矩陣式流量計

火電廠的風煙道屬於大截面管道，由於鍋爐結構的限製，風煙道流場分布不均勻、直管段難以滿足測量要求。尤其是脫硝出口煙道，普遍存在催化還原反應不均勻、煙道直管段短的問題，煙氣濃度場分布不均勻。在流場不均的風煙道，單點取樣測量的數據很顯然不能代表氣體管道內的實際參數，不能作為生產運行調節的參考依據。萬儀測控通過對比現有應用的典型氣體取樣技藝，提出了適用於不均勻流場煙道的矩陣式取樣技藝。

矩陣式全截面流量測量裝置是我公司針對近年來大機組的現場需求，進一步開發的新一代煙風量測量系統，能根據不同現場環境，策劃測量裝置。如帶粉氣流測量，短管道、直管段較短的不規則管道風量測量，以及大風量低流速等特殊情況的風量測量系列商品，為電廠大口徑氣體測量（總風量測量以及電站鍋爐一、二、三次風測量、製粉系統風量測量等）、煙氣排放連續監測系統配套（或升級改造）等供應了完整的解決方案。

丨概述丨基於ISO3966:1997《封閉管道中流體流量的測量/采用皮托靜壓管的速度-面積法》國際標準策劃製造的矩陣式流量測量裝置，矩陣式流量計煙氣取樣裝置是將風煙道斷面劃分為若幹個等面積的矩形小塊，各塊核心即為取樣點。通過多個取樣點的合理布置，用以達成大截面風煙道的全截面風煙氣混合取樣。風煙氣經各支管取樣後，在風煙道外匯流到一混合母管，混合母管連接至空氣預熱器後端。在大風煙道截面上采用全截面矩陣式多點測量，依據差壓式測量原理，根據穩中有降測量截面尺寸的大小、直管段長短等因素確定矩陣點數，將許多個測量點等截面有機地組裝在一起，正壓側與正壓側相連，負壓側與負壓側相連，正、負壓側各引出一根總的引壓管，分別與差壓變壓變送器的正、負端相連，測得截面的平均速度，然後計算出風煙量，實踐證明該裝置完全能長期可靠使用，成為免維持商品。下圖所示矩陣取樣裝置左圖為圓形管道策劃的標準型陣列式測量裝置；右圖為方形管道策劃的防堵型陣列式測量裝置。

丨流場不均勻性和單點取樣技藝現狀分析丨測量管道內的氣體流量，理想的狀態是管道內壁非常光潔且有較長的直管段，否則管道內氣體流場的不均勻，存在紊流與旋流，影響測量的準確度。但是電站鍋爐的風煙道幾乎不可能有這樣理想的條件，解決的方法就是采用網格法在風道中布置多個測點，得到風道內的平均風速。

以燃煤機組煙氣脫硝改造為例，由於場地空間限製，脫硝出口煙道較短，而且存在多處變徑和拐角；火電廠煙道屬於大截面煙道，煙道尺寸在幾米到十幾米，流場不均普遍存在。由於煙道流場分布不均，脫硝出口NOX和NH3的濃度分布也不均勻。在運行過程中，脫硝出口NOX和NH3濃度的測量數據存在基本不變化或者波動較大的情況，不響應系統工況變化，還存在脫硝出口與脫硫出口所測NOX濃度偏差較大的情況。這些測量數據不但不能為生產運行供應指導，反倒給運行人員帶來困擾，給脫硝系統投自動也帶來較大障礙；這些問題都是在流場分布不均的煙道上，采用傳統的單點取樣方式所帶來的。在不均勻流場，一個點的測量數據不能代表整個煙道的煙氣濃度參數，該點的測量數據也失去了使用價值和意義。當前，NOX和NH3的濃度檢測已經有較為**的化學發光技藝，測量精度可達到ppb級，導致NOX和NH3測量不準的主要原因集中在取樣方式上。因此，研究一種能適用於不均勻流場、能充分反映煙道實際濃度的煙氣取樣技藝就具有比較現實的意義。

在鍋爐送風的測量中難點有以下幾種：

1、基本是氣固兩相流，不是含灰就是含粉；

2、速度快，穿透力、吹掃力特別強，容易造成測量器件堵塞和磨損；

3、在大風道管道中的風速慢、直管段短、流場復雜。不易測準。

3、易堵塞。都是氣固兩相流體，煤粉和灰的細度只有幾十至幾百微米。有很強的粘附性。被測量的器件內外有溫度差，形成結露。需增加額外壓縮空氣定時吹掃或大小修中拆卸進行徹底清潔。

4、易磨損。都是氣固兩相流體，氣流速度會達到每秒幾十米(10-40m/s)。穿透力吹掃力特別強。會對被測量器件變形，改變流速系數，影響測量精度。

5、準確性不能保證用於一次風測量器件。由於測速探頭的變形，影響測量準確性。對於二次風總風等大風道，流速很低，直接測量產生的差壓*多只有幾百帕。對差壓傳感器的要求很高，不易測準。對直管段要求高，一般有5-6D，比如磨煤機冷一風進口，由於流場復雜，直管段很短。

6、壓損大。為了提高差壓，采用了縮孔或節流的方法。有的設備的風阻可能就有好幾百帕。

7、安裝不便。體積巨大，安裝和維持不便。

丨實例丨為分析煙氣流場的分布情況，對某電廠300MW機組脫硝出口煙氣NOX和NH3的濃度分布進行了測試。煙道為10m×4m矩形煙道，在煙道兩側分別取2個取樣點，探桿長度1.5米，一共取A、B、C、D四個點的NOX和NH3濃度測量數據進行分析。在負荷工況基本保持不變的情況下，分別對四個點的NOX和NH3濃度進行連續測量，測量持續時間為2小時，測量數據整理成曲線分別如下圖所示。

由上圖的測量曲線可看出，無論是NOX還是NH3，其濃度分布都是不均勻的。其中A取樣點的數據較為穩定，但NOX的測量值比實際煙氣濃度值偏高，基本都超過了排放限值50mg/m3；而NH3基本接近於0，無較大波動。其他三個取樣點所測量的數據波動較大，也無規律可循。由此可見，不同取樣點的測量濃度相差達到幾倍甚至幾十倍，如若采用單點取樣方式，無論是在哪一個點取樣進行煙氣監測，其測量值都不能代表煙氣濃度的實際值。

某電廠300MW機組在A側脫硝反應器出口安裝了我廠矩陣式煙氣取樣裝置，裝置投入運行2個月後，收集脫硝出口NOX和NH3的歷史數據進行分析，數據曲線如下圖所示。

由上圖中NOX和NH3的歷史數據曲線可看出，采用矩陣式煙氣取樣裝置所測量的數據曲線平滑穩定，能真實反映整個煙道內的汙染物濃度。而且數據無急劇的階躍變化，有利於脫硝自動的投入。

丨結構特征丨我公司推出的矩陣式煙氣流量測量裝置是將煙道斷面劃分為若幹個等面積的矩形網塊，各網塊核心即為取樣點。通過多個取樣點的合理布置，用以達成大截面煙道的全截面煙氣混合取樣。煙氣經各支管取樣後，在煙道外匯流到一混合母管，混合母管連接至空氣預熱器後端。矩陣取樣裝置取樣示意圖如下圖所示。

丨選型應用丨矩陣式流量測量裝置可適用於任何形式的大口徑氣體流量測量（總風量測量以及電站鍋爐一、二、三次風測量、製粉系統風量測量、助燃空氣、熱空氣、烴氣、天然氣、火炬氣、煤氣等）、煙氣排放連續監測系統配套（或升級改造）。在購買選型過程中，可根據管道尺寸、結構和測量介質等要求，策劃選擇不同類型的矩陣式流量測量裝置。

▲　標準型矩陣式風煙量測量裝置——采用畢托管原理策劃流量系數為1的標準測量裝置；

▲　均速型矩陣式風煙量測量裝置——采用均速管陣列不止，善於測量直管段較短管道風量；

▲　防堵型全截面矩陣式測量裝置——防堵性能好，適合帶粉塵氣流測量，應用很廣。

▲　多點雙文丘裏管風量測量裝置——防堵性能好，測量精度高，適合帶粉塵氣流測量。

矩陣式流量計（測量裝置）工藝製造標準：

1       ISO 3966-1977 《封閉管道中流體流量的測量用皮托靜壓管的速度面積法》

2       ISO7145:1982  《圓形截面封閉管道中流體流量的測定-在截面的1點上測量速度的方法》

3       GB/T 2624—2006   《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》

4       DIN EN ISO 9001:2000         《歐盟品質體系標準》

5       JB/T 2274-1991        《流量顯示儀表》

6       DIN 10204 TDR/DGR           《歐盟材料測試標準》

7       EN ISO5167-1        中國《節流裝置計算標準》

8       JJG 640-2016         中國《差壓式流量計檢定規程》

9       JB/T5325- 1991              中國均速管工業標準