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热式气体質量流量計在焙烧炉系统中的应用

作者:J9九游老哥俱乐部_J9老哥俱乐部_老哥俱乐部
1、引言
焙燒鼓風爐流量是焙燒爐控制焙砂質量及安全穩定運行的重要工藝參數之ー。它測量的准確與控制的好壞不僅關系到加料量的穩定,而且關系到沸騰層反應溫度的穩定。對優化焙燒質量,測溫元件(熱電偶S)的損耗,硫酸SO2煙氣濃度的穩定都將産生直接的影響。因此,要控制好鼓風流量和沸騰層反應溫度以保證焙砂質量,需要對焙燒鼓風流量進行嚴格調控及認真分析。采取合理有效的測量途徑,就能實現焙燒鼓風流量的准確測量。绐焙燒鼓風提供精准的風量,使風/料比能夠得到平衡,從而實現准確的控制。
 
2、鼓風量測量新技術
随着国家节约能源、环境保护等先进理念的推行,这就要求更高水平的空气流量测量和控制,以降低能耗和减少污染排放量。目前在鼓风量测量中主要应用有通过截流元件取压的差压式流量测量装置和非差压流量计两种。差压式截流装置主要有靠背管、笛型管、机翼、皮托管、双文丘里管等;非差压流量计主要有热式流量计、气体超聲波流量計等。通过比较,热式气体質量流量計是一种新型的气体流量測量儀表,是利用傳熱原理,即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關系來測量流量的儀表。在現場應用過程中效果不錯。具有重複性和精度好、紊流狀態的適用性強、傳感器無堵塞、無結垢及免維護、壽命長等優勢。
我厂109m²新型焙烧炉鼓风流量管道设计工艺管径为DN1000mm,工作流量为0~64000Nm³/h,工作压力△P=28kPa,温度需要控制在30~60℃。因此检测鼓风量的一次测量元件采用热式气体質量流量計,以提高焙烧炉使用效率及系统的效率,使焙烧炉较好地减少燃煤锅炉NOX排放量,从而减少环境污染。
 
3、熱擴散式氣體質量流量計工作原理
3.1傳感器工作原理
热氏質量流量計是一种用于空气和气体测量应用的热扩散式質量流量計, 热氏質量流量計由一个流量元件、一个流量变送器和一个封装组成。質量流量計的流量元件使用热扩散的操作原理,该仪表的传感器由一个低功率加热器通过加热一个电阻式温度探测器(RTD)组成,在两个RTD之间造成一个温差。流体的流动将被加热的RTD上的热量带走,造成两个RTD间的温度差成比例变化,流量计的流量变送器將RTD間的溫差轉換成一個刻度信號和一個可選擇的顯示值。如圖1所示。
T1是一個質量速度傳感器,T2是一個測量氣體溫度變化的溫度傳感器。當這兩個RTD置于被測氣體中時,其中傳感器T1被加熱到氣體溫度以上的一個恒定的溫差,另一個傳感器T2用于感應被測氣體溫度。隨著氣體質量流速的增加,氣流帶走更多熱量,傳感器T1的溫度下降,要維持T1、T2恒定的溫度差,T1的加熱功率就要增大。根據熱效應的金氏定律。移動的氣體分子撞擊熱電阻時吸收帶走熱量。流量越大,接觸熱電阻的分子越多,吸收的熱量越多,熱吸收與某種氣體的分子數、熱學特性和流動特性有關。加熱功率P、溫度差△T(T1-T2)與質量流量Q有確定的數學關系式:
P/△T=K1+K2f(Q)K3
式中:K1、K2、K3是與氣體物理性質有關的常數。如圖1所示,上伴熱器和參考傳感器爲兩個帶熱套管保護的電阻式溫度探測器(鉑RTD),當這兩個RTD被置于流體中時,其中一個RTD被加熱,另一個則用于感應過程溫度,兩個RTD之間的溫差T隨著流量的變化而變化,氣體的質量流量和氣體的熱值簡寫的公式:
pv=K(Q/△T)1.67
式中:p-氣體比重;v-氣體速度;Q-熱流量;
K-平衡常數;△Tー溫差。
流體流速的變化直接影響熱擴散的程度,進而影響到兩個RD之間溫差的大小,通過電子線路將RTD的溫度轉化爲DC電壓信號或電流信號,這幾個信號在輸出終端輸出。
 
3.2質量流量計工作原理
工作原理如圖2所示。
流量计内部的电路板主要包括传感器电路板和数据处理电路板。线路板之间通过内部电路母线IB-BUS联系。传感器电路板直接与传感器连接,它为传感器提供工作电流,同时将传感器返回的V/I信号通过A/D转换变为数字信号,通过数据处理后经内部母线IB送入处理器电路板。处理器电路板负责接收由传感器电路板传来的数字信号,经处理后转变为标准V/I输出,同时通过显示单元完成各种参数的显示以及设定。处理器本身采用EEPROM方式,PAL与模拟量输出通讯端口间采用光电耦合隔离,以提高抗干扰能力。通讯标准为RS232/RS485,同时提供Hart/ Profibus等现场通讯协议。
由于兩個RTD之間的溫差與過程流速及過程介質的性質有關,並且流量和冷卻效果間的關系還同氣體應用中的質量流量測量直接有關,因此運用該技術來檢測氣體的質量流量,能夠有較高的精度和較高的重複性。
3.3安裝與信號連接
流量計使用效果的好壞取決于正確的安裝與信號連接。流量計輸出電流信號爲有源4~20mA,爲了與已有的控制系統連接,需加信號轉換器轉換爲無源4-20mA標准信號,如圖3。
风道的空气流量由質量流量計测量后,除现场就地显示瞬时/累积流量,4~20mADC输出信号经转换器后被PIC接收、处理,与给定值比较后进行风量调节。有了风量调节就可以实现燃烧空气流量测量和控制。
 
4、熱擴散式氣體質量流量計特點
質量流量計区别于其它气体流量计,直接实现质量流量测量,无需进行温度压力补偿,响应时间快,零点稳定,重复性好,插人式结构,安装方便,压力损失小,无可动部件,抗振动,量程比大,可达10001,宽工况温度压力范(高温可达500度),智能化现场自适应功能,保证仪表稳定可靠工作,带通信接口,组网监控方便。
热扩散式气体質量流量計特性及参数如
(1)測量氣體質量流量,無需溫度、壓力補償。
(2)量程比大,測量流速範固:0.1-100Nm/s。
(3)無壓力損失,適用已知截面積的任意形狀管道。
(4)耐腐蝕型傳感器,適合測量腐蝕性氣體。
(5)插人式傳感器可以在線安裝和維護。
(6)全量程段的專家算法,保證了測量的准確度。適于貿易結算或氣體檢漏。
(7)液晶顯示器:8位字段式+24位提示符。
(8)測量顯示:質量流量、標況體積流量、累計流量、北京時間、累計運行時間。
(⑨)瞬時流量zui大顯示值:999999.9。
1累計流量zui大顯示值:999999*103。
2信號輸出:4~20mA、RS-485。
3采用锂錳電池供電。
4內置MFNU(菜單)、CUS(光標移動)、UP(數值增加)、ENT(確認)四個按鍵,用于參數的設定。
質量流量計是直接測量氣體質量的流量計,以往采用孔板配差壓測量加壓力和溫度變送器的組合方法來測量溫度和壓力不斷變化的氣體體積流量測量,這種方法需要的部件多,成本高,精度低、故障率高、安
裝维护也不方便,热式質量流量計可以克服上述缺点。具体对比如表1所示。
每種流量計都有其適用範圍,也都有局限性。這就要求生産操作人員注意:在低流速測量時因受管道內氣體對流的熱流影響,使安裝姿勢顯得重要。因此非常低流速流動時要獲得精確測量,必須遵循制造廠依據儀表設計結構而定的安裝建議。要兼顧考慮其它因素,這樣測量才會准確。
 
5、結語
炉(窑)的风量测量是否准确是炉(窑)机组运行的重要基础,在国内,目前有很多的设计和实际应用在使用FCI公司的CF系列、ST系列等热式气体質量流量計,对炉(窑)的供风、一次风/二次风,送风系统,洗气系统、烟气排放系统等进行精确的风量测量,为炉(窑)的操控提供了可靠的依据,同时也因炉(窑)在应用了FCI公司气体質量流量計后,使之处于较佳的燃烧状态,从而减少了大量的NOX排放,较好的达到了减少环境污染、减少能耗的目的;为工厂降低成本莫定了较好的基础。综上所述,热式气体質量流量計是一种新型的气体测量仪表,能达到理想的测量效果,从而保证生产和控制的准确运行。
 
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