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脱硫固定污染源烟气连续监测系统烟气流速测量的研究

随着我国综合国力的迅猛快发展,煤电也不断的发展,与之同时对煤炭消耗量也在不断的增加,二氧化硫排放量的日趋增多,造成二氧化硫污染和酸雨的严重危害。根据国家“十一五”规划刚要要求,至2010年,二氧化硫的年排放量要降至2 294万吨。虽然2007上半年全国二氧化硫的排放总量同比降低了0.88%,取得了一些成果。但是要达成“十一五”目标,则要求火电厂机组必须要安装烟气脱硫设施。
其中电站锅炉脱硫系统烟气流量的测量不容忽视,目前生产脱硫系统厂家大多不太注重脱硫烟气流量的测量。作为环保监测的一个重要参数和依据,就显的尤为重要了。
在实际脱硫系统烟道的直管段一般比较短,有的设备几乎没有直管部分,管道截面积很大,烟气流速又很慢、气流流场也很不均匀,有的部位有紊流产生。烟气管道一般采用巴类差压式风量测量装置和热线式风速测量仪,对直管段要求高,而且烟气在低速流动下普通巴类测量探头无差压产生。巴类风速测量探头对含尘气流的测量时会受灰尘影响,造成感压管路堵塞。从而造成所测量的风量不准确,热线式风速测量仪受含硫气体腐蚀和烟气回流影响也难从检测。
我公司在#1脱硫原烟道上安装了一套双喉径文丘里风速测量管,它是利用气流在文丘里管喉部流速增加,静压降低的原理制成的。具有三大突出优点:1)差压输出是一般测速探头的五倍左右。2)可有效的防止灰尘堵塞。3)特殊结构不受回流气流影响。
1 双喉径文丘里测量探头结构和测量原理
1.1 双喉径文丘里结构
双喉径文丘里风速测量管、它是利用气流在文丘里管喉部流速增加,静压降低的原理制成的。在文丘里管内再装设一个小文丘里管,使内文丘里管出口置于外文丘里管的喉部,则在内文丘里管喉部测量的静压将更低,从而获得更大的压差,在测量管上部设有集尘缓冲装置,动压头采用大口径取样,管径内壁光滑。已达到防尘防堵的目的,静压取样口置于文丘里缩口处对短管测量可有效防止紊流干扰。经许多厂家使用证明,双喉径文丘里风速测量仪可使得动、静压压差达到气流动压头的5倍,流速修正系数k在0.20。远远大于普通毕托管、巴类等测量原件的差压值。可在前后直管段不具备条件下正常测量。
1.2 双喉径文丘里测量探头测量原理
通常测量流速为流体平均流速.因此,测量一次风管道平均流速在截面积上设多点测量得出速度分布轮廓,再采用图解法和数值积分法求出平均流速。
风量测量理想流体以速度ω在压力p的流场中正常流动,假定在某点滞止,则流体使该点压力升高,由伯努里方程推出气体流速。
式中:ω=sprt(2kΔp/ρ),m/s;
ρ:气体密度,kg/m3;
Δp:气体流动过程中产全的压差,Pa;
ρ:气流静压;
ω:气流密度;
Q:3 600 Aωρ;
Q:流量,kg/h。
由于流体滞止状态只是一种假定的理想状况,在实际流速.流量测量中一般通过固定装置采取节流。选点法测量压差Δp’,通过理论和试验方法得到该压差与Δp的关系,一般用修正系数K表示。
K=Δp/Δp’。
K-流速修正系数
通常测量流速为流体平均流速。因此,对脱硫烟管道进行平均流速则量采用图解法和数值积分法求出平均流速。
在测量烟道管道上,切面布置8-10套双喉径文丘里探头,多套双喉径文丘里测量探头正负取压在烟道外部混流并联,测点分布遵循其特定的数学模型采取测量一定量特殊点流速的方法求出平均流速。并联后接一台或两台变送器,变送器输出信号进DCS控制系统进行计算得出风速和流量。
按流速分布测量流量时,一般采用等截面加权平均方法,即把圆形截面分成若干个等面积同心圆环,在一条直径上与将每个圆环分成两个面积相等圆环的分界线各个交点上测量出局部流速,然后求其算术平均值。对于矩形管道,则将整个截面分成若干个等面积的小矩形,在各个小矩形的对角线交点上测量其局部流速,按算术平均方法算出平均速度。
这两种方法是按特定的截面速度分布数学模型将截面划分为若干测量截面,并且不要求各测量截面的曲线构成一连续可导的曲线,将各截面测得的局部流速进行加权平均求得截面平均流速。这样可使测点数目较少,适合于大型管道的测量。
在测量矩形管道上,切面布置6-10套双喉径文丘里探头,6-10套双喉径文丘里测量探头并联,测点分布遵循其特定的数学模型采取测量一定量特殊点流速的方法求出平均流速。并联后接一台变送器,变送器进DCS控制系统。
双喉径文丘里防堵型均速测量探头,主要技术参数。
工作压力:-5 kPa~4.0 MPa。
工作温度:-40 ℃~550 ℃。
固定方式:法兰一可拆式。
修正系数:k=风动标定。
精度:±0.25。
由此可知,双喉径文丘里防堵型均速测量探头所测得的数据,相对于其他的测量设备而言具有一定的量程优势。
2 双喉径文丘里测量仪测量和防堵功能
一般风管道直管段较短采用常规测量方法无法正常测量,双喉径文丘里管测量探头来测量风量。双喉径文丘里管测量探头测点后可不考滤直管问题,因为双喉径文丘里风速测量探头结构设计特别,在紊流干扰严重的管道内迎风面采用扩口式采集将风分子进行内外两次压缩,使流过双喉径文丘里风速测量探头的气流速度提高了5倍以上。
而且正压孔有18 mm大孔不论是水平安装还是垂直安装测量探头都不会因灰尘现堵塞现象,静压孔设计在双喉径文丘里喉部侧面在风流过双喉径文丘里管时这里出现较大的负压灰尘在这里无法停流。
3 双喉径文丘里测量仪测量和紊流功能
双喉径文丘里风速测量探头尾部出口流速远远大于双喉径文丘里风速测量探头周围紊流速度。因此静压测点基本不受紊流影响,而且还提高了测量的准确性。
在大尺寸管道低风速状态下,常规风速测量探头很难测准风速的主要原因是测量差压值太小变送器无法读取数值。而双喉径文丘里风速测量探头它是利用气流在文丘里管喉部流速增加,静压降低的原理制成的。在文丘里管内再装设一个小文丘里管,使内文丘里管出口置于外文丘里管的喉部,则在内文丘里管喉部测量的静压将更低,从而获得更大的压差。
在测量管上部设有集尘缓冲装置,动压头采用大口径取样,管径内壁光滑。已达到防尘防堵的目的,静压取样口置于文丘里缩口处对短管测量可有效防止紊流干扰。经许多厂家使用证明,双喉径文丘里风速测量仪可使得动、静压压差大大提高。
因此,双喉径文丘里风速测量探头在测量中的紊流,不受回流影响的作用也是相当的重要的。
4 双喉径文丘里测量仪的优点
1)准确度优于之前安装的巴类测量探头,与设计流量误差±3.0%。
2)流量计的量程比:典型值为15:1,至少可有10:1的量程比。
3)风量测量装置具有较好的稳定性能、且调节线性好。重复性优于±0.5%。
4)特殊设计的截面布置可以减弱被测压力(差压)场中脉动(振荡)的幅值,而减小差压信号的振幅;
5)双喉径文丘里风速测量仪,正压测量孔采用大孔径测量方式彻底解决了含尘气流风量测量装置的信号堵塞问题,静压测点具有利用流体动能进行防堵塞的功能。
6)风量测量装置和法兰紧固件的材质均为316S不锈钢,测量探头内外表面应采用镀铬硬化处理。防腐、防磨。
7)采用插入式布置管道风阻很小,组合风量测量装置的挡风面积几乎可以忽略不计,对整个风道流体的压力损失几乎为零。
8)双喉径文丘里风速测量仪可使得动、静压压差达到气流动压头的5倍,放大后的差压远远大于普通毕托管、巴类等测量原件的差
压值。
5 结论
从前面的陈述我们可以得到这样的结论:双喉径文丘里风速测量仪器,在脱硫烟气流量测量方面具有着同类产品所不及的优点,不因机组容量、不同的烟气脱硫工艺安装等条件的限制。因此,只有综合考虑了各种实际情况,才会有最经济可行最实用的测量方案来。