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SG熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在氣體發(fā)電廠的應(yīng)用情況

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-11-18  來(lái)源:儀器設(shè)備行業(yè)網(wǎng)
核心提示:熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)與幾款流量計(jì)的性能對(duì)比,在沼氣等氣體燃料發(fā)電機(jī)組的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì) 電
 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)與幾款流量計(jì)的性能對(duì)比,在沼氣等氣體燃料發(fā)電機(jī)組的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:    熱式氣體質(zhì)量流量計(jì) 質(zhì)量流量計(jì)  電廠質(zhì)量流量計(jì)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對(duì)電力的需求日益增大,尤其是在夏季電力短缺的現(xiàn)象就更日益突出。為了緩解電力短缺的問(wèn)題,很多企業(yè)都想出了很多方法,一方面節(jié)約用電,另一方面,有能力的廠家自己發(fā)電解決用電緊張問(wèn)題。例如污水處理行業(yè),他們利用在污水處理中產(chǎn)生的沼氣發(fā)電,目前沼氣發(fā)電技術(shù)是在國(guó)際上也僅有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握,企業(yè)關(guān)注的是效益,關(guān)注的是1m3氣到底能發(fā)出幾度電?傳統(tǒng)的計(jì)量的方法有采用渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等,效果都不甚理想。現(xiàn)在我們采用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì),它的成功運(yùn)用,使長(zhǎng)期困饒我們?cè)谟?jì)量問(wèn)題上(理論設(shè)計(jì)與實(shí)際消耗相差太大)的難題得到了解決,由于量程比寬,這樣我們不同功率的機(jī)組可選用同一中規(guī)格的產(chǎn)品就可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。現(xiàn)就熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)、原理、使用及與其他各款流量計(jì)的性能作一比較。
 
2、    熱式質(zhì)量流量計(jì)與渦街流量計(jì)、超聲流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等比較
2.1渦街流量計(jì)(氣體)
 
▲ 渦街流量計(jì)特點(diǎn):沒(méi)有可移動(dòng)部件、計(jì)量精度高、壓力損失小
     檢測(cè)元件不與被測(cè)流體接觸、輸出信號(hào)與流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度等參數(shù)無(wú)關(guān)。
▲    渦街流量計(jì)原理:它是應(yīng)用流體力學(xué)中的卡曼渦街原理來(lái)測(cè)量流體流量的。把一個(gè)旋渦發(fā)生體(圓柱體、三角柱等非流線型對(duì)稱體)垂直插在管道中,當(dāng)流體在管道中流動(dòng)時(shí),會(huì)在旋渦發(fā)生體后方左右兩側(cè)交替產(chǎn)生旋渦,形成旋渦列。這兩列旋渦相互形成平行狀,且左右交替出現(xiàn),旋轉(zhuǎn)方向相反。旋渦的頻率f(Hz)與流體的平均流速v(m/s)及旋渦發(fā)生體的寬度(m)有如下關(guān)系:      f=St*v/d   (St為斯特勞哈爾系數(shù),與旋渦發(fā)生體寬度d和流體雷諾數(shù)有關(guān))
▲    渦街流量計(jì)的使用相對(duì)簡(jiǎn)單,安裝也比較方便,它分插入式和管道式兩種。在安裝時(shí)應(yīng)注意流體的流動(dòng)方向應(yīng)同流量計(jì)指示的方向相同。
▲    渦街流量計(jì)的缺點(diǎn):量程比小(15:1);受震動(dòng)影響大;管道的大小與價(jià)格呈正比;需要溫度壓力補(bǔ)償方可計(jì)量;小量程段不靈敏,不穩(wěn)定,幾乎不可測(cè)量。
 2.2、超聲波流量計(jì)(氣體)
▲超聲波流量計(jì)特點(diǎn):沒(méi)有壓力損失;安裝簡(jiǎn)單;與流體的溫度、壓力、粘度等本身性質(zhì)無(wú)關(guān);無(wú)可動(dòng)部件;可測(cè)量臟污、腐蝕氣體及多組分氣體。
▲超聲波流量計(jì)原理:在管道中測(cè)量測(cè)量順流和逆流方向超聲波的傳播時(shí)間,再經(jīng)過(guò)計(jì)算得出流體的流速。流體的流量則可以通過(guò)介質(zhì)流速、管徑,以及用雷諾數(shù)對(duì)流體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方面的校正后得到。
      具體來(lái)說(shuō):在管道中以“Z”型裝一對(duì)超聲波傳感器,兩個(gè)傳感器之間的距離L作為超聲波的傳播行程。超聲波在兩個(gè)傳感器之間的順流和逆流傳播時(shí)間分別表示為:
Ts=L/(C+Vcosθ);Tn= L/(C-Vcosθ)
式中C為聲波在靜止空氣中的速度,它隨氣體性質(zhì)變化的函數(shù),單位:m/s。V為氣體介質(zhì)流速,單位m/s。θ為聲波行程與管道軸線之間的夾角。
 ▲超聲波流量計(jì)的使用也比較方便。在管道表面以“Z”型安裝,應(yīng)注意應(yīng)把傳感器安裝處打磨光亮并涂敷黃油,用固定裝置把傳感器與管道擰緊即可。
 ▲超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn):量程比小(15:1);維護(hù)相對(duì)麻煩;氣體精度高的價(jià)格高;計(jì)量需要溫度、壓力補(bǔ)償;
2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)(氣體)
 ▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn):就地顯示,無(wú)須電源;價(jià)格相對(duì)便宜;
它有兩種材質(zhì),通常用的玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管質(zhì)量流量計(jì)。就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示皆可,接口有HART、標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)、PROFIBUS等形式。
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理:轉(zhuǎn)子流量計(jì)也是一種速度式流量計(jì)。它有兩部分組成,一個(gè)是上大下小的錐形管,另一是放在錐形管中的轉(zhuǎn)子(也稱浮子)。利用流體通過(guò)轉(zhuǎn)子與錐形管壁之間的空隙(節(jié)流面積)時(shí)產(chǎn)生的差壓△P來(lái)平衡轉(zhuǎn)子的重量。工作時(shí),被測(cè)流體由錐形管的下端流入,從上端流出。流體對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向上托力的大小F總是等于轉(zhuǎn)子的重量G,即
      F=△P*A;G=V*(ρt-ρf)g
由于 F=G   故   △P*A= V*(ρt-ρf)g
   △P= V*(ρt-ρf)g/A        (1)
式中V—轉(zhuǎn)子的體積;A—轉(zhuǎn)子的最大截面積;g—當(dāng)?shù)氐闹丶铀俣龋?rho;t-ρf分別為轉(zhuǎn)子材質(zhì)和被測(cè)流體的密度;△P為轉(zhuǎn)子垂直方向上下流體的壓差。有式(1)可知,在整個(gè)工作過(guò)程中,壓差保持不變。在流量增加時(shí),當(dāng)然通過(guò)節(jié)流面積的流速也增加,只有增大節(jié)流面積,減低流速,以維持壓差△P不變。故根據(jù)轉(zhuǎn)子的平衡位置的高低就能讀出流量的大小。可用式(2)表示
  Q=k*h(2△P/ρf)1/2       (2)
      式中k—為儀表常數(shù);h—為轉(zhuǎn)子浮起的高度。將式(1)代入可得
        Q= k*h(2gV(ρt-ρf)/(ρf*A))1/2
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用比較方便,安裝時(shí)擰緊相應(yīng)的螺栓就可以了,但應(yīng)注意流體的流動(dòng)的方向一定垂直向上。
▲轉(zhuǎn)子流量計(jì)的缺點(diǎn):量程比小10:1;壓力損失相對(duì)大;污物易堵塞;安裝維護(hù)相對(duì)復(fù)雜;受震動(dòng)影響大;需要溫度、壓力補(bǔ)償?shù)龋还軓酱笮∨c價(jià)格呈正比,一般在DN200以下。        
2.4、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn):量程比寬可達(dá)1000:1;小量程段靈敏;不受溫度、壓力影響,直接測(cè)量氣體的質(zhì)量;壓力損失可忽略;可實(shí)現(xiàn)大口徑小流量高精度測(cè)量;價(jià)格與管道的大小相差不大;高精度可達(dá)1%;溫度范圍寬可達(dá)-70℃~450℃;對(duì)粉塵、顆粒物不敏感。    
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)的原理:它是基于熱擴(kuò)散原理的流量計(jì)。通俗的說(shuō),放在流體中的熱源,在流體經(jīng)過(guò)它時(shí),熱源本身的熱量將會(huì)損失,流體的質(zhì)量流量越大,熱源損失的熱量越大。這樣流體的流量與熱源損失的熱量在理想的情況下應(yīng)相等。故知道了熱量的大小,我們就可以得出流體的流量。
       具體對(duì)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱熱式流量計(jì))實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō),就是:熱式流量計(jì)的探頭有兩個(gè)探針,其中一只是參考點(diǎn),用來(lái)測(cè)量流體的溫度;另一只是加熱源,用來(lái)充當(dāng)熱源。根據(jù)前述我們可有下式(3)
         P/△T=A+B*(Q)m      (3)
式中P—為電子模塊為加熱源提供的功率;△T—為加熱源與參考點(diǎn)之間的溫差;A、B、—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的常數(shù);m—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)系數(shù);Q—為流體的質(zhì)量流量。從式(3)我們可以看出,實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量有兩種方法:P固定就是恒功率法;△T固定就是恒溫差法。通常我們都采用恒溫差法測(cè)量,恒溫差法特點(diǎn):小量程段特靈敏,反應(yīng)速度也快,目前市場(chǎng)上流通的產(chǎn)品皆是采用此法。
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)使用、安裝比較方便,它有插入式、管道式兩種形式。無(wú)論是插入式還是管道式,維護(hù)、操作極為簡(jiǎn)單,安裝時(shí)應(yīng)注意流體方向應(yīng)同熱式流量計(jì)指示的方向相同。
▲熱式質(zhì)量流量計(jì)的缺點(diǎn):不適宜安裝在粘度大的環(huán)境中安裝;不適宜安裝在水珠含量在40%以上的場(chǎng)所。
 
3、熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在氣體發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用  
整個(gè)系統(tǒng)是按照上圖安裝設(shè)計(jì)的,發(fā)電機(jī)組對(duì)氣源的壓力、組分要求不高,就高碑店污水處理廠而言,沼氣的壓力為氣源壓力2KPa,溫度常溫,沼氣脫硫后的成分比:
H2S 0.653%  CO2 33.7% CH4 62.3% O2 0.47%H2 0.063% N2 1.46%
由于成分復(fù)雜,氣源壓力不大,以前采用傳統(tǒng)的流量計(jì)都達(dá)不到我們?cè)O(shè)計(jì)指標(biāo),經(jīng)過(guò)我們對(duì)傳統(tǒng)流量計(jì)的性能研究后得出的結(jié)論:在測(cè)量組分復(fù)雜,壓力不大的工況條件,傳統(tǒng)的流量計(jì)由于本身的局限性,已無(wú)法測(cè)量。因而,經(jīng)過(guò)我們調(diào)研后,發(fā)現(xiàn)熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)完全符合我們的工況條件應(yīng)用。我們采用氣體質(zhì)量流量計(jì),流速范圍:0.05~120m/s。在安裝時(shí)在DN150管道上鉆一個(gè)¢20的口,然后焊上一個(gè)M27X1.5的內(nèi)螺紋底座,把帶有鎖緊接頭的流量計(jì)擰入底座中就可以了。安裝也非常方便。由于它輸出的標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào),可以直接接入計(jì)算機(jī)的采集卡,依靠專用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的綜合管理,使我們的能源損耗和電能產(chǎn)出有了一個(gè)準(zhǔn)確計(jì)算依據(jù)。
實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù):
儀表為熱式氣體質(zhì)量流量計(jì),燃?xì)鈮毫?kPa,環(huán)境溫度為33℃,空氣相對(duì)濕度50%。燃?xì)夤軓?phi;150。
流量計(jì)測(cè)量值為燃?xì)饬魉賁(m/s),流量值為計(jì)算值。
計(jì)算公式為:Q= S×πR2×3600,R為管徑0.075m。
流量計(jì)所測(cè)量的流速值是按空氣成分進(jìn)行標(biāo)定的,當(dāng)氣體成份發(fā)生變化時(shí),應(yīng)進(jìn)行修正。沼氣組分如下:
成分    H2S    CO2    CH4    O2    H2    N2
百分比%    0.653    33.7    62.3    0.47    0.063    1.46
修正公式:1/Fmix=V1/F1+V2/F2+……Vn/Fn
其中:Fmix為修正系數(shù),F(xiàn)n為各組分的系數(shù),Vn為百分比。
各組分系數(shù)如下:
    H2S    CO2    CH4    O2    H2    N2
系數(shù)    0.933    0.795    0.823    0.946    1.019    0.946
經(jīng)以上公式計(jì)算可知:修正系數(shù)為0.827。
從以上計(jì)算可以看出:機(jī)組在450kW時(shí)氣耗率為1.97kW/m3。
4、結(jié)論
     通過(guò)我們實(shí)際應(yīng)用的情況看,熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在氣體測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)特別明顯,尤其是在壓力小、氣體成分復(fù)雜的情況下。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)同其他流量計(jì)相比有著壓力損失小、量程比寬、小量程段靈敏等優(yōu)點(diǎn),更利于節(jié)約能源。它的成功應(yīng)用,為今后氣體發(fā)電機(jī)組提供了精確計(jì)量的設(shè)備。
                    
編輯:songjiajie2010

 
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