用彎管流量計取代孔板流量計節能效益分析
用彎管流量計取代孔板流量計節能效益分析
[ 摘.. 要] 文章通過對節流孔板能耗的量化分析, 得出應用無附加壓力損失的彎管流量計取代孔板流量計可以獲得可觀的經濟效益, 對企業提高生產效率, 節約能源有著重要的意義。
[ 關鍵詞] 彎管流量計; 節流孔板; 壓力損失; 焓降; 節能分析
廣州紫坭熱電有限公司現有三臺6t/ h 中溫中壓煤粉鍋爐( 3 .. 12MW 機組) , 是熱電聯產的主體設備, 為本公司地域內各工業企業提供蒸汽13 萬t / a; 向系統電網輸送電力( 110kV) , 供電約2 億( kW.. h) / a。公司被列入廣東省批33 家應依法清潔生產審核的企業之一。公司在2003 年投入405 萬元對鍋爐煙氣脫硫除塵達標治理, 并已達到80% 脫硫效率的良好效果, 但是, 供電能耗仍達到586g / ( kW.. h) , 與同類行業相比差距較大。為全面貫徹落實..清潔生產促進法.. ( 2003 年1 月1 日起實施) , 達到.. 節能、降耗、減污、增效.. 清潔生產目的, 從2003 年2 月起, 我們對汽輪機發電原蒸汽汽耗率偏高的根源, 進行了對生產工藝、設備的詳細分析、論證, 認為現有生產流程中, 鍋爐蒸汽出口端至汽輪機之間的主蒸汽管段蒸汽壓力降達到0..1MPa, 蒸汽阻力( 熱能) 損失較大, 其中的阻力損失是主管段兩個孔板流量計計量設備, 是使蒸汽汽耗率偏高的主要原因。我們確定采用.. 彎管流量計.. 代替現用的.. 孔板流量計..。彎管流量計克服了孔板流量計阻力大造成能耗高的缺點, 在鍋爐工況不變的條件下, 降低了汽輪機發電汽耗率, 增加發電量。
1 .. 彎管流量計測量原理
智能彎管流量計的研制成功, 具有堅實的理論基礎和實驗研究基礎。在理論研究方面主要是通過直接求解流體流過彎管的微分方程數值解的方法, 全面揭示流體流經彎管的流動規律。在實驗研究方面既有實驗室的大量實驗研究, 又有在國家三大流量檢定站( 開封、煙臺、華陽) 對不同介質的流量測量的驗證。理論研究和大量的實驗研究表明: 流體在流經彎管時, 由于彎曲管壁的導流作用, 使流體在流進彎管時其內側流速會逐漸增大, 而外側流速卻逐漸減小, 這就形成了各個過流斷面的近似梯形速度分布, 且這種梯形速度分布狀態在彎管45.. 截面處達到極限狀態。彎管45..截面各質點流速分布如圖1 所示。
根據質量守恒定律、能量守恒定律和動量守恒定律, 流體在管道中流動時, 在相同過流斷面各元流質點的能量不變, 但由于各質點流速的變化( 內側大、外側小) 就形成了彎管的內外側壓差..p 。這個壓力差在45..截面時達到、。且45..彎管斷面的流體平均流速v 與壓差..p 的對應關系符合平方比例關系。深入的理論研究和大量的試驗分析證明流體流過彎管形成的差壓與流速的嚴格對應關系同彎管的幾何結構尺寸( 彎曲半徑R 和內徑D ) 有密切關系。由以上分析可知彎管傳感器的幾何結構尺寸確定之后, 只要測取流體流經彎管45..截面的外側、內側的壓差..p 和流體的密度..就可以確定流體的平均流速v 。其數學表達式為: v = .. ( R ..D ) RD .. ..p .. 式中: v 為流體流速, m/ s; .. ( R ..D ) 為流量系數( 無量綱) ; ..p 為45..截面外側、內測差壓, Pa; D 為彎管內徑, mm; R 為彎管彎曲半徑, mm; ..流體密度, kg/ m3。
2 .. 項目實施方案
我公司鍋爐主蒸汽( 3..82MPa、450 .. ) 計量采用孔板流量計。由于孔板流量計采用截流產生壓差的原理計算蒸汽流量, 因此, 蒸汽在流過孔板時造成壓力損失。經測定, 蒸汽流過孔板流量計造成壓力損失約0..05MPa, 蒸汽由鍋爐進入汽輪機需經過兩個孔板流量計, 在孔板流量計上造成的壓力損失約0.. 1MPa, 加上蒸汽管道及閥門造成的壓力損失, 使鍋爐過熱器集汽聯箱出口至汽輪機進汽口之間管道損失達到0..4MPa。即使鍋爐壓紅線運行( 3..82MPa) 、汽輪機進汽壓力只能達3..4MPa ( 設計進汽壓力為3..47MPa) , 致使發電汽耗上升, 發電煤耗上升, 一年造成420 萬kW..h 電能的損失, 折合原煤達到4200t/ a, 增加二氧化硫排放量21..5t。彎管流量計是近年創新開發的*流量技術, 在國內已廣泛應用, 技術成熟。其產品具有高精度( 1..0 級) 、大量程比、雙向測量、無壓損、無可動部件、耐磨損、一次元件長期運行穩定等特點。特別是無附加壓力損失的重要特性帶來的經濟效益更為重要: 彎管傳感器安裝于原管道的90..轉彎處, 即取代了原90..彎頭。不增加任何壓力損失, 可將節流孔板流量計裝置產生的壓力損失*節省下來。
據測算, 將減少蒸汽管道上的壓力損失0..1MPa。從而在鍋爐工況不變的情況下提高汽輪機進汽壓力0..1MPa, 使汽輪機進汽壓力提升至3..5MPa, 根據12MW 汽輪機負荷特性曲線, 滿負荷的情況下進汽壓力由3..4MPa 提升至3..5MPa, 負荷增加200kW.. h, 發電汽耗下降0..1kg/ kW..h。從而達到節能降耗目的。
現有三臺65t/ h 鍋爐, 每臺鍋爐主蒸汽管道原安裝兩個孔板流量計, 共6 臺。在原址利用蒸汽管道上現有的彎頭安裝彎管流量計, 共6 臺, 代替原有孔板式流量計。改進工藝見圖2。
3 .. 經濟效益分析
3..1 .. 節能效益
根據12MW 汽輪機負荷特性曲線, 由于現有節流孔板阻力的影響, 滿負荷的情況下進汽壓力由3.. 5MPa 降低至3..4MPa, 發電量將減少200kW..h。本項目投入運行后, 將避免該蒸汽壓降能耗損失, 汽輪機汽耗率降低0 .. 1 kg / kW.. h , 本項目的節能經濟效益是明顯的。僅從減少蒸汽熱能損失、在相同蒸汽量條件下增加發電量或在相同發電量的條件下節約蒸汽耗量這一點來計算, 以及從2005 年3 月投入調試的實測數據復算表明, 節約原煤4200t/ a, 減少生產成本達到210 萬元, 投資回收期僅3 個月。本項目是個有效節能、節約資源的清潔生產項目。
3..2 .. 環保效益
本項目是一個從源頭削減和控制污染物產生的工程項目。投入生產運行后, 節約原煤4200t / a。減少二氧化硫產生量達到54t / a, 減少二氧化硫排放量21..5t/ a, 減少3570 萬m3/ a 的煙氣排放量。因此環境效益顯著。
4 .. 結論
( 1) 標準孔板流量計壓力損失不可小視, 由此帶來的能源消耗很大( 一般為孔板差壓值的60% 左右) , 應引起企業的高度重視。
( 2) 彎管流量計無附加阻力損失、免維護、耐高溫、耐高壓, 測量精度*現場需要。
( 3) 通過技改采用新技術, 節能降耗, 為企業創造可觀的經濟效益和社會效益。
