德尔塔巴流量计在大型火电厂测量和应用
时间：2010-03-05 阅读：2155
德尔塔巴流量计在大型火电厂测量和应用
针对燃煤300MW、600MW、1000MW汽轮发电机组, 分析了使用德尔塔巴流量计测量点和相关的参数；300MW机组的锅炉和汽机；使用德尔塔巴一体化传感器的解决方案，选型，压损和差压值的计算；与其它产品在压损等方面的比较。
一． 随着中国现代化的发展，各行各业对电力的需求愈来愈大，全国的装机容量增加迅速。本文主要讨论的是火电, 1987年全国装机容量为100GW，1995年为200GW，2004已经达到300GW。据国家*的报告，计划2010年将达到540GW，2020年为900GW，每年将增加30GW。
在容量增加的同时，zui引人注意的是各种率的新技术、新工艺不断被投入使用。超临界机组、燃机蒸汽联合循环、正压循环硫化床（PFBC）、循环硫化床联合循环（PFBC-CC）、整体煤气联合循环（IGCC），以及正压煤粉炉联合循环等锅炉燃烧技术在不同运用背景下广泛地研究和开始运用。其主要目的是为了提高机组的效率。1957年的*台超临界在美国投入运行，效率可达40~47%，目前已有近千台超临界机组在世界范围内正常运行，zui大单机容量达1300MW，造价与亚临界机组接近。
从环保和节能意义上讲，电力工业是煤炭的主要用户，我国45%的煤是用于发电，每千瓦小时的煤消耗量达400克（90年代初为412克/千瓦），比发达国家要高70~80克/千瓦。只有提高汽机的工作温度，如PFBC-CC，在850~900 °C ，从而可以抑制Nox的生成，提率到40%左右。达到低污染的目的。同时，燃煤产生的粉尘是主要污染源之一。
综观*的工艺，需要高精度的测量和控制，就需要对汽机和锅炉中的各种煤、水、风和蒸汽进行全面计量，是保证各种工艺实施的必要条件。有些量以前无需测量的，现在就必须要考虑了，如各环节的主蒸汽，增加量主要在蒸汽方面。
二． 各种流量测量点由于大型火电厂的输煤方式、供水的供应方式不同，可能是用于供热机组，以及灰/渣/石膏（脱硫的副产品）是否需要综合利用等因素。使得火电厂的工艺系统复杂多样。所以如给出普遍意义的流量测量方案是不现实的。这里只是就一般意义的描述，然后给出德尔塔巴对于流量测量的解决方案。
燃料油和燃气作为锅炉主燃料或启动点火用。目前燃煤机组的启动点火油（轻柴油）, 通常使用质量流量计或转轮（鼓）式。这部分*可以使用插入式差压流量计，德尔塔巴在许多自备电厂已有广泛地使用。（由于管道的内径差异比较大，这里只是简单地设计，仅做参考）。
其主要工艺参数为：
燃油：机械雾化时： 常温，3Mpa；30t/h，100*4.5mm （1-1）
介质雾化时：常温，1.5Mpa；15 t/h；100*4.5mm （1-2）
（2）冷却水流量测量：
发电厂的冷却水包括主、辅机冷却器的冷却用水，部分工艺系统用的蒸汽冷却水，如循环冷却水、开、闭式冷却水等，大多数电厂通常使用江、河水（如长江，珠江）或者地下水，由于它使用了公共社会资源，需要进行计量。通常口径比较大。如武汉某电厂冷却水采用长江水。
管道直径为￠1820*10mm、 常温、介质压力0.2Mpa、zui大流量24372t/h。 （2-1）（3）系统用水：通常为洁净水，比自来水的水质要好得多，是*可以使用插入式差压流量计
（a） 化学处理后的除盐水： 常温，0.5Mpa ，60t/h, 150x4mm （3-1）
（b） 机组补水量：常温，0.5Mpa，50t/h, 150x4mm （3-2）
（c） 锅炉给水量：300°C，18.0Mpa，1000t/h （3-3）
（d） 减温水量（过热蒸汽一级/ 二级减温水）：215°C，14Mpa，12t/h，22*3mm （3-4）
（e） 再热汽的事故减温水量：200°C，6Mpa，10t/h （3-5）
（f） 旁路减温水量： 高压时，300°C，18.0Mpa，200t/h （3-6）
低压时，200°C，6.0Mpa，80t/h （3-7）
（g） 给水泵出口流量：180°C，18Mpa ，500t/h （3-8）
（h） 凝结水流量：100°C以下，2.0Mpa，1000t/h （3-9）（4）蒸汽系统
（a） 主蒸汽：主蒸汽流量的测量是为了满足机组检测、控制的要求。通常300MW/600MW机组的主蒸汽流量是通过间接方法测量，测量汽机调节级压力（Po为Q主汽压力，P1为调节级的压力），根据主机生产厂家提供的数学模型，进行推导蒸汽的做功能力E=f（Q主蒸汽）=f（Po，P1）。所以主蒸汽流量的测量（计算）精度将取决于数学模型的正确性和精度以及传感器的精度，目前这种测量方法只适合于机组部分负荷范围，其计算（测量）精度是不满足运行要求的。目前已经有了像德尔塔巴这样的（高温高压）流量测量元件，就可以进行直接测量。它在欧美已经广泛应用，自从1996年以来，已经有了近900多个（高温高压）应用实例。例如：
使用年/月 用户名 内径/壁厚 压力 温度 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
......
对于国内用户来说，有一个认识过程，它的确是一个安全、有效和经济的解决方案。高温高压蒸汽、高压天然气或者中温高压液体（水）都可以使用德尔塔巴高温高压探头。
计算表明，相同参数的主蒸汽流量测量，使用喷嘴将会使机组效率要下降0.25~0.3%。所以就很有必要考虑使用德尔塔巴插入式探头，虽然用量不大，但其意义重大。国内许多电厂都拟测量这些点的流量，但又担心在如此高温高压使用的安全性、可靠性，担心价格过高。使用喷嘴，压损又过大，一直处于徘徊状态。从大量分析/比较数据应该可以看到，插入式探头的压损只有标准孔板的5~10%，是喷嘴的20%，所以使用插入式传感器将给企业降低巨大的运行成本。通常运行30~60天（在上述的工况下）节约下来的运行成本就足可以购买一套探头。综观的业绩，是可以让人们放心的使用。
四．解决方案：德尔塔巴均速管一体化探头可以根据不同的介质和工艺参数给出相应的变形和解决方案，满足不同的要求和安装方式。德尔塔巴五种型号中的四种可以广泛地应用于电站。 DF25： 通常用于80?3000mm管道的液体（水、油）、气体（各种烟气，湿气）和蒸汽；
DF25HD： 通常用于80-1000mm管道高温高压蒸汽（如主蒸汽），或者高压中温的液体（如减 温水等），或者低温高压的气体（如天然气等）；
DF10M /HD： 通常用于20?100mm管道的液体、气体或蒸汽测量，也可运用于高温高压领域；
DF50： 通常用于1--15米的大口径空气或烟气的测量 传感器的测量精度优于1％、0.5％、0.2％重复性为0.1％。详细选型情况请咨询肯尔。
五．其它产品和分析比较
1、 产品介绍
大家知道，流量产品的种类和品种繁多，差压式，电磁式，涡街式，浮子式，超声波，容积式和科里奥利式等。应用zui广泛的目前还数差压式。而差压式的主流产品是节流式（孔板，文丘里管或喷嘴等类产品）和均速管。市场中大量运用是这些标准化产品和非标准化产品。其主要特点是运用广泛，可以用于全部单相流体和部分混相流；标准化的节流装置无需标定就可以直接使用，又有多种不断改进的标准支持，如ISO-5167（1980/1991/1998/2003），GB--1932（喷嘴），*有近千万个运用样本。各大实验室收集了数万个实验样本，建立的相当完备的数据库。不断为更新的标准，更的流出系统模型做理论和运用积累数据，从而大大提高了测量精度。所以有理由讲，根据新标准制造出来的孔板更具灵活和很高的精度。 其次是易于复制，简单，牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。自从20世纪80年代以来，标准和非标准节流装置在世界范围的流量测量占50~60%，每年占百万台，金额占30%；在中国占35~42%，每年占6~7万台。节流式产品的主要缺点：
（1）测量的重复性和度属于中等水平，而且度很难再提高；
（2）范围度窄，一般只能是3:1到4:1；
（3）现场安装条件要求较高，需较长的直管段（指孔板，喷嘴），一般难以满足；
（4）检测件与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。
孔板与阻流件之间所要求的直管段长度（无流动调整器）（数值以管径D倍数表示）其中：A栏的长度是指"零附加不确定度"的； B栏的长度是指"0.5%附加不确定度"的。
德尔塔巴的直管段要求：
3．压力损失比较
下面的计算结果是基于FlowCalc32软件，根据管道工艺参数和各种节流装置计算差压和压损，HC-HLV德尔塔巴的计算结果是基于DeltaCalc4.3，其工况条件与FlowCalc32*相同。
一些结论:
（1） 标准角接取压和法兰取压的差压和压损差不多，都比较大（由于篇幅，没有显示法兰取压的计算结果）;
（2） 文丘里喷嘴在压损上有比较大的改进；
（3） 在温度/压力/流量比较小的情况下，HC-HLV德尔塔巴的压损与改进后的文丘里喷嘴没有本质的差别；在比较大时，特别是蒸汽下，有10倍的差异。 4．运行成本分析
计算能耗（WP）的通常方法：
WP=Q x PL /η
其中： Q：工况下体积流量（取自上表, m3/s）; PL:zui大压损（取自上表, kpa）; η：效率系数（取80%）
如果提供的是标况（或者质量）流量（Qn）， Q=Qn x ρn（标况密度）/ ρb（工况密度）
ρn（标况密度）： 水：1000kg/Nm3 （0℃, 101.325kpa）
ρn（标况密度）： 空气：1.2929 kg/Nm3
ρn（标况密度）： 蒸汽：1000kg/Nm3 （为液态）
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 （角接取压）; WP2= 0.0448 KW（文丘里喷嘴）; WP3= 0.0264 KW
按年计算: 德尔塔巴比角接取压节约能耗8940 KW/年, 比文丘里喷嘴节约能耗161.2 KW/年.
Ex2. ρb（水）=731.182 kg/m3; Q2=0.4749; WP=Q2 x PL =0.4749x PL;
WP1=46.9153KW（角接取压）; WP2=14.3548 KW（文丘里喷嘴）; WP3= 0.7495 KW
按年计算，德尔塔巴比角接取压节约404412 KW/年, 比文丘里喷嘴节约119182.4 KW/年.
Ex.4：ρb（蒸汽）=43.524kg/m3; Q4 = 3.1911; WP=3.1911 x PL;
WP1=841.6686 KW （角接取压）; WP2=32.7056 KW（文丘里喷嘴）;
WP3=260.61（ISO1932喷嘴）; WP4= 3.3985KW（德尔塔巴）
按年计算: 德尔塔巴比角接取压节约7.3432x106 KW/年, 比文丘里喷嘴节约2.5673x105 KW/年, 比ISO1932喷嘴节约能耗2.5673x105 KW/年.Ex.5：ρb（蒸汽）= 72.,345kg/m3; Q5=9.5991; WP=9.5991 x PL
WP1=44773.9844KW（角接取压）; WP2=1651.5252KW（文丘里喷嘴）;
WP3=13160.2221（ISO1932喷嘴）; WP4= 155.1714KW（德尔塔巴）
按年计算: 德尔塔巴比角接取压节约3.9086x108 KW/年, 比文丘里喷嘴节约1.3108x107 KW/年, 比ISO1932喷嘴节约13005.1KW/年。 综合几个运用，特别是高温高压蒸汽，使用德尔塔巴将带来巨大的经济效益，与压损zui小的文丘里喷嘴也有10倍之差。同时，压损小也意味着磨损小，寿命长；反之磨损大，寿命短。在高温高压工况下, 德尔塔巴探头材料是1.4828，其材料和制造工艺确保设计寿命可以达到20万小时，相当于22.8年，是目前几乎所有其它产品不可能承若和达到的。
六．安装方式的比较
大多数均速管是插入式方式，安装维护简单快捷，一般一根探头的安装需要一小时左右。还可以提供在线插拔型实现在线安装，在线维护。这是一般的节流装置不可比的。
七．结束语
大功率热电机组的蓬勃发展,需要安全可靠和的流量测量，德尔塔巴均速管提供了一整套的解决方案，是一般产品无法涉足的领域，如20mm管径，28mpa，215度的减温水；400mm管径，28mpa，600度的过热蒸汽；超过10米口径的烟气。同时它是一种节能产品，可以大大减少运行成本，给企业创造经济效益。这技术和产品愈来愈受到设计和电站行业的欢迎。