目前在国际上和国内,对于电站大型燃煤机组上使用的脱硝方法,选择性催化还原法SCR是应用最为广泛的把NH3作为还原剂,通过喷氮格喷人烟道并且和烟气完全混合,从而进人到催化剂层床,在它的作用下把NOx还原成N2和H2O,这就是SCR的工作原理
在这个SCR的工艺流程中,要计算出NH3的喷人量,必须对烟气流量进行实时的检测。对于烟气的流量监测,其流速测量仪表的种类和方式很多。不过,目前主要有差压式和热导式流量计两种方式的仪表,它们的应用在电厂烟风速度测量中最为广泛和常见。
1.1差压式流量计
在流体流速测量方面,应用最广泛且使用历史悠久的一类测量方法,就是差压式测量法。它是以伯努利定理为依据,通过测量流体流过节流件时所产生的前后差压,来得到流体的流量和流速。对于总压和静压之间的差的有效测量,求得的值就是动压。差压式流量计在求得动压的值就能得出介质流速的值。在差压式流量计中,一般存在阿牛巴、威力巴和皮托管三类,适用于对于大截面气体流速进行的测量。这三类流量计,构成非常相似、原理基本相同。他们的构成,基本上都是由以差压变送器等为主的压力测量部件、导压部件和以传感器为主的取压部件等元件构成。
阿牛巴流量计是平均皮托管的另一个称呼方式。它通过多点取压的方式,对于多个取压点的平均速度进行结果测量。在阻力方面、安装方便程度和精度方面,阿牛巴流量计比普通皮托管具有更多优势。只是在高粉尘的烟气中,它的取压孔比较容易堵塞,进而对它的稳定运行会产生一定的影响。
取压部件同样为多点取压型的威力巴流量计,设计是子弹头型的外形,并且改进了取压孔的位置,从而对于堵、差压脉动和精度等方面都有了较大幅度的改善。用插入到管道的一个圆柱形探测管组成的,就是普通的皮托管,它的原理比较简单,流通面上面一个点的速度的值,就是它的测量结果。
基于对SCR区域烟气的高尘、高温、震动和大截面等因素进行综合有效的考虑,在这些因素的影响下,明显不适合选用的就是普通皮托管型的流量计;而对于另外两个类型的流量计—阿牛巴和威力巴的流量计的选用,它们的传感部件除了要求具有耐高温、防腐和防磨等特性之外,还应该注意对传感部件采取适当的防堵措施,必要的
通过热传导原理,将流动中的流体和热源之间进行热量交换的关系进行利计,对流体进行流量测量的仪表,就是热导式气体流量计。两个温度传感器是热导式气体流量计的典型传感元采用这个原理的热式流量计,它的两个温度传感器被分别置人在气流的两个金属细管里,一个细管经电热丝来加热,另外一个温度传感器则测试并跟随气流温度,两个传感器产生一定的温度差△T,气流会随着质量流速增加而带走更多热量,导致了△T变小,为保证△T的恒定,需要对电热丝加热功率进行控制,这就是常说的“恒温差法”;另外,保持一个恒定加热功率,随着流量增加而计算ΔT变化量,被普谝称之为“恒功率法”。气体的物理性质,会随着气体温度和气体成分的变化而受到不同程度的影响,并且使对应的系数发生相应的变化,从而对测量的准确程度产生一定的影响。在SCR的烟气中,由于二氧化碳和氮所占的体积具有纟色对性的优势,因此设备运行的时候,温度变化范围一般在100摄氏度上下浮动,对于气体的物理性质影响则比较小。热导式流量计和差压式流量计两者相比,前者在防堵灰、安装方便程度、耐磨损和阻力等各方面,均具有一定而明显的优势。它的故障概率非常低,组成结构非常简单,并且产生的阻力很小。这些特征,都使它能在高粉尘和高温环境下的SCR烟道有很好的施用,是一种非常不错的可用于烟气流量进行测量的流量计。
2.测量位置的选择
无论是差压式流量计还是热导式流量计,对于流场里某个线上的多个点或者某一个点进行的流速测量是他们的共同特征和依据。需要提出的是,在电站锅炉的烟道里流场情况比较复杂、直管段短而且烟道的截面比较大的情况下,尤其是面对流场情况变化比较大、并且负荷情况各自不同的情形,该如何处理这些因素引起的测量误差,是一个业内的难题所在。在这样的前提条件下,如果只是单对于个别点的流速作为全部截面的平均流速进行选择和应用,那么误差率一定非常大,对于测量全部流速就不能得到整体的反应。在这样的情况下,非常重要的一点就是选取好的测量位置。
SCR工艺流程中,一般可以根据烟道里流场的均匀程度,可以把测点放在把从省煤器出口到空气预热器人口的SCR区域分成喷氨格栅前、喷氨格栅到反应器入口处应器、反应器出口到空气预热器处四个不同位置的部。通过一定程度的测试和实践,在SCR的区域里,选择在喷氨格栅到反应器人口处,以及反应器里这两个位置的部分是流速测量点最应该考虑的部位。因为这些部位的流场最为均匀,所以应该优先而着重选择这两个部位。假若
因为流场原因,以及工艺布置等原因无法布置流量测点在这些部位,那么还可以在反应器里的第一、二层的催化剂人口的上方进行选择和布置,只是选择这兩个位置进行布置的话,必须考虑到支撑梁和吹灰系统对于布置选择的适当影响
3.不同流量计的选型
单点测量是一般的热导式流量计的特征,而差压式流量计里的阿牛巴流量计和威力巴流量计,都是以多点取样为主要测量特征进行的。这些流量计的选型,一般应该对它们的酎高温、防堵灰、防腐和防磨等传感部件的这些特征进行相应的考虑,要对差压式流量计进行反吹装置的加装,这些都是在具体实践操作中非常值得把握的细节和关键。另外,保证测量准确的关键因素,离不开正确选择测量位置。这些因素累加下来,流量的测量应尽量选择在喷氨格栅到反应器人口处的烟道上,这对SCR工艺的措施和要求不仅十分必要,而且非常重要。
4.结束语
烟气流量计在SCR工艺里,为了能对喷人的NH3的量进行有效而很好的计算,就需要对于烟气的流量进行实时的准确检测。一般的做法是对于烟道里的烟气流速进行测量,再通过烟道面积和烟气流速的积,来求出烟气量的有效值,这是由于一般情况下,锅炉烟风道截面积非常大并且造成直接測量风量困难而采用的变通方法。同时,烟风道的流速测量,还因受到电站锅炉大型烟风道受布置因素制约而直管段一般比较短的严重限制,而显得非常困难。在流速测量点的流场受负荷变化影响比较大,从而烟气里有着非常高的含尘量,并且磨损和仪表堵塞的现象都非常严重对于电站锅炉大型烟风道使用何种流速测量仪表选型和位置的选择非常重要,应当根据他们各自不同的特征,进行最为贴近实际的选择,为烟气流量測量提供良好的方式和计算方法。本文列举的差压式流量计和热导式流量计,是广泛应用于各类电厂烟风速度测量的仪表,并且在实践中收到了良好的测量效果,对于烟气流量测量非常适用,可以根据他们的各自特征进行有效的筛选和更好的应用。