陣列式煙氣流量測(cè)量裝置在脫硫CEMS中的應(yīng)用

吳峰

摘要：近年來(lái)，國(guó)家對(duì)于環(huán)保的要求越來(lái)越高，特別是對(duì)電力企業(yè)大氣污染物排放總量進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，環(huán)保部門及電力企業(yè)對(duì)脫硫煙氣排放總量的精確測(cè)量提出了更高的要求。文章介紹了陣列式煙氣流量測(cè)量裝置在脫硫CEMS系統(tǒng)中的應(yīng)用原理及優(yōu)勢(shì)，并分析和展望了該技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：脫硫CEMS；煙氣流量；陣列式測(cè)量；精確性；污染物排放 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X703 文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.043

1 概述

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，民眾對(duì)于環(huán)保的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求也越來(lái)越高，火力發(fā)電企業(yè)承擔(dān)著越來(lái)越嚴(yán)苛的環(huán)保責(zé)任。煙氣排放量的精確測(cè)量對(duì)于企業(yè)來(lái)說至關(guān)重要，可以預(yù)見未來(lái)國(guó)家對(duì)企業(yè)排污費(fèi)的征收依據(jù)也將量化至煙氣排放量的具體數(shù)值上。然而就目前的實(shí)際情況而言，有些電力企業(yè)煙氣排放量的測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠，原因是這些企業(yè)的環(huán)保設(shè)施在基建時(shí)未考慮煙氣流量測(cè)量位置的合理性或者部分企業(yè)的環(huán)保設(shè)施是后期加裝，導(dǎo)致環(huán)保測(cè)點(diǎn)安裝空間受限，給煙氣流量的精確測(cè)量帶來(lái)極大的困難。但陣列式煙氣流量測(cè)量裝置可解決這些企業(yè)面臨的難題，使煙氣流量測(cè)量更加精確。該裝置可以解決部分企業(yè)尤其是老電廠面臨的環(huán)保測(cè)點(diǎn)無(wú)法滿足環(huán)保要求的困難，使得煙氣流量精確測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。

2 煙氣流量測(cè)量技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在目前大部分的電力企業(yè)中，煙氣流量測(cè)量普遍采用單點(diǎn)或多點(diǎn)流量測(cè)量的方法。對(duì)于新建電廠而言，煙氣流量裝置安裝位置在設(shè)計(jì)時(shí)就可以進(jìn)行考慮，可以滿足環(huán)保部門的要求，這些電廠的煙氣流量測(cè)量數(shù)據(jù)可以反映實(shí)際的工況。但對(duì)于老電廠而言，測(cè)點(diǎn)安裝位置無(wú)法滿足“前四后二”的環(huán)保要求或者由于實(shí)際工況和裝置選型等其他原因，導(dǎo)致流量測(cè)量數(shù)據(jù)不精確?？偨Y(jié)和分析這些企業(yè)的情況，主要原因還是煙氣流量測(cè)量裝置采用單點(diǎn)式，測(cè)點(diǎn)位置煙道截面尺寸大，單點(diǎn)式測(cè)量無(wú)法準(zhǔn)確地反映實(shí)際煙氣工況及污染物排放量，給環(huán)保部門在環(huán)境監(jiān)測(cè)和執(zhí)法等方面造成了很多障礙，這已成為環(huán)保工作急需解決的難題。

3 煙氣流量測(cè)量數(shù)據(jù)不精確的影響

大氣污染物連續(xù)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的煙氣流量屬于重要的環(huán)保參數(shù)，該參數(shù)是污染物排放總量計(jì)算的重要數(shù)據(jù)，可反映出電廠環(huán)保設(shè)施的實(shí)際狀況。如果煙氣流量數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確反映實(shí)際工況，必然導(dǎo)致電廠無(wú)法完成減排計(jì)劃，影響企業(yè)形象，同時(shí)面臨環(huán)保部門的考核和追責(zé)。

4 采用陣列式煙氣流量測(cè)量裝置的優(yōu)越性

由于現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制，大唐潮州電廠脫硫煙氣流量測(cè)量裝置采用單點(diǎn)熱式質(zhì)量流量計(jì)，環(huán)保測(cè)點(diǎn)處煙道截面比較大，測(cè)點(diǎn)前后煙道直管段的長(zhǎng)度不夠，煙道內(nèi)流場(chǎng)不穩(wěn)定，采用單點(diǎn)測(cè)量的方式無(wú)法滿足要求。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況的分析和總結(jié)，決定采用陣列式煙氣流量測(cè)量裝置，該裝置很好地解決了面臨的難題，測(cè)量的結(jié)果比改造前更加穩(wěn)定和精確。

5 陣列式煙氣流量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)及原理

5.1 陣列式煙氣流量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)

針對(duì)煙道內(nèi)流場(chǎng)不穩(wěn)定導(dǎo)致煙氣流量測(cè)量數(shù)據(jù)不精確的難題，通常的方法是在煙道截面上平均等分多點(diǎn)測(cè)量，將各測(cè)量結(jié)果取平均值。依據(jù)上述測(cè)量方法，再結(jié)合煙道截面尺寸、測(cè)點(diǎn)前后直管段長(zhǎng)度等影響因素確定陣列點(diǎn)數(shù)，將多個(gè)陣列測(cè)量點(diǎn)通過合適的管路連接在一起，組成一套自動(dòng)求取煙氣流速平均值的裝置。該裝置的正壓側(cè)所有取壓口相連通，負(fù)壓側(cè)所有取壓口相連通，裝置的正、負(fù)壓側(cè)分別通過一根總的引壓管與差壓變送器的正、負(fù)端連接，測(cè)得該煙道截面的平均流速，再通過公式算出煙氣量。此外，該裝置的正、負(fù)側(cè)取壓口都配備擾動(dòng)自清灰桿，在煙氣作用力下自旋清灰防止堵塞，同時(shí)配套壓縮空氣自動(dòng)吹掃裝置，通過DCS設(shè)定吹掃時(shí)間和間隔。結(jié)構(gòu)和原理如圖1和圖2所示：

5.2 陣列式煙氣流量測(cè)量裝置的原理

陣列式煙氣流量測(cè)量裝置在線測(cè)量的原理是根據(jù)伯努利方程，通過測(cè)量流體流動(dòng)過程中產(chǎn)生的差壓來(lái)測(cè)量流速或流量，該裝置通過構(gòu)件固定在煙道內(nèi)部，與煙氣流動(dòng)方向垂直布置。當(dāng)煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)時(shí)，迎風(fēng)面受到氣流作用力，煙氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能，迎風(fēng)面管內(nèi)壓力高，稱為全壓管，其壓力稱為“全壓”；背風(fēng)面由于不受煙氣作用力，管內(nèi)的壓力為靜壓力，稱為“靜壓”。全壓和靜壓之差稱為“動(dòng)壓”，其大小與煙氣流速成正比，流速越大，動(dòng)壓越大；流速越小，動(dòng)壓也越小。通過測(cè)量動(dòng)壓的大小，再找出動(dòng)壓與流速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可精確測(cè)量出煙氣流速。

5.3 陣列式煙氣流量測(cè)量裝置的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)伯努利方程式可得：

=23.96

式中：為煙氣流速，單位m/s；為煙氣流量測(cè)量裝置流量系數(shù)；ΔP為煙氣流量測(cè)量裝置輸出差壓，即動(dòng)壓，單位Pa；為煙氣溫度，單位℃；為當(dāng)?shù)卮髿鈮海瑔挝籔a；為煙道內(nèi)的煙氣壓力，單位Pa。

根據(jù)以上數(shù)學(xué)公式，可精確計(jì)算出煙氣流速。

根據(jù)上式可推導(dǎo)出煙氣體積流量公式：

M=3600

式中：M為煙氣體積流量，單位m3/h；為煙氣流速，單位m/s；為煙道截面積，單位m2；3600為時(shí)間，單位s。

上式折算到標(biāo)況（0℃，273K，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的干煙氣體積流量公式：

Q=3600···（1-X%）

式中：Q為煙氣折算到標(biāo)況（0℃，273K，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）下的干煙氣體積流量，單位m3/h；為煙氣流速，單位m/s；為煙道截面積，單位m2；為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，單位Pa；為煙道內(nèi)的煙氣壓力，單位Pa；X為煙氣濕度，單位%。

根據(jù)煙道的實(shí)際截面積，我們可選擇安裝多個(gè)陣列式煙氣流量測(cè)量裝置，每個(gè)煙氣流量測(cè)量裝置的差壓信號(hào)輸入到CEMS工控機(jī)或DCS，按照已推導(dǎo)出的公式計(jì)算出每個(gè)裝置的流速值后再求平均值，算出的平均流速導(dǎo)入流量計(jì)算公式可得煙氣流量值。

6 陣列式煙氣流量測(cè)量裝置的應(yīng)用前景

為進(jìn)一步加強(qiáng)大氣污染防治工作，國(guó)家環(huán)護(hù)部頒布了《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》（公告2013年第14號(hào)）。2014年9月12日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造計(jì)劃（2014～2020年）》，就燃煤發(fā)電行業(yè)的節(jié)能減排提出了更嚴(yán)格的要求和升級(jí)改造“時(shí)間表”。煙氣流量將作為重要環(huán)保參數(shù)，陣列式煙氣流量測(cè)量裝置可解決煙氣流量測(cè)量數(shù)據(jù)偏差大的難題，保證污染物排放量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。陣列式煙氣流量測(cè)量是一種更為精確、可靠的煙氣流量測(cè)量技術(shù)，其關(guān)鍵是解決了單點(diǎn)式測(cè)量數(shù)據(jù)不具代表性的難題，與其他煙氣流量測(cè)量技術(shù)相比較，陣列式煙氣流量測(cè)量裝置具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)必將朝著取代傳統(tǒng)煙氣流量測(cè)量技術(shù)的方向深入發(fā)展。

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