熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在CEMS系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要:本文介紹了HKTMF系列熱式氣體流量計(jì)產(chǎn)品在煙氣測(cè)量系統(tǒng)(CEMS)中的應(yīng)用背景、相關(guān)產(chǎn)品比較及設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵字:熱式質(zhì)量流量計(jì) 刮掃裝置
1 問題的提出
應(yīng)用在熱力廠和發(fā)電廠的大多數(shù)CEMS系統(tǒng),測(cè)量流量過程分析面對(duì)的困難與問題主要有:高溫、高粉塵、高水分、負(fù)壓及腐蝕性等;工況條件通常是:煙氣介質(zhì)溫度在150℃左右,熱電廠的一次風(fēng)或二次風(fēng)一般在200℃,但個(gè)別也有在400℃左右,流速一般在30m/s左右;準(zhǔn)確度一般要求在1%左右;粉塵顆粒0~1000mg/m3;壓力測(cè)量范圍:-70~70mbar。
在這種條件下,應(yīng)保證必要的檢測(cè)準(zhǔn)確度,較快的反應(yīng)速度;易安裝、易標(biāo)定;滿足防塵、防濺、防腐等防護(hù)要求;應(yīng)有較高的自動(dòng)化程度,較少的維護(hù)工作量。針對(duì)這些問題,我們通常有兩種儀表可以選擇:皮托管或熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。
2 皮托管流量計(jì)與熱式流量計(jì)的比較
2.1 皮托管流量計(jì)
結(jié)構(gòu)如圖1所示,原理:通過測(cè)量壓力來測(cè)量流速。操作時(shí)將測(cè)速管放在管內(nèi)任意位置,使內(nèi)管管口與流動(dòng)方向垂直,測(cè)得該位置上的動(dòng)壓與靜壓能之差,以hA或Δp=RgρA表示。一般將測(cè)速管放在管中心,測(cè)得的是管中心的最大速度。速度計(jì)算公式:
V= (2Δp/ρ)1/2 (1)
2.1.1 用皮托管測(cè)量流速存在的問題
(1)為實(shí)現(xiàn)流速的測(cè)量,儀表需配備差壓變送器,尤其是在小流速(10m/s)的測(cè)量,由于皮托管產(chǎn)生的壓力很小,目前所配的微差壓變送器的精度受本身制造工藝的影響,精度無法考慮;其流量系數(shù)受測(cè)管大小、工藝管徑比、安裝等因素的影響。也就是說,要想兼顧整個(gè)量程段的準(zhǔn)確度,從原理上是不可能的。
(2)抗腐蝕性。一般皮托管應(yīng)用在CEMS系統(tǒng)中時(shí),材質(zhì)選用304、316L不銹鋼,為了防止腐蝕,采取噴涂或套四氟材料等措施,但實(shí)際應(yīng)用時(shí),都達(dá)不到理想的效果。
(3)安裝、維護(hù)。由于用皮托管測(cè)量流速,采用皮托管+差壓變送器來實(shí)現(xiàn),增加了安裝的復(fù)雜性,減少了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊性。由于在CEMS系統(tǒng)中的應(yīng)用易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,為此采用皮托管測(cè)量流速的廠家,增加了反吹裝置。這無形中增加了單位面積的安裝復(fù)雜性和維護(hù)復(fù)雜性;
(4)準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度取決于:安裝方向、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變送器的精度。一般設(shè)計(jì)精度在3%左右。
(5)不適宜含塵的氣體測(cè)量。
2.1.2 皮托管測(cè)量流速的優(yōu)點(diǎn)
耐高溫、方法簡單、價(jià)格適中。
2.2 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
目前在CEMS系統(tǒng)中應(yīng)用的熱式質(zhì)量流量計(jì)不多,下面以Sailsors品牌TF100為例說明。
(1)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
探桿材質(zhì):316L、哈氏合金C-276、鈦材、鉭材等可選;
探頭材質(zhì):316L、哈氏合金C-276、鈦材、鉭材等可選。
(2)原理
熱式質(zhì)量流量計(jì)是利用熱傳導(dǎo)原理檢測(cè)流量的儀表,即用流動(dòng)中的流體與熱源之間熱量交換關(guān)系來測(cè)量流量:表達(dá)式為:
P/ΔT=A+B(Q)m (2)
式中:A,B是與氣體物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。
從公式(2)可以看出:加熱功率與熱源的溫度差的比值可以得出質(zhì)量流量Q。在實(shí)際的應(yīng)用中,我們把加熱功率或溫度差任意一個(gè)參數(shù)固定來測(cè)量流體的質(zhì)量。前者為恒功率法;后者為恒溫差法。
(3)特點(diǎn)
專家系統(tǒng)算法;計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù);寬量程比;大口徑,低流速;低壓損;質(zhì)量流量測(cè)量無須溫壓補(bǔ)償;低流速測(cè)量非常靈敏。
(4)應(yīng)用
在CEMS系統(tǒng)中,國外一般選用熱式質(zhì)量流量計(jì)。因?yàn)槠渚雀摺惭b方便、操作便利、抗腐蝕性強(qiáng),是業(yè)界的首選儀表之一。
在國內(nèi),由于大家對(duì)熱式質(zhì)量流量計(jì)的認(rèn)識(shí)不足,再加上價(jià)格因素的原因,造成了在CEMS系統(tǒng)中熱式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用不普及。在眾多系統(tǒng)集成商中,由于CEMS系統(tǒng)中介質(zhì)成分比較惡劣,常有顆粒、灰塵、水分及腐蝕性成分,易在傳感部位(熱式流量計(jì)的探針部分,皮托管在靜壓、動(dòng)壓的部分)形成堵塞,造成測(cè)量的不準(zhǔn)確,甚至是不能測(cè)量。大多數(shù)廠家(尤其是皮托管)都采用吹掃裝置。廈門宏控公司利用在流量方面的優(yōu)勢(shì),推出的針對(duì)CEMS系統(tǒng)的HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì),不但具備了熱式質(zhì)量流量計(jì)的所有功能,而且也具備了除塵、除污的功能。
3 HKTMF系列熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在CEMS中的具體應(yīng)用
3.1 應(yīng)用方案如圖3所示。
3.2 HKTMF系列熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
(1)HKTMF結(jié)構(gòu)如圖4所示。
(2)HKTMF結(jié)構(gòu)如圖5所示。
HKTMF系列兩款質(zhì)量流量計(jì)都是針對(duì)CEMS系統(tǒng)推的產(chǎn)品,適合不同的應(yīng)用場(chǎng)合:HKTMF系列適合應(yīng)用在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合(易結(jié)垢的地方);HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)適合應(yīng)用在粉塵多但濕度不大的場(chǎng)合。
(3)應(yīng)用方法
1)對(duì)HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)而言,正常測(cè)量時(shí),伸出探頭,與正常的熱式流量計(jì)測(cè)量方法相同;刮掃時(shí),探頭做伸出/縮進(jìn)運(yùn)動(dòng),利用刮掃塊實(shí)現(xiàn)對(duì)探頭表面污物的清潔。特點(diǎn):不影響測(cè)量結(jié)果。
儀表定時(shí)控制電磁閥,電磁閥控制有一定壓力的氣源,氣源控制氣動(dòng)裝置,上下(或左右)移動(dòng)帶動(dòng)刮掃塊,從而對(duì)熱式質(zhì)量流量計(jì)的傳感部件-探針實(shí)現(xiàn)清潔的目的:
2)對(duì)HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)而言,正常測(cè)量時(shí),氣源不給氣,不進(jìn)行吹掃;吹掃時(shí),氣通過噴嘴直接對(duì)探頭吹,這時(shí)不進(jìn)行測(cè)量。特點(diǎn):重量輕;維修方便;對(duì)測(cè)量結(jié)果影響可以忽略。
(4)HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)
不但具備熱式流量計(jì)的所有特點(diǎn),并且實(shí)現(xiàn)了集測(cè)量、刮掃、防腐等于一體的功能。重量輕、安裝方便,與常規(guī)的熱式流量計(jì)產(chǎn)品安裝方法相同。
(5)HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)設(shè)計(jì)保證
1)防腐
探頭采用哈氏合金C-276等;探桿采用特氟龍、四氟噴涂或四氟材料套管保護(hù);哈氏合金C-276。
2)重量
探頭采用直徑19;連接桿采用直徑19;TF100C采用裸板結(jié)構(gòu),總重量應(yīng)小于15kg;
3)刮掃
首先合理選擇定位孔,在保證刮掃自如的情況下,不損壞探頭的探針(克服結(jié)構(gòu)帶來的不一致性造成對(duì)探針的損壞),從而保證長期運(yùn)行的可靠性。
4)定時(shí)功能
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度考慮:系統(tǒng)采樣時(shí)間、儀表采樣時(shí)間、整個(gè)氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的刮掃時(shí)間。刮掃時(shí)問應(yīng)小于系統(tǒng)的采樣時(shí)間,大約是1/5倍。或根據(jù)用戶方案定。
5)準(zhǔn)確度
整機(jī)準(zhǔn)確度:1%讀數(shù)+0.5%滿量程。
(6)HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量
流量計(jì)的特征曲線流速信號(hào)曲線如圖6所示。
4 結(jié)論
廈門宏控公司的HKTMF系列熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)是把傳統(tǒng)的熱式流量計(jì)與刮掃裝置合二為一的產(chǎn)品,以實(shí)用、安裝方便、清潔效果好的特點(diǎn),一經(jīng)推出就受到了業(yè)界的一致好評(píng)。
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