德爾塔巴流量計(jì)在大型火電廠測量和應(yīng)用

時(shí)間：2009/8/18閱讀：2257

針對燃煤300MW、600MW、1000MW汽輪發(fā)電機(jī)組, 分析了使用德爾塔巴流量計(jì)測量點(diǎn)和相關(guān)的參數(shù)；300MW機(jī)組的鍋爐和汽機(jī)；使用德爾塔巴一體化傳感器的解決方案，選型，壓損和差壓值的計(jì)算；與其它產(chǎn)品在壓損等方面的比較。

一．隨著中國現(xiàn)代化的發(fā)展，各行各業(yè)對電力的需求愈來愈大，全國的裝機(jī)容量增加迅速。本文主要討論的是火電, 1987年全國裝機(jī)容量為100GW，1995年為200GW，2004已經(jīng)達(dá)到300GW。據(jù)國家*的報(bào)告，計(jì)劃2010年將達(dá)到540GW，2020年為900GW，每年將增加30GW。

在容量增加的同時(shí)，zui引人注意的是各種率的新技術(shù)、新工藝不斷被投入使用。超臨界機(jī)組、燃機(jī)蒸汽聯(lián)合循環(huán)、正壓循環(huán)硫化床（PFBC）、循環(huán)硫化床聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）、整體煤氣聯(lián)合循環(huán)（IGCC），以及正壓煤粉爐聯(lián)合循環(huán)等鍋爐燃燒技術(shù)在不同運(yùn)用背景下廣泛地研究和開始運(yùn)用。其主要目的是為了提高機(jī)組的效率。1957年的*臺超臨界在美國投入運(yùn)行，效率可達(dá)40~47%，目前已有近千臺超臨界機(jī)組在世界范圍內(nèi)正常運(yùn)行，zui大單機(jī)容量達(dá)1300MW，造價(jià)與亞臨界機(jī)組接近。

從環(huán)保和節(jié)能意義上講，電力工業(yè)是煤炭的主要用戶，我國45%的煤是用于發(fā)電，每千瓦小時(shí)的煤消耗量達(dá)400克（90年代初為412克/千瓦），比發(fā)達(dá)國家要高70~80克/千瓦。只有提高汽機(jī)的工作溫度，如PFBC-CC，在850~900 °C ，從而可以抑制Nox的生成，提率到40%左右。達(dá)到低污染的目的。同時(shí)，燃煤產(chǎn)生的粉塵是主要污染源之一。

綜觀*的工藝，需要高精度的測量和控制，就需要對汽機(jī)和鍋爐中的各種煤、水、風(fēng)和蒸汽進(jìn)行全面計(jì)量，是保證各種工藝實(shí)施的必要條件。有些量以前無需測量的，現(xiàn)在就必須要考慮了，如各環(huán)節(jié)的主蒸汽，增加量主要在蒸汽方面。

二．各種流量測量點(diǎn)由于大型火電廠的輸煤方式、供水的供應(yīng)方式不同，可能是用于供熱機(jī)組，以及灰/渣/石膏（脫硫的副產(chǎn)品）是否需要綜合利用等因素。使得火電廠的工藝系統(tǒng)復(fù)雜多樣。所以如給出普遍意義的流量測量方案是不現(xiàn)實(shí)的。這里只是就一般意義的描述，然后給出德爾塔巴對于流量測量的解決方案。

（1）燃油 / 燃?xì)饬髁繙y量：
燃料油和燃?xì)庾鳛殄仩t主燃料或啟動(dòng)點(diǎn)火用。目前燃煤機(jī)組的啟動(dòng)點(diǎn)火油（輕柴油）, 通常使用質(zhì)量流量計(jì)或轉(zhuǎn)輪（鼓）式。這部分*可以使用插入式差壓流量計(jì)，德爾塔巴在許多自備電廠已有廣泛地使用。（由于管道的內(nèi)徑差異比較大，這里只是簡單地設(shè)計(jì)，僅做參考）。
其主要工藝參數(shù)為：
燃油：機(jī)械霧化時(shí)：常溫，3Mpa；30t/h，100*4.5mm （1-1）
介質(zhì)霧化時(shí)：常溫，1.5Mpa；15 t/h；100*4.5mm （1-2）

   （2）冷卻水流量測量：
    發(fā)電廠的冷卻水包括主、輔機(jī)冷卻器的冷卻用水，部分工藝系統(tǒng)用的蒸汽冷卻水，如循環(huán)冷卻水、開、閉式冷卻水等，大多數(shù)電廠通常使用江、河水（如長江，珠江）或者地下水，由于它使用了公共社會(huì)資源，需要進(jìn)行計(jì)量。通常口徑比較大。如武漢某電廠冷卻水采用長江水。
  管道直徑為￠1820*10mm、常溫、介質(zhì)壓力0.2Mpa、zui大流量24372t/h。（2-1）（3）系統(tǒng)用水：通常為潔凈水，比自來水的水質(zhì)要好得多，是*可以使用插入式差壓流量計(jì)
（a）化學(xué)處理后的除鹽水：常溫，0.5Mpa ，60t/h, 150x4mm （3-1）
（b）機(jī)組補(bǔ)水量：常溫，0.5Mpa，50t/h, 150x4mm （3-2）
（c）鍋爐給水量：300°C，18.0Mpa，1000t/h （3-3）
（d）減溫水量（過熱蒸汽一級/ 二級減溫水）：215°C，14Mpa，12t/h，22*3mm （3-4）
（e）再熱汽的事故減溫水量：200°C，6Mpa，10t/h （3-5）
（f）旁路減溫水量：高壓時(shí)，300°C，18.0Mpa，200t/h （3-6）
低壓時(shí)，200°C，6.0Mpa，80t/h （3-7）
（g）給水泵出口流量：180°C，18Mpa ，500t/h （3-8）
（h）凝結(jié)水流量：100°C以下，2.0Mpa，1000t/h （3-9）（4）蒸汽系統(tǒng)
（a）主蒸汽：主蒸汽流量的測量是為了滿足機(jī)組檢測、控制的要求。通常300MW/600MW機(jī)組的主蒸汽流量是通過間接方法測量，測量汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力（Po為Q主汽壓力，P1為調(diào)節(jié)級的壓力），根據(jù)主機(jī)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行推導(dǎo)蒸汽的做功能力E=f（Q主蒸汽）=f（Po，P1）。所以主蒸汽流量的測量（計(jì)算）精度將取決于數(shù)學(xué)模型的正確性和精度以及傳感器的精度，目前這種測量方法只適合于機(jī)組部分負(fù)荷范圍，其計(jì)算（測量）精度是不滿足運(yùn)行要求的。目前已經(jīng)有了像德爾塔巴這樣的（高溫高壓）流量測量元件，就可以進(jìn)行直接測量。它在歐美已經(jīng)廣泛應(yīng)用，自從1996年以來，已經(jīng)有了近900多個(gè)（高溫高壓）應(yīng)用實(shí)例。例如：

使用年/月用戶名內(nèi)徑/壁厚壓力溫度流量
    1996/07：Preussen Elektra： 232/28mm 25.5Mpa 550°C 450t/h
    1996/06：GKK Kiel GmbH： 233/37mm 27.6Mpa 545°C 500t/h
    1999/01: L&C Steinmuller: 285/40mm 29.8 Mpa 486°C 900 t/h
    2001/04 Babcock GmbH: 265/25mm 16.6 Mpa 535°C 500 t/h
    2004/05 Enercity 240/28 21.5 Mpa 545°C 486 t/h
    ......

對于國內(nèi)用戶來說，有一個(gè)認(rèn)識過程，它的確是一個(gè)安全、有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。高溫高壓蒸汽、高壓天然氣或者中溫高壓液體（水）都可以使用德爾塔巴高溫高壓探頭。

計(jì)算表明，相同參數(shù)的主蒸汽流量測量，使用噴嘴將會(huì)使機(jī)組效率要下降0.25~0.3%。所以就很有必要考慮使用德爾塔巴插入式探頭，雖然用量不大，但其意義重大。國內(nèi)許多電廠都擬測量這些點(diǎn)的流量，但又擔(dān)心在如此高溫高壓使用的安全性、可靠性，擔(dān)心價(jià)格過高。使用噴嘴，壓損又過大，一直處于徘徊狀態(tài)。從大量分析/比較數(shù)據(jù)應(yīng)該可以看到，插入式探頭的壓損只有標(biāo)準(zhǔn)孔板的5~10%，是噴嘴的20%，所以使用插入式傳感器將給企業(yè)降低巨大的運(yùn)行成本。通常運(yùn)行30~60天（在上述的工況下）節(jié)約下來的運(yùn)行成本就足可以購買一套探頭。綜觀的業(yè)績，是可以讓人們放心的使用。

四．解決方案：德爾塔巴均速管一體化探頭可以根據(jù)不同的介質(zhì)和工藝參數(shù)給出相應(yīng)的變形和解決方案，滿足不同的要求和安裝方式。德爾塔巴五種型號中的四種可以廣泛地應(yīng)用于電站。  DF25：通常用于80?3000mm管道的液體（水、油）、氣體（各種煙氣，濕氣）和蒸汽；
  DF25HD：通常用于80-1000mm管道高溫高壓蒸汽（如主蒸汽），或者高壓中溫的液體（如減溫水等），或者低溫高壓的氣體（如天然氣等）；
  DF10M /HD：通常用于20?100mm管道的液體、氣體或蒸汽測量，也可運(yùn)用于高溫高壓領(lǐng)域；
  DF50：通常用于1--15米的大口徑空氣或煙氣的測量  傳感器的測量精度優(yōu)于1％、0.5％、0.2％重復(fù)性為0.1％。詳細(xì)選型情況請咨詢肯爾。

五．其它產(chǎn)品和分析比較
1、產(chǎn)品介紹
大家知道，流量產(chǎn)品的種類和品種繁多，差壓式，電磁式，渦街式，浮子式，超聲波，容積式和科里奧利式等。應(yīng)用zui廣泛的目前還數(shù)差壓式。而差壓式的主流產(chǎn)品是節(jié)流式（孔板，文丘里管或噴嘴等類產(chǎn)品）和均速管。市場中大量運(yùn)用是這些標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是運(yùn)用廣泛，可以用于全部單相流體和部分混相流；標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流裝置無需標(biāo)定就可以直接使用，又有多種不斷改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)支持，如ISO-5167（1980/1991/1998/2003），GB--1932（噴嘴），*有近千萬個(gè)運(yùn)用樣本。各大實(shí)驗(yàn)室收集了數(shù)萬個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本，建立的相當(dāng)完備的數(shù)據(jù)庫。不斷為更新的標(biāo)準(zhǔn)，更的流出系統(tǒng)模型做理論和運(yùn)用積累數(shù)據(jù)，從而大大提高了測量精度。所以有理由講，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)制造出來的孔板更具靈活和很高的精度。其次是易于復(fù)制，簡單，牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長，價(jià)格低廉。自從20世紀(jì)80年代以來，標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置在世界范圍的流量測量占50~60%，每年占百萬臺，金額占30%；在中國占35~42%，每年占6~7萬臺。節(jié)流式產(chǎn)品的主要缺點(diǎn)：
　　（1）測量的重復(fù)性和度屬于中等水平，而且度很難再提高；
　?。?）范圍度窄，一般只能是3:1到4:1；
　?。?）現(xiàn)場安裝條件要求較高，需較長的直管段（指孔板，噴嘴），一般難以滿足；
　　（4）檢測件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號失真等故障。

（5）壓損大（指孔板，噴嘴）。近年來，有許多新的改進(jìn)，主要集中在降低壓損、縮短直管段以及將節(jié)流與變送器一體化。均速管也是一種差壓式原理的節(jié)流裝置，據(jù)不*統(tǒng)計(jì)和報(bào)道，近30年來，有200多萬支投入的實(shí)際運(yùn)用。而且這10年有大幅度上升。其主要特點(diǎn)是安裝維護(hù)簡單（插入式），精度高（優(yōu)于1%），重復(fù)性好（0.1%），zui突出的優(yōu)點(diǎn)是壓損小，通常只有標(biāo)準(zhǔn)孔板的5％～10％，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的10％～20％；同時(shí)可以長期保持精度。它所需要的直管段要比節(jié)流式短得多。另一方面，壓損小的同時(shí)，差壓值也比較?。ㄏ喈?dāng)于孔板而言），特別是大管徑小流量時(shí)。其次，平均流速的信息是取自桿中前后的若干個(gè)孔，因?yàn)橛锌?，自然就有可能被異物堵住或者卡住。第三，均速管是通過測量某一直徑上的流速，以線上的流速（確切地說，是該線的若干點(diǎn)）取代截面流速，而不同直徑線上的流速是不*相同的（除非它所在位置的直管段足夠），所以就存在若安裝位置和方向不合適將導(dǎo)致無效測量或者沒有精度的測量，所以選擇安裝位置就是保證能夠正確使用的重要因素。近10年，均速管截面技術(shù)和開孔技術(shù)有了很大進(jìn)展，以前的許多不足隨著運(yùn)用樣本增加和高科技研究手段的引入，近些年推出的探頭比10年前的產(chǎn)品更加成熟。德爾塔巴探頭高壓側(cè)和低壓側(cè)*對稱，孔數(shù)相同，孔的直徑為8mm，孔間的距離*不是所謂的對數(shù)，而是根據(jù)管徑、介質(zhì)和主要工藝參數(shù)等因素來確定孔距。孔對數(shù)也不是傳統(tǒng)的2、3對孔，根據(jù)綜合因素會(huì)出現(xiàn)4對或者5對孔，甚至6對孔，這些是許多渴望仿制者無法下手的核心技術(shù)。德爾塔巴在這十年中不斷改革更新和發(fā)展，在許多方面都呈現(xiàn)出*的特點(diǎn)。它對選點(diǎn)安裝和安裝要求比其它同類的產(chǎn)品要嚴(yán)格的多，有一套系統(tǒng)和完整的數(shù)據(jù)庫作為支撐。差壓輸出的形式有近百種，以保證滿足用戶的特種工礦和特別需要。口徑范圍可以從3毫米到15米；高溫高壓探頭（1.4828, X15CrNiSi20-12,工作溫度可以高達(dá)1040度）可以工作在650度，28 mpa的蒸汽；可以選擇1.4539（A904合金，X1NiCrMoCu25-20-5）和H C4，工作在具有SO，SO2的煙氣或者強(qiáng)酸強(qiáng)堿介質(zhì)中。（2）直管段比較（孔板和噴嘴的數(shù)據(jù)來自IS05167-1999）

孔板與阻流件之間所要求的直管段長度（無流動(dòng)調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）其中：A欄的長度是指"零附加不確定度"的； B欄的長度是指"0.5%附加不確定度"的。
德爾塔巴的直管段要求：

3．壓力損失比較
下面的計(jì)算結(jié)果是基于FlowCalc32軟件，根據(jù)管道工藝參數(shù)和各種節(jié)流裝置計(jì)算差壓和壓損，HC-HLV德爾塔巴的計(jì)算結(jié)果是基于DeltaCalc4.3，其工況條件與FlowCalc32*相同。

一些結(jié)論:
（1）標(biāo)準(zhǔn)角接取壓和法蘭取壓的差壓和壓損差不多，都比較大（由于篇幅，沒有顯示法蘭取壓的計(jì)算結(jié)果）;
（2）文丘里噴嘴在壓損上有比較大的改進(jìn)；
（3）在溫度/壓力/流量比較小的情況下，HC-HLV德爾塔巴的壓損與改進(jìn)后的文丘里噴嘴沒有本質(zhì)的差別；在比較大時(shí)，特別是蒸汽下，有10倍的差異。 4．運(yùn)行成本分析
計(jì)算能耗（WP）的通常方法：
WP=Q x PL /η
其中： Q：工況下體積流量（取自上表, m3/s）; PL:zui大壓損（取自上表, kpa）; η：效率系數(shù)（取80%）
如果提供的是標(biāo)況（或者質(zhì)量）流量（Qn）， Q=Qn x ρn（標(biāo)況密度）/ ρb（工況密度）
ρn（標(biāo)況密度）：水：1000kg/Nm3 （0℃, 101.325kpa）
ρn（標(biāo)況密度）：空氣：1.2929 kg/Nm3
ρn（標(biāo)況密度）：蒸汽：1000kg/Nm3 （為液態(tài)）

Ex.1:, ρb（水）=998.254 kg/m3;（ 20℃ /0.2mpa）
Q1=200x1000/998.254/3600/0.8=0.0698; WP=Q1 x PL = 0.0698 x PL
WP1=1.047 KW （角接取壓）; WP2= 0.0448 KW（文丘里噴嘴）; WP3= 0.0264 KW
按年計(jì)算: 德爾塔巴比角接取壓節(jié)約能耗8940 KW/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約能耗161.2 KW/年.

Ex2. ρb（水）=731.182 kg/m3; Q2=0.4749; WP=Q2 x PL =0.4749x PL;
WP1=46.9153KW（角接取壓）; WP2=14.3548 KW（文丘里噴嘴）; WP3= 0.7495 KW
按年計(jì)算，德爾塔巴比角接取壓節(jié)約404412 KW/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約119182.4 KW/年.

Ex.4：ρb（蒸汽）=43.524kg/m3; Q4 = 3.1911; WP=3.1911 x PL;
WP1=841.6686 KW （角接取壓）; WP2=32.7056 KW（文丘里噴嘴）;
WP3=260.61（ISO1932噴嘴）; WP4= 3.3985KW（德爾塔巴）
按年計(jì)算: 德爾塔巴比角接取壓節(jié)約7.3432x106 KW/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約2.5673x105 KW/年, 比ISO1932噴嘴節(jié)約能耗2.5673x105 KW/年.Ex.5：ρb（蒸汽）= 72.,345kg/m3; Q5=9.5991; WP=9.5991 x PL
WP1=44773.9844KW（角接取壓）; WP2=1651.5252KW（文丘里噴嘴）;
WP3=13160.2221（ISO1932噴嘴）; WP4= 155.1714KW（德爾塔巴）
按年計(jì)算: 德爾塔巴比角接取壓節(jié)約3.9086x108 KW/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約1.3108x107 KW/年, 比ISO1932噴嘴節(jié)約13005.1KW/年。綜合幾個(gè)運(yùn)用，特別是高溫高壓蒸汽，使用德爾塔巴將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，與壓損zui小的文丘里噴嘴也有10倍之差。同時(shí)，壓損小也意味著磨損小，壽命長；反之磨損大，壽命短。在高溫高壓工況下, 德爾塔巴探頭材料是1.4828，其材料和制造工藝確保設(shè)計(jì)壽命可以達(dá)到20萬小時(shí)，相當(dāng)于22.8年，是目前幾乎所有其它產(chǎn)品不可能承若和達(dá)到的。
六．安裝方式的比較
大多數(shù)均速管是插入式方式，安裝維護(hù)簡單快捷，一般一根探頭的安裝需要一小時(shí)左右。還可以提供在線插拔型實(shí)現(xiàn)在線安裝，在線維護(hù)。這是一般的節(jié)流裝置不可比的。
七．結(jié)束語
大功率熱電機(jī)組的蓬勃發(fā)展,需要安全可靠和的流量測量，德爾塔巴均速管提供了一整套的解決方案，是一般產(chǎn)品無法涉足的領(lǐng)域，如20mm管徑，28mpa，215度的減溫水；400mm管徑，28mpa，600度的過熱蒸汽；超過10米口徑的煙氣。同時(shí)它是一種節(jié)能產(chǎn)品，可以大大減少運(yùn)行成本，給企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。這技術(shù)和產(chǎn)品愈來愈受到設(shè)計(jì)和電站行業(yè)的歡迎。

德爾塔巴流量計(jì)在大型火電廠測量和應(yīng)用

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