熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在垃圾焚燒爐風(fēng)量測量中的應(yīng)用

張會(huì)妍

(上海康恒環(huán)境股份有限公司，上海 200001)

1 生活垃圾焚燒爐風(fēng)量測量裝置現(xiàn)狀及項(xiàng)目情況

目前垃圾焚燒爐一二次風(fēng)的測量所選用的流量計(jì)大多為巴類+差壓式變送器。差壓原理流量計(jì)是通過管道安裝的節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓和氣體的流速的平方成正比來測量氣體流量。差壓原理流量計(jì)的元件容易損壞，前后直管段要求較長，流量測量的誤差取決于取壓裝置的精度。而現(xiàn)場巴類取壓裝置常由于風(fēng)管路直管段距離不夠，測量又受到風(fēng)速擾動(dòng)，測量介質(zhì)純潔度等問題，使得測量不準(zhǔn)確；另外上海康恒環(huán)境股份有限公司在海口二期擴(kuò)建項(xiàng)目中，為更好實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的效果，在原一次風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，原一次風(fēng)系統(tǒng)分為6路支管，在支管設(shè)置調(diào)節(jié)擋板及流量測量裝置，再根據(jù)干燥爐排、燃燒爐排3段、燃燼爐排2段左右2個(gè)風(fēng)室排列的特點(diǎn)，支管再一分為二分別為風(fēng)室送風(fēng)。二期項(xiàng)目則在原有一次風(fēng)室風(fēng)管的基礎(chǔ)上，根據(jù)干燥爐排、燃燒爐排3段、燃燼爐排2段左右2個(gè)風(fēng)室排列特點(diǎn)，單獨(dú)設(shè)置支路管道送風(fēng)，且在每個(gè)風(fēng)室的送風(fēng)管道上設(shè)置調(diào)節(jié)擋板及流量測量裝置（數(shù)量為一期的2倍）。根據(jù)燃燒狀況，將左右兩側(cè)風(fēng)室調(diào)節(jié)擋板連鎖并單獨(dú)控制各風(fēng)室的調(diào)節(jié)擋板，這樣可有效避免焚燒爐左右側(cè)偏火、燃燒調(diào)整困難的現(xiàn)象。這樣進(jìn)一步提高了垃圾焚燒自動(dòng)燃燒控制的穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是焚燒爐處理能力在500 t/d以上的中大型爐排系統(tǒng)，大幅降低運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。一次風(fēng)系統(tǒng)獨(dú)立送風(fēng)的控制方式、風(fēng)流量計(jì)的優(yōu)化選型，是在海口二期項(xiàng)目設(shè)計(jì)選型中做的改進(jìn)之處。

針對以往項(xiàng)目測量不準(zhǔn)確的問題，且基于風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置的特點(diǎn)，在海口二期擴(kuò)建項(xiàng)目風(fēng)量流量計(jì)的選型中，嘗試選用新型流量測量儀表——熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。

2 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的原理

熱式質(zhì)量流量計(jì)的基本原理（如圖1所示） 是采用熱擴(kuò)散技術(shù)進(jìn)行流量測量。測量探頭中有2個(gè)溫度檢測元件(Pt 1000鉑電阻)、被加熱端ACT、未加熱端REF和1個(gè)恒熱源。REF用于測量流體介質(zhì)本身的溫度，把它作為參照端；ACT緊靠著恒熱源，測量被流體介質(zhì)帶走熱量后的恒熱源表面的溫度，為測量端。測量端與參考端之間溫度差值的變化與氣體質(zhì)量流量成直接的比例關(guān)系。介質(zhì)流過傳感器表面，將帶走測量端表面的熱量而發(fā)生溫度差值的變化。不同介質(zhì)、不同流量所帶走的熱量不同。根據(jù)溫度差值的變化得出質(zhì)量流量函數(shù)如下：

ρv=c(w/Δt)x

式中：ρv為質(zhì)量流量；c、x為標(biāo)定常數(shù)；w為加熱功率；Δt為溫差。

圖1 熱式質(zhì)量流量計(jì)原理

按照測量原理不同，主要分為2種類型。一種為恒溫差原理：通過不斷調(diào)整加熱器電流以保持鉑電阻間恒定的溫差，測量保持傳感器溫度差恒定的電流變化量，但這種熱式質(zhì)量流量計(jì)在潮濕、臟氣體應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的流量測量信號，需在就地傳感器封裝殼體內(nèi)安裝由遠(yuǎn)端設(shè)定的電路（信號放大、濾波器）。另一種為恒功率原理：通過保持恒定的加熱器電流，使RTD間的溫差隨流量變化而改變，這種熱式質(zhì)量流量計(jì)在潮濕、臟氣體測量中，能保持流量輸出的穩(wěn)定，無需在就地傳感器殼體內(nèi)安裝遠(yuǎn)端設(shè)定的電子器件，提高了傳感器運(yùn)行的可靠性。

3 熱式質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)

1） 直接質(zhì)量流量測量：實(shí)時(shí)測量質(zhì)量流量，無需進(jìn)行溫壓校正，無需輸入標(biāo)準(zhǔn)密碼。

2） 寬量程比：測量范圍0.08～450 nm/s，標(biāo)準(zhǔn)量程比100∶1，可選1000∶1。

3） 無壓損：在流量4000m3/h時(shí)，1000mm管徑的管道中低至90 Pa。

4）易于安裝：只需1個(gè)安裝孔，帶壓安裝可選熱帽（可在線插拔密封裝置），完全預(yù)先標(biāo)定，節(jié)約安裝調(diào)節(jié)時(shí)間。

5）低維護(hù)：無活動(dòng)部件、無小孔、不易堵塞，無漂移，無需定期維護(hù)。

6）高可靠性：無故障時(shí)間長。

4 熱式質(zhì)量流量計(jì)的選型及應(yīng)用

根據(jù)項(xiàng)目要求及以往項(xiàng)目上存在的風(fēng)管道彎頭多、直管段距離小等問題，海口二期流量計(jì)選型中，主要對巴類流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行了分析比對（見表1），最終決定選用恒功率熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。

表1 不同類型流量計(jì)對比

根據(jù)以往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，巴類測量的可靠性較熱式質(zhì)量流量計(jì)較差，為了更好地測量風(fēng)量，提高ACC（專利號：CN 201210495704.1） 自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使垃圾焚燒爐更好更穩(wěn)定地自動(dòng)燃燒，二期項(xiàng)目摒棄以往垃圾焚燒電廠采用巴類流量計(jì)的做法，大膽嘗試采用熱式質(zhì)量流量計(jì)測一二次風(fēng)及煙氣流量，根據(jù)實(shí)際需要選用恒功率熱式流量計(jì)。

工藝現(xiàn)場的直管段不足會(huì)造成測量精度的下降，直管段嚴(yán)重不足時(shí)甚至?xí)绊懙綄α髁口厔葑兓臏?zhǔn)確計(jì)量，給生產(chǎn)控制帶來極大的困擾。在相同的工況下，尤其在直管段不足的工藝場合，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)更容易獲得測量精度和測量穩(wěn)定性的保障。實(shí)際應(yīng)用中，針對現(xiàn)場直管段距離短的問題，熱式流量計(jì)廠家根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)管布置及儀表安裝位置，對熱式流量計(jì)進(jìn)行了現(xiàn)場標(biāo)定，補(bǔ)償了直管段不足帶來的測量影響；且運(yùn)行過程中不受風(fēng)介質(zhì)清潔度影響，幾乎免維護(hù)。

5 結(jié)束語

從實(shí)際使用情況來看，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)具有安裝簡單、量程比大，響應(yīng)速度快，準(zhǔn)確性、可靠性高，損耗低等特點(diǎn)，并達(dá)到了節(jié)能的效果。熱質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)是目前較為領(lǐng)先的技術(shù)，替代傳統(tǒng)流量測量裝置對生活垃圾焚燒發(fā)電廠來說具有較高的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。

［1］ 孫承松，李瑞.熱式氣體質(zhì)量流量傳感器研究與發(fā)展［J］.傳感器世界，2005（10）:29-32.

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.生活垃圾焚燒廠評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):CJJ/T 137—2010［S］.2010.