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热式气体质量流量计在焙烧炉系统中的应用

作者:PC28官方网址_PC28国际平台_pc28加拿大官网下载
1、引言
焙烧鼓风炉流量是焙烧炉控制焙砂质量及安全稳定运行的重要工艺参数之ー。它测量的准确与控制的好坏不仅关系到加料量的稳定,而且关系到沸腾层反应温度的稳定。对优化焙烧质量,测温元件(热电偶S)的损耗,硫酸SO2烟气浓度的稳定都将产生直接的影响。因此,要控制好鼓风流量和沸腾层反应温度以保证焙砂质量,需要对焙烧鼓风流量进行严格调控及认真分析。采取合理有效的测量途径,就能实现焙烧鼓风流量的准确测量。绐焙烧鼓风提供精准的风量,使风/料比能够得到平衡,从而实现准确的控制。
 
2、鼓风量测量新技术
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、气体超声波流量计等。通过比较,热式气体质量流量计是一种新型的气体流量测量仪表,是利用传热原理,即流动中的流体与热源(流体中加热的物体或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表。在现场应用过程中效果不错。具有重复性和精度好、紊流状态的适用性强、传感器无堵塞、无结垢及免维护、寿命长等优势。
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质量流量计,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、热扩散式气体质量流量计工作原理
3.1传感器工作原理
热氏质量流量计是一种用于空气和气体测量应用的热扩散式质量流量计, 热氏质量流量计由一个流量元件、一个流量变送器和一个封装组成。质量流量计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将RTD间的温差转换成一个刻度信号和一个可选择的显示值。如图1所示。
T1是一个质量速度传感器,T2是一个测量气体温度变化的温度传感器。当这两个RTD置于被测气体中时,其中传感器T1被加热到气体温度以上的一个恒定的温差,另一个传感器T2用于感应被测气体温度。随着气体质量流速的增加,气流带走更多热量,传感器T1的温度下降,要维持T1、T2恒定的温度差,T1的加热功率就要增大。根据热效应的金氏定律。移动的气体分子撞击热电阻时吸收带走热量。流量越大,接触热电阻的分子越多,吸收的热量越多,热吸收与某种气体的分子数、热学特性和流动特性有关。加热功率P、温度差△T(T1-T2)与质量流量Q有确定的数学关系式:
P/△T=K1+K2f(Q)K3
式中:K1、K2、K3是与气体物理性质有关的常数。如图1所示,上伴热器和参考传感器为两个带热套管保护的电阻式温度探测器(铂RTD),当这两个RTD被置于流体中时,其中一个RTD被加热,另一个则用于感应过程温度,两个RTD之间的温差T随着流量的变化而变化,气体的质量流量和气体的热值简写的公式:
pv=K(Q/△T)1.67
式中:p-气体比重;v-气体速度;Q-热流量;
K-平衡常数;△Tー温差。
流体流速的变化直接影响热扩散的程度,进而影响到两个RD之间温差的大小,通过电子线路将RTD的温度转化为DC电压信号或电流信号,这几个信号在输出终端输出。
 
3.2质量流量计工作原理
工作原理如图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。
由于两个RTD之间的温差与过程流速及过程介质的性质有关,并且流量和冷却效果间的关系还同气体应用中的质量流量测量直接有关,因此运用该技术来检测气体的质量流量,能够有较高的精度和较高的重复性。
3.3安装与信号连接
流量计使用效果的好坏取决于正确的安装与信号连接。流量计输出电流信号为有源4~20mA,为了与已有的控制系统连接,需加信号转换器转换为无源4-20mA标准信号,如图3。
风道的空气流量由质量流量计测量后,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、热扩散式气体质量流量计特点
质量流量计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。
热扩散式气体质量流量计特性及参数如
(1)测量气体质量流量,无需温度、压力补偿。
(2)量程比大,测量流速范固:0.1-100Nm/s。
(3)无压力损失,适用已知截面积的任意形状管道。
(4)耐腐蚀型传感器,适合测量腐蚀性气体。
(5)插人式传感器可以在线安装和维护。
(6)全量程段的专家算法,保证了测量的准确度。适于贸易结算或气体检漏。
(7)液晶显示器:8位字段式+24位提示符。
(8)测量显示:质量流量、标况体积流量、累计流量、北京时间、累计运行时间。
(⑨)瞬时流量zui大显示值:999999.9。
1累计流量zui大显示值:999999*103。
2信号输出:4~20mA、RS-485。
3采用锂锰电池供电。
4内置MFNU(菜单)、CUS(光标移动)、UP(数值增加)、ENT(确认)四个按键,用于参数的设定。
质量流量计是直接测量气体质量的流量计,以往采用孔板配差压测量加压力和温度变送器的组合方法来测量温度和压力不断变化的气体体积流量测量,这种方法需要的部件多,成本高,精度低、故障率高、安
裝维护也不方便,热式质量流量计可以克服上述缺点。具体对比如表1所示。
每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。这就要求生产操作人员注意:在低流速测量时因受管道内气体对流的热流影响,使安装姿势显得重要。因此非常低流速流动时要获得精确测量,必须遵循制造厂依据仪表设计结构而定的安装建议。要兼顾考虑其它因素,这样测量才会准确。
 
5、结语
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系列等热式气体质量流量计,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公司气体质量流量计后,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,热式气体质量流量计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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