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在電站鍋爐選擇性催化還原法SCR脫硝工藝中,煙氣流量測量的準(zhǔn)確性對還原劑的計算用量具有重要影響。介紹了煙氣流量測量所常用的差壓式和熱導(dǎo)式流量計的工作原理,分析了各自特點(diǎn),并提出在選型時應(yīng)注意防堵灰與防磨損的建議。
引言
選擇性催化還原法SCR(selectivecatalyticreduction)是目前國內(nèi)外在大型燃煤機(jī)組上廣泛采用的脫硝方法。SCR的原理是把NH2作為還原劑,經(jīng)噴氨格柵噴入煙道,與煙氣充分混合后,進(jìn)入催化劑層床,在催化劑的作用下,把Nox還原為N2和H2O。
在SCR工藝中,為了計算噴入的NH2量,必須實(shí)時檢測煙氣流量。由于鍋爐煙風(fēng)道截面積很大,風(fēng)量難以直接測量,通常做法是測量煙道內(nèi)的煙氣流速,用煙氣流速乘以煙道面積,求得煙氣量。但是,電站鍋爐大型煙風(fēng)道受布置影響,一般直段比較短,煙風(fēng)道的流速測量比較困難;而且在流速測量處,流場隨負(fù)荷變化大,煙氣中含塵量高,儀表堵塞、磨損現(xiàn)象嚴(yán)重。因此,電站鍋爐大型煙風(fēng)道流速測量儀表的選型非常重要。
一、常用煙道流速測量的儀表
流速測量儀表種類繁多,目前,常用于電廠煙風(fēng)速度測量的儀表主要有差壓式和熱導(dǎo)式流量計兩種。德圖350加強(qiáng)型煙氣分析儀可以將煙氣分析儀及差壓測量同步,可以一起完成。我們再講一下常見的差壓式和熱導(dǎo)式流量計測量的原理及設(shè)計。
1.1差壓式流量計
差壓式測量方法是流速測量方法中使用悠久和應(yīng)用廣泛的一種測量方法,即根據(jù)伯努利定理,通過測量流體流動過程中產(chǎn)生的差壓來測量流速或流量。
差壓式流量計通過測量總壓與靜壓之差即動壓,求得介質(zhì)流速。
適用于測量大截面氣體流速的差壓式流量計一般有皮托管、阿牛巴和威力巴流量計三種。這三種流量計原理相同,構(gòu)成相似,均由取壓部件(傳感器)、導(dǎo)壓部件和壓力測量部件(如差壓變送器等)構(gòu)成。德圖為了實(shí)現(xiàn)煙氣分析儀一表多能,更主要是操作簡化功能采用的是皮托管式的設(shè)計。下面我都介紹一下各個原理。
普通皮托管由插入管道的一個圓柱形探測管組成,其測量結(jié)果是流通面上一個點(diǎn)的速度。
阿牛巴流量計又稱平均皮托管,其取壓方式為多點(diǎn)取壓,測量結(jié)果為多個取壓點(diǎn)的平均速度。阿牛巴流量計在精度、安裝方便性和阻力方面較普通皮托管有所改善。但在高粉塵煙氣中,阿牛巴流量計取壓孔容易堵塞,影響其穩(wěn)定運(yùn)行。
威力巴流量計的取壓部件也是多點(diǎn)取壓型,但其外形設(shè)為子彈頭型,并對取壓孔位置做了改進(jìn),在精度、差壓脈動和防堵方面有了進(jìn)一步的改善。
考慮到SCR區(qū)域煙氣的高溫、高塵、大截面及振動等特點(diǎn),普通皮托管型流量計不適合選用;選用阿牛巴和威力巴流量計時應(yīng)要求傳感部件具有防磨、防腐、耐高溫等特性,傳感部件應(yīng)防堵,并加裝反吹裝置。
1.2熱導(dǎo)式氣體流量計
熱導(dǎo)式氣體流量計是利用熱傳導(dǎo)原理而設(shè)計的,即利用流動中的流體與熱源之間熱量交換的關(guān)系來測量流量的儀表。
采用這種原理的熱式流量計,其典型的傳感元件包括兩個溫度傳感器。這兩個溫度傳感器分別置于氣流中的兩金屬細(xì)管內(nèi)。其中一個溫度傳感器測得氣流溫度T;另一細(xì)管經(jīng)功率恒定的電熱絲加熱,其溫度Tv高于氣流溫度,且氣體靜止時Tv最高。隨著質(zhì)量流速pU的增加,氣流會帶走更多熱量,導(dǎo)致溫度下降,測得溫度差△T=Tv-T。這種方法稱作“恒溫差法”,其表達(dá)式如下所示。
若保持△T恒定,控制加熱功率隨流量增加而增加,則這種方法稱作“恒功率法”。
氣體成分和氣體溫度的變化均會影響氣體的物理性質(zhì),使得系數(shù)A和B發(fā)生變化,影響測量的準(zhǔn)確性。但在SCR煙氣中,N2和CO2占了近90%的體積,運(yùn)行時的溫度變化范圍在100℃左右,對氣體物理性質(zhì)影響很小。
與差壓式流量計相比,熱導(dǎo)式流量計在阻力、防堵灰、耐磨損及安裝方便性上有一定的優(yōu)勢,它具有阻力小、組成簡單、故障概率低等特點(diǎn);且傳感器部分可采用耐高溫、耐磨損的材料,適用于高溫、高粉塵的SCR煙道中。
二、測量位置的選取
無論是差壓式流量計還是熱導(dǎo)式流量計,均是對流場中某個點(diǎn)或某個線上多點(diǎn)的流速測量。但是,在電站鍋爐的煙道中,煙道截面大、直段短、流場情況復(fù)雜,并且在不同的負(fù)荷情況下,流場情況變化大。若簡單地選用個別點(diǎn)的流速作為全截面的平均流速,則誤差大。因此,測量位置的選取就顯得非常重要。
在SCR工藝中,根據(jù)煙道中流場的均勻情況,一般可以把SCR區(qū)域(從省煤器出口至空氣預(yù)熱器入口)分為噴氨格柵前、噴氨格柵至SCR反應(yīng)器入口、SCR反應(yīng)器、SCR反應(yīng)器出口至空氣預(yù)熱器入口四個部分。
因噴氨格柵前的煙氣流場未經(jīng)充分整流,其均勻情況最差。在噴氨格柵至SCR反應(yīng)器的入口段,不同的SCR技術(shù)對其流場均勻程度要求不同。多數(shù)SCR技術(shù)對這段煙氣流場的速度偏差會控制在15%以內(nèi)。SCR反應(yīng)器內(nèi)流場一般都要求非常高,SCR反應(yīng)器入口速度偏差根據(jù)脫硝效率的不同,一般控制在5%-15%之間,煙氣經(jīng)過催化劑床層后,流場更為均勻。經(jīng)過SCR反應(yīng)器后,其流場對SCR的化學(xué)反應(yīng)影響大大減小。一般來講,這段流場情況較前兩段差,且該段處于SCR末端,流速測量不宜安裝在該段上。
綜上所述,在SCR區(qū)域內(nèi),流速測量點(diǎn)應(yīng)選擇在噴氨格柵至SCR反應(yīng)器入口或SCR反應(yīng)器內(nèi)。如果噴氨格柵至SCR反應(yīng)器入口流場均勻,應(yīng)優(yōu)先選擇該段;如果工藝布置原因或流場原因不能把流量測點(diǎn)布置在該段,也可以選擇布置在反應(yīng)器內(nèi)的第一層或第二層催化劑入口上方,但應(yīng)注意吹灰系統(tǒng)及支撐梁的影響。
三、結(jié)束語
差壓式設(shè)計均為多點(diǎn)取樣,熱導(dǎo)式一般為單點(diǎn)測量。選型時均應(yīng)注意傳感部件的防磨、防腐、防堵灰及耐高溫,對差壓式流量計應(yīng)加裝反吹裝置。同時,測量位置的正確選擇是保證測量準(zhǔn)確的關(guān)鍵因素之一,因而針對SCR工藝,流量測量應(yīng)盡量選擇在噴氨格柵至SCR反應(yīng)器入口之間的煙道上。
其實(shí)差壓式的設(shè)計測量結(jié)果都差不多。所以說德國德圖350加強(qiáng)型煙氣分析儀在SCR脫硝工藝中煙氣流速測量應(yīng)用即滿足了所有環(huán)保煙氣測試的要求又同時可以兼顧流量測量。