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热式质量流量计电厂烟气污染物排放量测量上的应用

  结合垃圾焚烧发电厂二期工程3×600 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和应用,同时结合国外将热式质量流量计应用于测量电厂烟气污染物排放量的工程实例,探讨了热式质量流量计在节能减排领域里的应用前.

热式质量流量计

   燃料燃烧所需要的氧在一般的燃烧技术上都取自空气,垃圾焚烧炉也是如此。垃圾焚烧炉的燃料就是垃圾,由于垃圾热值低且不稳定,垃圾焚烧炉的燃烧控制就更困难。

单位燃料完全燃烧时,所需要的空气量称为理论空气量,在这种情况下空气中的氧全部与燃料中的可燃元素化合,烟气中没有自由氧存在。但是在实际情况中,由于燃料与空

气的混合过程往往不充分,如果在燃烧时所供应的空气量为理论空气量时,就不能使燃料完全燃烧。因此,通常实际供应燃料所需要的空气量必须大于理论空气量。实际需要

空气量与理论空气量的比值称为过剩空气系数,在燃烧过程中控制好合理的过剩空气系数是提高燃烧效率的关键,因此需要准确测量送入炉膛的空气量,即送风量。不仅如

此,垃圾焚烧炉的燃烧机理决定了需要准确控制一次风和二次风的配比,以及一次风各风道的风量分配,因此准确测量垃圾焚烧炉的各个风量是非常重要的。  

       东莞市横沥垃圾焚烧发电厂二期工程,在东莞市横沥镇西环路东莞市科维环保电力有限企业一期工程西南部,紧贴一期工程场地。  

       一期工程垃圾焚烧发电采用四炉三机方案,总装机容量为4 x400 t/d循环流化床垃圾焚烧炉  (一台备用)和3 x12 MW纯凝式汽轮发电机组。烟气净化系统采用半干式循

环流化床脱酸反应塔、活性炭吸附装置和布袋除尘器。烟气经净化处理后,烟气中污染物含量低于国家排放标准。该厂一期工程已于2005年12月全部竣工投产,安全运行三

年多。该厂的建成投产,实现了垃圾处理无害化、减量化和资源化,极大改观了东莞市的城市面貌、生环境和投资环境,具有明显的环境效益和社会效益   

      二期工程新增三台600 t/d垃圾焚烧炉及两台15 MW纯凝汽轮发电机组,日处理垃圾量为1 800 t/d,建成后全厂将达到日处理垃圾3 000 t/d的能力。

       垃圾焚烧锅炉采用逆推式机械炉排垃圾焚烧装置与余热锅炉合在一起,组成垃圾焚烧锅炉。余热锅炉采用单锅筒、自然循环中压锅炉、负压燃烧以及平衡通风。    

       焚烧炉燃烧设备主要由垃圾给料装置、垃圾焚烧装置、余热锅炉、一次和二次风装置、热风道以及除渣装置等组成。

       垃圾焚烧炉的主要工艺流程为:抓斗将垃圾从垃圾储存池送入垃圾给料斗,经过给料斗及给料槽后,给料器把垃圾推进燃烧室;垃圾在炉排床面上不断翻滚、搅拌,完成

干燥、燃烧及燃烬一系列过程;垃圾最后完全燃烧后的炉渣从溜渣管落入液压水封式除渣机排出炉外。

在燃烧过程中空气起着非常重要的作用,它提供燃烧所需要的氧气,使垃圾能关于热式气体质量流量计在垃圾焚烧发电厂节能减排领域中应用的探讨充分燃烧,并根据垃圾的变化调节用量使焚烧正

常运行,使炉排得到冷却,以避免其过热变形。本焚烧炉的燃烧空气系统由一、二次风系统组成,其工艺流程如下。

       1.一次风系统

       一次风机由垃圾储存池上部吸风)一-次风蒸汽一空气预热器一炉排下风室一燃烧室。600 t/d焚烧炉燃烧所用的一次风流量约为75 063 N.lm3/h。一次风机由垃圾储存池顶部吸风,垃圾储存池内形成负压状态,避免垃圾储存池内恶臭气体外逸和可燃气体的积存,将垃圾储存池内的气体送入焚烧炉内可有效燃烧分解,是一项重要的环保措施。由于垃圾车的倾卸及吊车的频繁作业,造成垃圾储存池内粉尘较多且湿度较大,因此在一次风机前风道上设有过滤网,以便清除从坑内吸入的灰尘和苍蝇等杂物。

       中央控制系统可以通过炉排底部的调节阀对各个区域的送风量进行单独控制,一次风同时具有冷却炉排和干燥垃圾的作用。

       2.二次风系统

      二次风机铀焚烧间上部吸风)一二次风蒸汽一空气预热器一-次风喷嘴一-次燃烧室。

      600 t/d焚烧炉燃烧用的二次风流量约为30 660 N.f113/h,二次风的主要作用是调节二燃室烟气温度,以及对垃圾中的挥发份、燃烧室内生成的CO气体、烟气携带的未燃烬飞灰等助燃以达到完全燃烧。

      在本项目中二次风机从焚烧间上部吸风,以降低焚烧间温度及吸取焚烧间异味气体,同时设置二次风蒸汽预热器,蒸汽来自汽轮机一级抽汽,其参数为压力1.6 MPa  绝压),温度297. 99℃。二次风经过空气预热后达到166℃,从位于炉膛前、后墙喉部的喷嘴以很高的速度喷入,加强炉膛中气体的扰动,延长了烟气行程,保证了燃气的混合。

       如前所述,垃圾焚烧炉的燃烧过程中,调整合理的垃圾量与空气量的比率,控制好过剩空气系数,同时正确调整一次风和二次风的配比,以及一次风各风道的风量分配是提高垃圾焚烧炉燃烧效率的关键所在,由此可见准确测量垃圾焚烧炉的各个风量是非常重要的。

 1.机翼式测风装置

       机翼式测风装置是依据伯努利方程基本原理研制的一种风量测量装置。按伯努利方程基本原理,经风洞实验校验得出下列流量计算公式式中,Qm为体积流量,单位为m3/s;m为通流面积比,m=A1/A2;A1风道截面积,单位为㎡;c为流出系数,通过风洞实验或模化试验求出;AP为差压值,单位为Pa;p为装置前气体密度,单位为kg/m3。

       机翼式测风装置适用于空气流量较大、风道截面积大、流速较低或直管段长度稍长的情况,是一种传统原苏联的风量测量技术,主要用于测量热电厂的一次风风量、二次风风量和燃尽风风量等,性能稳定且使用寿命长。其缺点是精度不高,安装不方便,直管段要求较长,工艺专业须在较低的位置预留出相应长度的直管段来安装测风装置。

       2.文丘里管

       文丘里管是根据文丘里效应研制开发的一种节流式流量传感器,它是一种标准节流装置。这种测量方法是以流动连续性方程 (质量守恒定律)和伯努利方程能量守恒定律)为基础的。充满管道的流体,当它流经管道内节流件时,流速将在文丘里管喉颈处形成局部收缩,因而流速增加,静压力降低,于是在节文丘里管喉颈前后便产生了压差。流体流量愈大,产生的压差愈大,这样可依据压差来衡量流量的大小。

       文丘里管用于电厂测量风量虽然可行,但缺点是用于大管径时成本过高,前后直管段要求较长,若为降低成本来缩径,则压力损失增大。

       3.阿牛巴流量计

       阿牛巴流量计又称笛形均速管流量计,属于差压式流量计。它是采用皮托管测量原理测量挡体上游的动压力与下游的静压力之间形成的压差,从而达到测量流量的目的。它输出为差压信号,与测量差压的仪器仪表配套使用,可测量圆形管道和矩形管道中的多种液体、气体和蒸汽的流量,具有较高的稳定性和重复性。阿牛巴流量计的理论依据也是伯努利方程原理。

       阿牛巴流量计具有精度高、压力损失小和安装方便等优点,缺点是不适用于流速低的工况,前后直管段要求较长,使用寿命相对较短。

  2.热式质量流量计分类

        d)从测量原理分类

        如前所述,热式流量计从测量原理上分为两大类,第一类为热分布式流量计;第二类为金氏定律的热式流量计,也称浸入型或侵入型。由于目前在实际中应用的多为浸入型热式流量计,下面讨论的仅限这种类型流量计。

        Q)从测量方法分类

        利用热消散冷却)效应的热式流量计从测量方法上又分为两类:

       1)恒定温差法。恒温差加热方式是先加热一只铂电阻,使其比不加热的铂电阻高出一个恒定的温度。随着介质的流动,被加热的铂电阻由于散热温度会降低,通过反馈电路反馈到处理器增大加热器的电流(也可以是电压)来保持其温差为恒定值,再通过检测变化电流或电压)来获得流量的变化值。

       2)恒定功率法。恒功率加热方式是在加热器上加上一个恒定的功率对铂电阻加热,介质在静态是被加热的铂电阻和不加热的铂电阻之间温差最大,随着介质的流动温差减小,通过测量温差的变化来获得流量的变化。

       根据传热规律,设气体的定压比热容为C。电热丝前后两侧测温点的温差为AT,气体的质量流量为q。,在单位时间内消耗的电能为E,则加热气体所需要的能量和加热器上下游温差之间的关系可表示为

       E=C。ATq。    6)

       由上式可得气体的质量流量可表示为

       q。= E/C。AT    6)

       从上式可知,若采用恒定功率法,即保持功率E为常数,则温差AT与质量流量q。成反比,量温差AT即可求得流量;若采用恒定温差法,即保持温差AT为常数,则加热器输入功率E与质量流量成正比,测得加热器输入功率E即可求得qm值。实际上,无论从特性关系或实现测量的手段看,恒定温差法都比恒定功率法简单,因而应用较多。

      3 )从产品应用分类

       1)单点插入式质量流量计。测量管道或烟道中传感器插入点的流速,管道相当于流量计本体,流量输出则由平均流速和测量点流速之间的关系决定。对大于2.5英寸的管道,通常用安装简便和成本较低的单点插入式质量流量计进行测量。使用  HIOT-TAPPED)安装方式,在不断流状态下便于流量计的插拔,因此适用性更强。为达到最佳的测量效果,应对整个工作流速围进行现场流量校准,同时将对应的修正系数

输入到内置的质量流量计算机中。

       2)多点插入式质量流量变送器。常用于较大管道中的流量测量,每个传感器均匀地放置在管道或烟道的等面积位置上。为达到最佳的测量效果,建议进行现场流量校准实验。

      3)管道式质量流量计。常用于较小流量和精度要求较高的场合。此类产品设计包括合适的上/下游,滤网和喷嘴能起到恰如其分的作用,使进入流量传感器测点的流速分布平缓而稳定,适于大多数的工业气体或混合性气体的流量测量。

    3.热式质量流量计的优势及其在东莞工程中的应用

       热式质量流量计的优点很多,包括:①直接测量质量流量,无需压力,温度修正。②标准信号输出。③低流速测量非常灵敏。④量程比高可达1   000:1)。⑤精度高。⑥低成本、易于安装。⑦压损小。⑧工作温度和工作压力的适用范围宽。⑨极好的重复性。⑩对流速和温度的变化响应速度快。⑩二线制回路供电工作。⑥通过现场标定等措施可以降低对直管段的要求。

       通过以上优势可以看出,热式质量流量计非常适合用于燃煤电站和垃圾电厂大、小管道风量的测量。东莞市横沥垃圾焚烧发电厂二期工程需要测量的风量有:焚烧炉一次总风量工况参数为75 063 m3/h,风管尺寸为2 400 mm x900 mm;焚烧炉一次风干燥段风量工况参数为5 060 m3h,风管尺寸为650 mm×300 mm;焚烧炉一次风主燃段风量工况参数为32 887m3/h,风管的尺寸为800 mm xl 200 mm;焚烧炉一次风辅燃段风量工况参数为6325m3/h,风管尺寸为800 mm×310mm;焚烧炉二次风风量工况参数为30 660 m3/h,风管尺寸为¢1 200 mm。其中一次风和二次风风管尺寸比较大,且较低处无相应直管段,考虑精度、大管径测量、故障率和使用寿命等因素,选择热式风量计测量一次风总风量和二次风风量。


 


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