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    《電子技術應用》
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    SCR脫硝工藝中煙氣流速測量儀表的選型分析
    摘要: 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式流量計的工作原理,分析了各自特點,并提出在選型時應注意防堵灰與防磨損的建議。
    Abstract:
    Key words :

    摘要: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式流量計的工作原理,分析了各自特點,并提出在選型時應注意防堵灰與防磨損的建議。

    引言
    選擇性催化還原法SCR(selective catalytic reduction)是目前國內外在大型燃煤機組上廣泛采用的脫硝方法。SCR的原理是把NH2作為還原劑,經噴氨格柵噴入煙道,與煙氣充分混合后,進入催化劑層床,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,必須實時檢測煙氣流量。由于鍋爐煙風道截面積很大,風量難以直接測量,通常做法是測量煙道內的煙氣流速,用煙氣流速乘以煙道面積,求得煙氣量。但是,電站鍋爐大型煙風道受布置影響,一般直段比較短,煙風道的流速測量比較困難;而且在流速測量處,流場隨負荷變化大,煙氣中含塵量高,儀表堵塞、磨損現象嚴重。因此,電站鍋爐大型煙風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,常用于電廠煙風速度測量的儀表主要有差壓式和熱導式流量計兩種。
    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用廣泛的一種測量方法,即根據伯努利定理,通過測量流體流動過程中產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,構成相似,均由取壓部件(傳感器)、導壓部件和壓力測量部件(如差壓變送器等)構成。
    普通皮托管由插入管道的一個圓柱形探測管組成,其測量結果是流通面上一個點的速度。
    阿牛巴流量計又稱平均皮托管,其取壓方式為多點取壓,測量結果為多個取壓點的平均速度。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,影響其穩定運行。
    威力巴流量計的取壓部件也是多點取壓型,但其外形設為子彈頭型,并對取壓孔位置做了改進,在精度、差壓脈動和防堵方面有了進一步的改善。
    考慮到SCR區域煙氣的高溫、高塵、大截面及振動等特點,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要求傳感部件具有防磨、防腐、耐高溫等特性,傳感部件應防堵,并加裝反吹裝置。
    1.2熱導式氣體流量計
    熱導式氣體流量計是利用熱傳導原理而設計的,即利用流動中的流體與熱源之間熱量交換的關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管內。其中一個溫度傳感器測得氣流溫度T;另一細管經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。隨著質量流速pU的增加,氣流會帶走更多熱量,導致溫度下降,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,使得系數A和B發生變化,影響測量的準確性。但在SCR煙氣中, N2和CO2占了近90%的體積,運行時的溫度變化范圍在100℃左右,對氣體物理性質影響很小。
    與差壓式流量計相比,熱導式流量計在阻力、防堵灰、耐磨損及安裝方便性上有一定的優勢,它具有阻力小、組成簡單、故障概率低等特點;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式流量計,均是對流場中某個點或某個線上多點的流速測量。但是,在電站鍋爐的煙道中,煙道截面大、直段短、流場情況復雜,并且在不同的負荷情況下,流場情況變化大。若簡單地選用個別點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,根據煙道中流場的均勻情況,一般可以把SCR區域(從省煤器出口至空氣預熱器入口)分為噴氨格柵前、噴氨格柵至SCR反應器入口、SCR反應器、SCR反應器出口至空氣預熱器入口四個部分。
    因噴氨格柵前的煙氣流場未經充分整流,其均勻情況最差。在噴氨格柵至SCR反應器的入口段,不同的SCR技術對其流場均勻程度要求不同。多數SCR技術對這段煙氣流場的速度偏差會控制在15%以內。SCR反應器內流場一般都要求非常高,SCR反應器入口速度偏差根據脫硝效率的不同,一般控制在5%-15%之間,煙氣經過催化劑床層后,流場更為均勻。經過SCR反應器后,其流場對SCR的化學反應影響大大減小。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區域內,流速測量點應選擇在噴氨格柵至SCR反應器入口或SCR反應器內。如果噴氨格柵至SCR反應器入口流場均勻,應優先選擇該段;如果工藝布置原因或流場原因不能把流量測點布置在該段,也可以選擇布置在反應器內的第一層或第二層催化劑入口上方,但應注意吹灰系統及支撐梁的影響。
    三、結束語
    差壓式流量計中阿牛巴流量計和威力巴流量計均為多點取樣,熱導式一般為單點測量。選型時均應注意傳感部件的防磨、防腐、防堵灰及耐高溫,對差壓式流量計應加裝反吹裝置。同時,測量位置的正確選擇是保證測量準確的關鍵因素之一,因而針對SCR工藝,流量測量應盡量選擇在噴氨格柵至SCR反應器入口之間的煙道上。

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