矩陣式流量計(jì)

火電廠的風(fēng)煙道屬于大截面管道，由于鍋爐結(jié)構(gòu)的限制，風(fēng)煙道流場(chǎng)分布不均勻、直管段難以滿(mǎn)足測(cè)量要求。尤其是脫硝出口煙道，普遍存在催化還原反應(yīng)不均勻、煙道直管段短的問(wèn)題，煙氣濃度場(chǎng)分布不均勻。在流場(chǎng)不均的風(fēng)煙道，單點(diǎn)取樣測(cè)量的數(shù)據(jù)很顯然不能代表氣體管道內(nèi)的實(shí)際參數(shù)，不能作為生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)節(jié)的參考依據(jù)。萬(wàn)儀測(cè)控通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有應(yīng)用的典型氣體取樣技術(shù)，提出了適用于不均勻流場(chǎng)煙道的矩陣式取樣技術(shù)。

矩陣式全截面流量測(cè)量裝置是我公司針對(duì)近年來(lái)大機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)需求，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的新一代煙風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)，能根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)測(cè)量裝置。如帶粉氣流測(cè)量，短管道、直管段較短的不規(guī)則管道風(fēng)量測(cè)量，以及大風(fēng)量低流速等特殊情況的風(fēng)量測(cè)量系列產(chǎn)品，為電廠大口徑氣體測(cè)量（總風(fēng)量測(cè)量以及電站鍋爐一、二、三次風(fēng)測(cè)量、制粉系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量等）、煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配套（或升級(jí)改造）等提供了完整的解決方案。

丨概述丨基于ISO3966:1997《封閉管道中流體流量的測(cè)量/采用皮托靜壓管的速度-面積法》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的矩陣式流量測(cè)量裝置，矩陣式流量計(jì)煙氣取樣裝置是將風(fēng)煙道斷面劃分為若干個(gè)等面積的矩形小塊，各塊中心即為取樣點(diǎn)。通過(guò)多個(gè)取樣點(diǎn)的合理布置，用以實(shí)現(xiàn)大截面風(fēng)煙道的全截面風(fēng)煙氣混合取樣。風(fēng)煙氣經(jīng)各支管取樣后，在風(fēng)煙道外匯流到一混合母管，混合母管連接至空氣預(yù)熱器后端。在大風(fēng)煙道截面上采用全截面矩陣式多點(diǎn)測(cè)量，依據(jù)差壓式測(cè)量原理，根據(jù)穩(wěn)中有降測(cè)量截面尺寸的大小、直管段長(zhǎng)短等因素確定矩陣點(diǎn)數(shù)，將許多個(gè)測(cè)量點(diǎn)等截面有機(jī)地組裝在一起，正壓側(cè)與正壓側(cè)相連，負(fù)壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)相連，正、負(fù)壓側(cè)各引出一根總的引壓管，分別與差壓變壓變送器的正、負(fù)端相連，測(cè)得截面的平均速度，然后計(jì)算出風(fēng)煙量，實(shí)踐證明該裝置完全能長(zhǎng)期可靠使用，成為免維護(hù)產(chǎn)品。下圖所示矩陣取樣裝置左圖為圓形管道設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)型陣列式測(cè)量裝置；右圖為方形管道設(shè)計(jì)的防堵型陣列式測(cè)量裝置。

丨流場(chǎng)不均勻性和單點(diǎn)取樣技術(shù)現(xiàn)狀分析丨測(cè)量管道內(nèi)的氣體流量，理想的狀態(tài)是管道內(nèi)壁非常光潔且有較長(zhǎng)的直管段，否則管道內(nèi)氣體流場(chǎng)的不均勻，存在紊流與旋流，影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。但是電站鍋爐的風(fēng)煙道幾乎不可能有這樣理想的條件，解決的方法就是采用網(wǎng)格法在風(fēng)道中布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，得到風(fēng)道內(nèi)的平均風(fēng)速。

以燃煤機(jī)組煙氣脫硝改造為例，由于場(chǎng)地空間限制，脫硝出口煙道較短，而且存在多處變徑和拐角；火電廠煙道屬于大截面煙道，煙道尺寸在幾米到十幾米，流場(chǎng)不均普遍存在。由于煙道流場(chǎng)分布不均，脫硝出口NOX和NH3的濃度分布也不均勻。在運(yùn)行過(guò)程中，脫硝出口NOX和NH3濃度的測(cè)量數(shù)據(jù)存在基本不變化或者波動(dòng)較大的情況，不響應(yīng)系統(tǒng)工況變化，還存在脫硝出口與脫硫出口所測(cè)NOX濃度偏差較大的情況。這些測(cè)量數(shù)據(jù)不但不能為生產(chǎn)運(yùn)行提供指導(dǎo)，反倒給運(yùn)行人員帶來(lái)困擾，給脫硝系統(tǒng)投自動(dòng)也帶來(lái)較大障礙；這些問(wèn)題都是在流場(chǎng)分布不均的煙道上，采用傳統(tǒng)的單點(diǎn)取樣方式所帶來(lái)的。在不均勻流場(chǎng)，一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)不能代表整個(gè)煙道的煙氣濃度參數(shù)，該點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)也失去了使用價(jià)值和意義。當(dāng)前，NOX和NH3的濃度檢測(cè)已經(jīng)有較為**的化學(xué)發(fā)光技術(shù)，測(cè)量精度可達(dá)到ppb級(jí)，導(dǎo)致NOX和NH3測(cè)量不準(zhǔn)的主要原因集中在取樣方式上。因此，研究一種能適用于不均勻流場(chǎng)、能充分反映煙道實(shí)際濃度的煙氣取樣技術(shù)就具有比較現(xiàn)實(shí)的意義。

在鍋爐送風(fēng)的測(cè)量中難點(diǎn)有以下幾種：

1、基本是氣固兩相流，不是含灰就是含粉；

2、速度快，穿透力、吹掃力特別強(qiáng)，容易造成測(cè)量器件堵塞和磨損；

3、在大風(fēng)道管道中的風(fēng)速慢、直管段短、流場(chǎng)復(fù)雜。不易測(cè)準(zhǔn)。

3、易堵塞。都是氣固兩相流體，煤粉和灰的細(xì)度只有幾十至幾百微米。有很強(qiáng)的粘附性。被測(cè)量的器件內(nèi)外有溫度差，形成結(jié)露。需增加額外壓縮空氣定時(shí)吹掃或大小修中拆卸進(jìn)行徹底清潔。

4、易磨損。都是氣固兩相流體，氣流速度會(huì)達(dá)到每秒幾十米(10-40m/s)。穿透力吹掃力特別強(qiáng)。會(huì)對(duì)被測(cè)量器件變形，改變流速系數(shù)，影響測(cè)量精度。

5、準(zhǔn)確性不能保證用于一次風(fēng)測(cè)量器件。由于測(cè)速探頭的變形，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。對(duì)于二次風(fēng)總風(fēng)等大風(fēng)道，流速很低，直接測(cè)量產(chǎn)生的差壓*多只有幾百帕。對(duì)差壓傳感器的要求很高，不易測(cè)準(zhǔn)。對(duì)直管段要求高，一般有5-6D，比如磨煤機(jī)冷一風(fēng)進(jìn)口，由于流場(chǎng)復(fù)雜，直管段很短。

6、壓損大。為了提高差壓，采用了縮孔或節(jié)流的方法。有的設(shè)備的風(fēng)阻可能就有好幾百帕。

7、安裝不便。體積巨大，安裝和維護(hù)不便。

丨案例丨為分析煙氣流場(chǎng)的分布情況，對(duì)某電廠300MW機(jī)組脫硝出口煙氣NOX和NH3的濃度分布進(jìn)行了測(cè)試。煙道為10m×4m矩形煙道，在煙道兩側(cè)分別取2個(gè)取樣點(diǎn)，探桿長(zhǎng)度1.5米，一共取A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)的NOX和NH3濃度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在負(fù)荷工況基本保持不變的情況下，分別對(duì)四個(gè)點(diǎn)的NOX和NH3濃度進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)整理成曲線分別如下圖所示。

由上圖的測(cè)量曲線可看出，無(wú)論是NOX還是NH3，其濃度分布都是不均勻的。其中A取樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，但NOX的測(cè)量值比實(shí)際煙氣濃度值偏高，基本都超過(guò)了排放限值50mg/m3；而NH3基本接近于0，無(wú)較大波動(dòng)。其他三個(gè)取樣點(diǎn)所測(cè)量的數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，也無(wú)規(guī)律可循。由此可見(jiàn)，不同取樣點(diǎn)的測(cè)量濃度相差達(dá)到幾倍甚至幾十倍，如若采用單點(diǎn)取樣方式，無(wú)論是在哪一個(gè)點(diǎn)取樣進(jìn)行煙氣監(jiān)測(cè)，其測(cè)量值都不能代表煙氣濃度的實(shí)際值。

某電廠300MW機(jī)組在A側(cè)脫硝反應(yīng)器出口安裝了我廠矩陣式煙氣取樣裝置，裝置投入運(yùn)行2個(gè)月后，收集脫硝出口NOX和NH3的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)曲線如下圖所示。

由上圖中NOX和NH3的歷史數(shù)據(jù)曲線可看出，采用矩陣式煙氣取樣裝置所測(cè)量的數(shù)據(jù)曲線平滑穩(wěn)定，能真實(shí)反映整個(gè)煙道內(nèi)的污染物濃度。而且數(shù)據(jù)無(wú)急劇的階躍變化，有利于脫硝自動(dòng)的投入。

丨結(jié)構(gòu)特征丨我公司推出的矩陣式煙氣流量測(cè)量裝置是將煙道斷面劃分為若干個(gè)等面積的矩形網(wǎng)塊，各網(wǎng)塊中心即為取樣點(diǎn)。通過(guò)多個(gè)取樣點(diǎn)的合理布置，用以實(shí)現(xiàn)大截面煙道的全截面煙氣混合取樣。煙氣經(jīng)各支管取樣后，在煙道外匯流到一混合母管，混合母管連接至空氣預(yù)熱器后端。矩陣取樣裝置取樣示意圖如下圖所示。

丨選型應(yīng)用丨矩陣式流量測(cè)量裝置可適用于任何形式的大口徑氣體流量測(cè)量（總風(fēng)量測(cè)量以及電站鍋爐一、二、三次風(fēng)測(cè)量、制粉系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)量、助燃空氣、熱空氣、烴氣、天然氣、火炬氣、煤氣等）、煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配套（或升級(jí)改造）。在購(gòu)買(mǎi)選型過(guò)程中，可根據(jù)管道尺寸、結(jié)構(gòu)和測(cè)量介質(zhì)等要求，設(shè)計(jì)選擇不同類(lèi)型的矩陣式流量測(cè)量裝置。

▲　標(biāo)準(zhǔn)型矩陣式風(fēng)煙量測(cè)量裝置——采用畢托管原理設(shè)計(jì)流量系數(shù)為1的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置；

▲　均速型矩陣式風(fēng)煙量測(cè)量裝置——采用均速管陣列不止，善于測(cè)量直管段較短管道風(fēng)量；

▲　防堵型全截面矩陣式測(cè)量裝置——防堵性能好，適合帶粉塵氣流測(cè)量，應(yīng)用很廣。

▲　多點(diǎn)雙文丘里管風(fēng)量測(cè)量裝置——防堵性能好，測(cè)量精度高，適合帶粉塵氣流測(cè)量。

矩陣式流量計(jì)（測(cè)量裝置）工藝制造標(biāo)準(zhǔn)：

1       ISO 3966-1977 《封閉管道中流體流量的測(cè)量用皮托靜壓管的速度面積法》

2       ISO7145:1982  《圓形截面封閉管道中流體流量的測(cè)定-在截面的1點(diǎn)上測(cè)量速度的方法》

3       GB/T 2624—2006   《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測(cè)量滿(mǎn)管流體流量》

4       DIN EN ISO 9001:2000         《歐盟質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)》

5       JB/T 2274-1991        《流量顯示儀表》

6       DIN 10204 TDR/DGR           《歐盟材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》

7       EN ISO5167-1        中國(guó)《節(jié)流裝置計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》

8       JJG 640-2016         中國(guó)《差壓式流量計(jì)檢定規(guī)程》

9       JB/T5325- 1991              中國(guó)均速管行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)