用弯管流量计取代孔板流量计节能效益分析
用弯管流量计取代孔板流量计节能效益分析
[ 摘.. 要] 文章通过对节流孔板能耗的量化分析, 得出应用无附加压力损失的弯管流量计取代孔板流量计可以获得可观的经济效益, 对企业提高生产效率, 节约能源有着重要的意义。
[ 关键词] 弯管流量计; 节流孔板; 压力损失; 焓降; 节能分析
广州紫坭热电有限公司现有三台6t/ h 中温中压煤粉锅炉( 3 .. 12MW 机组) , 是热电联产的主体设备, 为本公司地域内各工业企业提供蒸汽13 万t / a; 向系统电网输送电力( 110kV) , 供电约2 亿( kW.. h) / a。公司被列入广东省批33 家应依法清洁生产审核的企业之一。公司在2003 年投入405 万元对锅炉烟气脱硫除尘达标治理, 并已达到80% 脱硫效率的良好效果, 但是, 供电能耗仍达到586g / ( kW.. h) , 与同类行业相比差距较大。为全面贯彻落实..清洁生产促进法.. ( 2003 年1 月1 日起实施) , 达到.. 节能、降耗、减污、增效.. 清洁生产目的, 从2003 年2 月起, 我们对汽轮机发电原蒸汽汽耗率偏高的根源, 进行了对生产工艺、设备的详细分析、论证, 认为现有生产流程中, 锅炉蒸汽出口端至汽轮机之间的主蒸汽管段蒸汽压力降达到0..1MPa, 蒸汽阻力( 热能) 损失较大, 其中的阻力损失是主管段两个孔板流量计计量设备, 是使蒸汽汽耗率偏高的主要原因。我们确定采用.. 弯管流量计.. 代替现用的.. 孔板流量计..。弯管流量计克服了孔板流量计阻力大造成能耗高的缺点, 在锅炉工况不变的条件下, 降低了汽轮机发电汽耗率, 增加发电量。
1 .. 弯管流量计测量原理
智能弯管流量计的研制成功, 具有坚实的理论基础和实验研究基础。在理论研究方面主要是通过直接求解流体流过弯管的微分方程数值解的方法, 全面揭示流体流经弯管的流动规律。在实验研究方面既有实验室的大量实验研究, 又有在国家三大流量检定站( 开封、烟台、华阳) 对不同介质的流量测量的验证。理论研究和大量的实验研究表明: 流体在流经弯管时, 由于弯曲管壁的导流作用, 使流体在流进弯管时其内侧流速会逐渐增大, 而外侧流速却逐渐减小, 这就形成了各个过流断面的近似梯形速度分布, 且这种梯形速度分布状态在弯管45.. 截面处达到极限状态。弯管45..截面各质点流速分布如图1 所示。
根据质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律, 流体在管道中流动时, 在相同过流断面各元流质点的能量不变, 但由于各质点流速的变化( 内侧大、外侧小) 就形成了弯管的内外侧压差..p 。这个压力差在45..截面时达到、。且45..弯管断面的流体平均流速v 与压差..p 的对应关系符合平方比例关系。深入的理论研究和大量的试验分析证明流体流过弯管形成的差压与流速的严格对应关系同弯管的几何结构尺寸( 弯曲半径R 和内径D ) 有密切关系。由以上分析可知弯管传感器的几何结构尺寸确定之后, 只要测取流体流经弯管45..截面的外侧、内侧的压差..p 和流体的密度..就可以确定流体的平均流速v 。其数学表达式为: v = .. ( R ..D ) RD .. ..p .. 式中: v 为流体流速, m/ s; .. ( R ..D ) 为流量系数( 无量纲) ; ..p 为45..截面外侧、内测差压, Pa; D 为弯管内径, mm; R 为弯管弯曲半径, mm; ..流体密度, kg/ m3。
2 .. 项目实施方案
我公司锅炉主蒸汽( 3..82MPa、450 .. ) 计量采用孔板流量计。由于孔板流量计采用截流产生压差的原理计算蒸汽流量, 因此, 蒸汽在流过孔板时造成压力损失。经测定, 蒸汽流过孔板流量计造成压力损失约0..05MPa, 蒸汽由锅炉进入汽轮机需经过两个孔板流量计, 在孔板流量计上造成的压力损失约0.. 1MPa, 加上蒸汽管道及阀门造成的压力损失, 使锅炉过热器集汽联箱出口至汽轮机进汽口之间管道损失达到0..4MPa。即使锅炉压红线运行( 3..82MPa) 、汽轮机进汽压力只能达3..4MPa ( 设计进汽压力为3..47MPa) , 致使发电汽耗上升, 发电煤耗上升, 一年造成420 万kW..h 电能的损失, 折合原煤达到4200t/ a, 增加二氧化硫排放量21..5t。弯管流量计是近年创新开发的*流量技术, 在国内已广泛应用, 技术成熟。其产品具有高精度( 1..0 级) 、大量程比、双向测量、无压损、无可动部件、耐磨损、一次元件长期运行稳定等特点。特别是无附加压力损失的重要特性带来的经济效益更为重要: 弯管传感器安装于原管道的90..转弯处, 即取代了原90..弯头。不增加任何压力损失, 可将节流孔板流量计装置产生的压力损失*节省下来。
据测算, 将减少蒸汽管道上的压力损失0..1MPa。从而在锅炉工况不变的情况下提高汽轮机进汽压力0..1MPa, 使汽轮机进汽压力提升至3..5MPa, 根据12MW 汽轮机负荷特性曲线, 满负荷的情况下进汽压力由3..4MPa 提升至3..5MPa, 负荷增加200kW.. h, 发电汽耗下降0..1kg/ kW..h。从而达到节能降耗目的。
现有三台65t/ h 锅炉, 每台锅炉主蒸汽管道原安装两个孔板流量计, 共6 台。在原址利用蒸汽管道上现有的弯头安装弯管流量计, 共6 台, 代替原有孔板式流量计。改进工艺见图2。
3 .. 经济效益分析
3..1 .. 节能效益
根据12MW 汽轮机负荷特性曲线, 由于现有节流孔板阻力的影响, 满负荷的情况下进汽压力由3.. 5MPa 降低至3..4MPa, 发电量将减少200kW..h。本项目投入运行后, 将避免该蒸汽压降能耗损失, 汽轮机汽耗率降低0 .. 1 kg / kW.. h , 本项目的节能经济效益是明显的。仅从减少蒸汽热能损失、在相同蒸汽量条件下增加发电量或在相同发电量的条件下节约蒸汽耗量这一点来计算, 以及从2005 年3 月投入调试的实测数据复算表明, 节约原煤4200t/ a, 减少生产成本达到210 万元, 投资回收期仅3 个月。本项目是个有效节能、节约资源的清洁生产项目。
3..2 .. 环保效益
本项目是一个从源头削减和控制污染物产生的工程项目。投入生产运行后, 节约原煤4200t / a。减少二氧化硫产生量达到54t / a, 减少二氧化硫排放量21..5t/ a, 减少3570 万m3/ a 的烟气排放量。因此环境效益显著。
4 .. 结论
( 1) 标准孔板流量计压力损失不可小视, 由此带来的能源消耗很大( 一般为孔板差压值的60% 左右) , 应引起企业的高度重视。
( 2) 弯管流量计无附加阻力损失、免维护、耐高温、耐高压, 测量精度*现场需要。
( 3) 通过技改采用新技术, 节能降耗, 为企业创造可观的经济效益和社会效益。
