阵列式烟气流量测量装置在脱硫CEMS中的应用

吴峰

摘要：近年来，国家对于环保的要求越来越高，特别是对电力企业大气污染物排放总量进行了严格的限制，环保部门及电力企业对脱硫烟气排放总量的精确测量提出了更高的要求。文章介绍了阵列式烟气流量测量装置在脱硫CEMS系统中的应用原理及优势，并分析和展望了该技术的应用前景。

关键词：脱硫CEMS；烟气流量；阵列式测量；精确性；污染物排放 文献标识码：A

中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2016）30-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.043

1 概述

随着社会的发展进步，民众对于环保的认识越来越深入，国家对环保的要求也越来越高，火力发电企业承担着越来越严苛的环保责任。烟气排放量的精确测量对于企业来说至关重要，可以预见未来国家对企业排污费的征收依据也将量化至烟气排放量的具体数值上。然而就目前的实际情况而言，有些电力企业烟气排放量的测量数据不可靠，原因是这些企业的环保设施在基建时未考虑烟气流量测量位置的合理性或者部分企业的环保设施是后期加装，导致环保测点安装空间受限，给烟气流量的精确测量带来极大的困难。但阵列式烟气流量测量装置可解决这些企业面临的难题，使烟气流量测量更加精确。该装置可以解决部分企业尤其是老电厂面临的环保测点无法满足环保要求的困难，使得烟气流量精确测量成为现实。

2 烟气流量测量技术应用现状

在目前大部分的电力企业中，烟气流量测量普遍采用单点或多点流量测量的方法。对于新建电厂而言，烟气流量装置安装位置在设计时就可以进行考虑，可以满足环保部门的要求，这些电厂的烟气流量测量数据可以反映实际的工况。但对于老电厂而言，测点安装位置无法满足“前四后二”的环保要求或者由于实际工况和装置选型等其他原因，导致流量测量数据不精确。总结和分析这些企业的情况，主要原因还是烟气流量测量装置采用单点式，测点位置烟道截面尺寸大，单点式测量无法准确地反映实际烟气工况及污染物排放量，给环保部门在环境监测和执法等方面造成了很多障碍，这已成为环保工作急需解决的难题。

3 烟气流量测量数据不精确的影响

大气污染物连续在线自动监控系统中的烟气流量属于重要的环保参数，该参数是污染物排放总量计算的重要数据，可反映出电厂环保设施的实际状况。如果烟气流量数据无法准确反映实际工况，必然导致电厂无法完成减排计划，影响企业形象，同时面临环保部门的考核和追责。

4 采用阵列式烟气流量测量装置的优越性

由于现场安装条件的限制，大唐潮州电厂脱硫烟气流量测量装置采用单点热式质量流量计，环保测点处烟道截面比较大，测点前后烟道直管段的长度不够，烟道内流场不稳定，采用单点测量的方式无法满足要求。通过对现场状况的分析和总结，决定采用阵列式烟气流量测量装置，该装置很好地解决了面临的难题，测量的结果比改造前更加稳定和精确。

5 阵列式烟气流量测量装置的结构及原理

5.1 阵列式烟气流量测量装置的结构

针对烟道内流场不稳定导致烟气流量测量数据不精确的难题，通常的方法是在烟道截面上平均等分多点测量，将各测量结果取平均值。依据上述测量方法，再结合烟道截面尺寸、测点前后直管段长度等影响因素确定阵列点数，将多个阵列测量点通过合适的管路连接在一起，组成一套自动求取烟气流速平均值的装置。该装置的正压侧所有取压口相连通，负压侧所有取压口相连通，装置的正、负压侧分别通过一根总的引压管与差压变送器的正、负端连接，测得该烟道截面的平均流速，再通过公式算出烟气量。此外，该装置的正、负侧取压口都配备扰动自清灰杆，在烟气作用力下自旋清灰防止堵塞，同时配套压缩空气自动吹扫装置，通过DCS设定吹扫时间和间隔。结构和原理如图1和图2所示：

5.2 阵列式烟气流量测量装置的原理

阵列式烟气流量测量装置在线测量的原理是根据伯努利方程，通过测量流体流动过程中产生的差压来测量流速或流量，该装置通过构件固定在烟道内部，与烟气流动方向垂直布置。当烟道内烟气流动时，迎风面受到气流作用力，烟气的动能转换成压力能，迎风面管内压力高，称为全压管，其压力称为“全压”；背风面由于不受烟气作用力，管内的压力为静压力，称为“静压”。全压和静压之差称为“动压”，其大小与烟气流速成正比，流速越大，动压越大；流速越小，动压也越小。通过测量动压的大小，再找出动压与流速的对应关系，即可精确测量出烟气流速。

5.3 阵列式烟气流量测量装置的数学模型

根据伯努利方程式可得：

=23.96

式中：为烟气流速，单位m/s；为烟气流量测量装置流量系数；ΔP为烟气流量测量装置输出差压，即动压，单位Pa；为烟气温度，单位℃；为当地大气压，单位Pa；为烟道内的烟气压力，单位Pa。

根据以上数学公式，可精确计算出烟气流速。

根据上式可推导出烟气体积流量公式：

M=3600

式中：M为烟气体积流量，单位m3/h；为烟气流速，单位m/s；为烟道截面积，单位m2；3600为时间，单位s。

上式折算到标况（0℃，273K，一个标准大气压）下的干烟气体积流量公式：

Q=3600···（1-X%）

式中：Q为烟气折算到标况（0℃，273K，一个标准大气压）下的干烟气体积流量，单位m3/h；为烟气流速，单位m/s；为烟道截面积，单位m2；为当地大气压，单位Pa；为烟道内的烟气压力，单位Pa；X为烟气湿度，单位%。

根据烟道的实际截面积，我们可选择安装多个阵列式烟气流量测量装置，每个烟气流量测量装置的差压信号输入到CEMS工控机或DCS，按照已推导出的公式计算出每个装置的流速值后再求平均值，算出的平均流速导入流量计算公式可得烟气流量值。

6 阵列式烟气流量测量装置的应用前景

为进一步加强大气污染防治工作，国家环护部颁布了《关于执行大气污染物特别排放限值的公告》（公告2013年第14号）。2014年9月12日，国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造计划（2014～2020年）》，就燃煤发电行业的节能减排提出了更严格的要求和升级改造“时间表”。烟气流量将作为重要环保参数，阵列式烟气流量测量装置可解决烟气流量测量数据偏差大的难题，保证污染物排放量数据真实可靠。阵列式烟气流量测量是一种更为精确、可靠的烟气流量测量技术，其关键是解决了单点式测量数据不具代表性的难题，与其他烟气流量测量技术相比较，阵列式烟气流量测量装置具有绝对的优势，该技术必将朝着取代传统烟气流量测量技术的方向深入发展。

参考文献

[1] 陈磊，周美荣.差压式流量计准确性探析[J].计量与测试技术，2012，39（10）.

[2] 张国洪.差压式流量计在线检测方法研究[J].中国计量，2013，（7）.

[3] 纪纲.流量测量仪表应用技巧（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[4] 王池.流量测量技术全书（上册）[M].北京：化学工业出版社，2012.