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烟气脱硫流量计 全截面矩阵系统



摘要:脱硫工程中烟气流量测量的技术难点及解决方案, 以及全截面矩阵式烟气流量计在白音华金山电厂脱硫系统中的应用及效果。

1、概述:

  随着国家对节能减排及总量排放的要求越来越高, 环保部门对各电力企业的脱硫烟气排放量的流量测量准确性越来越重视。针对毕托管、热式流量计、巴类等传统的流量测量装置对安装环境要求高、测量偏差较大等问题也发放了有关文件。

  经过充分的调研和论证分析, 针对内蒙古白音华金山电厂脱硫工况的实际情况, 在脱硫系统的净烟气流量测量装置上采用了全截面矩阵式烟气流量计, 得到了满意的效果。

2、脱硫烟气流量测量的主要技术难点:

  脱硫烟气装置测量的难点主要体现在以下几个方面。

2.1、脱硫烟气管道的管径大、速度不均问题:

  现有的差压式的流量测量装置的计算模型都是Q=V*S. (Q为流量, V为速度, S代表管道截面) , 但是管道内部的速度场分布很不均匀 (尤其是大尺寸管道) , 截面的不同位置速度差别很大, 所以取压点位置的选择决定管道流量测定结果的准确性。为获得准确可靠的管道流量测量结果, 这就要求取压点不应是截面的某一个点而是在全截面上布置具有代表性的多个取压点。白音华金山电厂原采用的测量装置为单取压点的毕托管测量装置, 无法满足大管径管道烟气流量测量的要求。

2.2、脱硫装置前后直管道长度难以满足测量要求问题:

 从节约和工艺的要求上一般脱硫装置前后都很少有较长的直管段, 只要比较顺利地连通管道就行;而在这有限的直管段中, 又要设置必须的管道附件, 如烟气挡板, 膨胀节、三通等;这就使得烟气的流场非常错乱。而传统烟气流量测量装置需要直管段长度必须不低于前四后二 (取压点前后直管段长度分别不小于4倍和2倍管道横截面当量直径) , 才能保证测量的准确性。白音华金山电厂脱硫烟气管道尺寸是10m×7m, 当量直径是8.2m (2AB/ (A+B) ) , 为保证准确性应有49.2m左右的直管段, 现场无法满足实际测量需求。

2.3、测量装置的堵塞问题:

  和锅炉的一、二次风风量测量装置产生堵塞的情况相比, 脱硫烟气测量装置的堵塞更为严重而难以解决;造成一、二次风测风装置的堵塞的是空气中干燥的灰尘, 而脱硫烟气在经过脱硫装置后 (无论是否有GGH) , 烟气中已携带大量水分, 烟气颗粒物以灰浆形式积存在测量装置上, 简单地说一、二次风的测量的是气、固两相流, 而脱硫烟气测量的是气、固、液三相混合流, 运行工况更复杂, 堵塞更严重。为保证测量装置正常运行, 必须解决装置堵塞问题, 否则一旦出现堵塞, 必然影响测量结果准确性, 甚至无差压输出, 即使采用压缩空气吹扫也难以彻底解决。

2.4、测量装置的腐蚀问题:

  烟气在脱硫过程中会使用具有腐蚀性的脱硫剂, 同时烟气中的硫化物也会部分溶解在脱硫烟气携带的水分中, 具有很强的腐蚀性, 烟气测量装置长期处在腐蚀性环境中运行, 必然产生腐蚀。

3、全截面矩阵式烟气流量测量装置的原理及特点:

3.1、测量装置的原理:

测量装置是基于靠背管原理, 测量装置的取压管设置在烟气管道内, 烟气在管道内流动时, 迎风面取压管受到气流冲击而产生压力能, 管道压力较高, 其压力称为“全压”;背风面取压管不受气流冲击, 管道压力为烟气管道内静压力, 其压力称为“静压”。全压与静压之差称为差压, 差压的大小与管道内介质流速 (量) 有关, 流速 (量) 越大, 差压越大;反之, 差压越小。测量装置通过测量差压大小, 再由相关模型计算公式输出烟气管道内流速 (量) 。

3.2、自清灰防堵塞装置—解决装置堵塞的问题:

针对脱硫烟气易堵塞情况, 测量装置上增设自清灰防堵塞装置, 即在取压管垂直管道内设置有自清灰棒, 在气流冲击下自清灰棒无规则摆动并与取压管壁撞击将其上附着的灰尘清扫下来, 实现自清灰作用。

3.3、全截面取压点的矩阵式分布—解决直管段不满足和管道附件多的问题:

  脱硫烟气风道尺寸较大、直管段长度不同, 造成风道横截面不同位置风速不同, 因此仅有一个取样点的传统测量装置是无法获得准确的测量结果。为解决这一问题, 全截面矩阵式烟气测量装置提出了采用矩阵式多点设置取压点的测量方式, 即根据风道尺寸大小将整个风道横截面划分成多个取压区域, 每个区域设置1个取压点, 这些取压点的所有迎风面取压管相连, 背风面取压管相连, 并各自引出一根总引压管, 总引压管 (全压、静压) 中的压力为横截面各取压区域的平均压力, 通过模型计算公式输出烟气管道内平均流速 (量) 。该测量装置充分考虑了横截面不同位置风速变化对压力 (流量) 的影响, 对直管段长度不作硬性要求, 也不需要设置烟气挡板等附件。

全截面矩阵式取压点布置示意图如图1:

图1 全截面矩阵式取压点布置示意图 (图中“O”表示取压点)

图1 全截面矩阵式取压点布置示意图 (图中“O”表示取压点)

4、脱硫烟气测量装置的功能优点:

  (1) 彻底解决了脱硫含尘烟气风速、风量测量装置堵塞问题, 全截面矩阵式烟气测量装置利用流体本身动能推动清灰棒自动清灰, 不需要外加气体吹扫, 免停机维护, 可以做到长期免维护稳定运行。

  (2) 全截面矩阵式烟气测量装置采用设置多点取压方式, 获得流道内流体的平均流速 (量) , 其测量结果准确可靠。

  (3) 全截面矩阵式烟气测量装置可采用垂直或水平布置方式, 对测量点前后直管道长度没有过多要求, 一般满足直管段长度不小于管道当量直径即可, 其安装方式灵活, 可以适用不同尺寸流道测量要求。

  (4) 全截面矩阵式烟气测量装置取压管道安装在风道内部, 其挡风面积相对整个风道尺寸可以忽略, 对风道流体压力损失几乎没有。

  (5) 耐腐蚀—全截面矩阵式烟气测量装置采用316L为材质, 可保证在机组1~2个大修期内不被腐蚀。

5、白音华金山发电厂脱硫烟气流量测量装置的选型、安装:

5.1、流量测量装置的选型:YC-J-B-4型流量计:

  根据现有资料及厂家的工程经验, 拟在原烟气测量装置位置进行改造, 全截面矩阵式取压装置布置示意图如图2:

图2 全截面矩阵式取压装置布置示意图

图2 全截面矩阵式取压装置布置示意图

5.2、风量计算模型:

计算公式

 

  式中: Q—被测气体容积流量 (单个部分测量装置) , 单位m3/h;

  GZ—被测气体质量流量, 单位t/h;

  GB—被测气体折算到标准状况 (0℃, 273K) 下的流量, 单位Nm3/h;

  K—风量装置流量系数;

  A—风道面积, 单位m2。

计算公式

5.3、流量测量装置的安装:

  脱硫烟气流量测量装置需要2只支架, 支架采用8#槽钢, 两端固定在管道壁上, 主要有以下几点要求:

  (1) 支架的两端固定在管道壁上, 需采用焊接, 位置准确、牢固。完工后采用和原管道相同的防腐措施进行防腐 (防腐包括支架本身) 。

  (2) 测量装置和支架接触的地方采用不锈钢焊条焊接。完工后对支架采用和原管道相同的防腐措施进行防腐。

  (3) 总引压管的引出可根据现场情况灵活布置, 以求方便就行。总引压管和测量装置材质相同。

6、改造后的效果:

  工程改造投运后, 经过机组各种负荷的变化验证, 调节线性跟踪良好, 烟气流量与机组负荷变化关系曲线如图3:

图3 烟气流量与机组负荷变化曲线

图3 烟气流量与机组负荷变化曲线
 

一、烟气流量计概述

  烟气是气体和烟尘的混合物,烟气的成分很复杂,气体中包括 水蒸汽、SO2 、N2、O2、 CO 、 CO2 碳氢化合物以及氮氧化合物等,烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。烟尘对人体的危害性与颗粒的大小有关,对人体产生危害的多是直径小于 10 微米的飘尘,尤其以 1-2.5 微米的飘尘危害性zui大。

二、传感器选型

根据介质中有粉尘及工况条件选用产品BTB-B2系列毕托巴可疏通型传感器,传感器材质为316L(暂定),防腐、耐磨。该流量测量装置传感器在测量含烟气时采用垂直向下安装,毕托巴流量计采取竖直向下安装可以有效的防止烟气的杂质长时间粘附在传感器上起到良好防堵效果,准确的提取实时差压信号。传感器和差压变送器、温度计、压力变送器一体化连接只需在管道上开一个45mm孔就能实现按装。温度计测量温度对流量进行温度补偿,压力变送器测量介质压力对流量进行压力补偿。

三、原理

防堵型毕托巴传感器的结构简单,主要部件加工精度高,每台产品都在实验室高精度标准风洞上进行吹风标定,并把标定结果作成数据库存入单片机程序中,且一次元件安装简便,维护量小,安装时只需在介质管道上打一个Φ45mm左右的小孔,便可直接与毕托巴传感器的连接座焊接,尤其是对大口径管道的测量比涡街、孔板等节流流量计测量优越性更为突出。

毕托巴是采用皮托管原理提取流体流速(全压-静压=动压)再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计。皮托管原理很早就被广泛应用在航天航空业中。如:飞机风洞的测试和检测、飞机发动机气体动力测试、飞机飞行速度的测速杆等。

防堵型毕托巴测量系统由防堵塞一次测量传感器——毕托巴传感器(无需清灰,本身具有防堵耐磨性能)、保护装置、高精度差压变送器组成;利用毕托巴传感器作为流量测量的传感器配合高精度差压变送器测出差压,并将差压信号转换成4~20mA DC标准电流信号,再引入DCS系统(由我厂提供计算模型和参数表),并用数字显示出差压、瞬时流量、累积流量、速度等参数。

3.2防堵型流量系统构成图

四、特点

◆ 节能:由于一次测量元件智能探针是Φ20mm不锈钢制成,其截面积很小在介质管道中几乎无压力损失,使运行成本大大减小,与孔板等节流装置相比较具有明显的节能效果。是国家发改委推荐的第061号节能产品。

◆ 耐高温高压:一次元件智能探针材质选用1Cr18Ni9Ti不锈钢 ( 根据不同介质选用特种钢 ),可耐介质zui高温度650℃,介质zui高压力32MPa。

◆ 可靠性高:因探针的构造非常简单,结构设计合理,导压管内介质不流动,杂物不容易进去,所以能长时间保持测量精度。

◆ 安装简便:只需在管道合适的位置上打一个相当的孔,把一次元件探针插入管道中心,即可方便地进行安装。

◆ 无需维护:一次测量元件探针本身无需维护,只需按计量器具定期检定要求对差压变送器进行零点和满度的校验以及二次表输入相应的电流进行校验。

◆ 测量范围广:流量在0.2 t/h~50000 t/h都可以精确测量。对低流速、小流量、大管径测量效果尤佳。

◆ 广泛用于气体、蒸汽和液体流量测量。气体:一次风速 ( 量 )、二次风速 ( 量 )、( 负压 ) 空气、氧气、氢气、干气、煤气 ( 转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气 )、天然气、液化气、烟气、 化工物料气等;汽体:过热蒸汽、饱和蒸汽、湿蒸汽、双向蒸汽等;液体:水、不满管水、轻油、焦油、原油、各种溶液、化工物料液等。

◆ 介质管道横截面形状适用范围广:本流量计对介质管道截面的几何形状无要求,圆形、椭圆形、方形、长方形、棱形、三角形、 梯形等均适用。

◆ 不要求直管段:清华大学几十年吹风实验积累了各种工况下弯管段到15倍管径之间修正系数数据库,只要用户提供直管段长度即可,即使在弯管处安装同样保证精度。

◆ 配有智能化二次仪表:既可数显各项参数,又可进行远程通讯,构成网络,便于集中管理。

五、安装

1)选择好位置并开孔。

2)毕托巴传感器在焊接前应检查尺寸和头部方向,要保证安装后毕托巴探头部位于管道中心线上,并且使总压孔对正来流方向。

3)在毕托巴传感器的总压和静压引出口处各连接一个一次截止阀,注意将所有管道接头,一次截止阀等连接件尽可能改成焊接连接,以杜绝漏气。正常运行后,应检查并保证无泄漏。

4)差压变送器固定在适当的支架上。并根据现场情况选择差压变送器安装位置。差压变送器的两个接口应布置在同一水平面内。

5)管道和焊口应彻底清洗,在紧固差压变送器前,还应逐个打开一次截止阀,用空气清洗导压管内的焊渣和污物。然后将截止阀关断。

6)连接好差压变送器信号线。

投入运行:

将差压变送器24V直流电源投入。

将两个一次截止阀依次打开。

安装示意图:

7、结语:

  随着《燃煤电厂大气污染物排放标准》、《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》等文件对超低排放提出新的要求, 火力发电厂烟气排放量的流量测量准确性越来越重要, 对流量测量装置的测量准确性、可靠性、高灵敏度、安装简易、运行稳定、免维护等要求也会越来越受到重视。全截面矩阵式烟气流量测量装置的应用前景也会越来越广阔。



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