定的电子器件,提高了传感器运行的可靠性。

3、热式质量流量计的特点:

1) 直接质量流量测量:实时测量质量流量,无需进行温压校正,无需输入标准密码。
2) 宽量程比:测量范围 0.08~450 nm/s,标准量程比 100誜1,可选 1 000誜1。
3) 无压损:在流量 4 000 m3/h 时,1 000 mm管径的管道中低至 90 Pa。
4) 易于安装:只需 1 个安装孔,带压安装可选热帽 (可在线插拔密封装置),完全预先标定,节约安装调节时间。
5) 低维护:无活动部件、无小孔、不易堵塞,无漂移,无需定期维护。
6) 高可靠性:无故障时间长。

4、热式质量流量计的选型及应用:
  根据项目要求及以往项目上存在的风管道弯头多、直管段距离小等问题,海口二期流量计选型中,主要对巴类流量计、热式质量流量计进行了分析比对 (见表 1),最终决定选用恒功率热式气体质量流量计。
表 1 不同类型流量计对比

表 1 不同类型流量计对比
  根据以往项目的经验,巴类测量的可靠性较热式质量流量计较差,为了更好地测量风量,提高ACC (专利号:CN201210495704.1) 自动燃烧控制系统的自动化程度,使垃圾焚烧炉更好更稳定地自动燃烧,二期项目摒弃以往垃圾焚烧电厂采用巴类流量计的做法,大胆尝试采用热式质量流量计测一二次风及烟气流量,根据实际需要选用恒功率热式流量计。
  工艺现场的直管段不足会造成测量精度的下降,直管段严重不足时甚至会影响到对流量趋势变化的准确计量,给生产控制带来极大的困扰。在相同的工况下,尤其在直管段不足的工艺场合,热式气体质量流量计更容易获得测量精度和测量稳定性的保障。实际应用中,针对现场直管段距离短的问题,热式流量计厂家根据现场风管布置及仪表安装位置,对热式流量计进行了现场标定,补偿了直管段不足带来的测量影响;且运行过程中不受风介质清洁度影响,几乎免维护。

5、结束语:
  从实际使用情况来看,热式气体质量流量计具有安装简单、量程比大,响应速度快,准确性、可靠性高,损耗低等特点,并达到了节能的效果。热质量流量计技术是目前较为领先的技术,替代传统流量测量装置对生活垃圾焚烧发电厂来说具有较高的经济和实用价值。

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