用彎管流量計(jì)取代孔板流量計(jì)節(jié)能效益分析
用彎管流量計(jì)取代孔板流量計(jì)節(jié)能效益分析
[ 摘.. 要] 文章通過對節(jié)流孔板能耗的量化分析, 得出應(yīng)用無附加壓力損失的彎管流量計(jì)取代孔板流量計(jì)可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益, 對企業(yè)提高生產(chǎn)效率, 節(jié)約能源有著重要的意義。
[ 關(guān)鍵詞] 彎管流量計(jì); 節(jié)流孔板; 壓力損失; 焓降; 節(jié)能分析
廣州紫坭熱電有限公司現(xiàn)有三臺6t/ h 中溫中壓煤粉鍋爐( 3 .. 12MW 機(jī)組) , 是熱電聯(lián)產(chǎn)的主體設(shè)備, 為本公司地域內(nèi)各工業(yè)企業(yè)提供蒸汽13 萬t / a; 向系統(tǒng)電網(wǎng)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(yīng)依法清潔生產(chǎn)審核的企業(yè)之一。公司在2003 年投入405 萬元對鍋爐煙氣脫硫除塵達(dá)標(biāo)治理, 并已達(dá)到80% 脫硫效率的良好效果, 但是, 供電能耗仍達(dá)到586g / ( kW.. h) , 與同類行業(yè)相比差距較大。為全面貫徹落實(shí)..清潔生產(chǎn)促進(jìn)法.. ( 2003 年1 月1 日起實(shí)施) , 達(dá)到.. 節(jié)能、降耗、減污、增效.. 清潔生產(chǎn)目的, 從2003 年2 月起, 我們對汽輪機(jī)發(fā)電原蒸汽汽耗率偏高的根源, 進(jìn)行了對生產(chǎn)工藝、設(shè)備的詳細(xì)分析、論證, 認(rèn)為現(xiàn)有生產(chǎn)流程中, 鍋爐蒸汽出口端至汽輪機(jī)之間的主蒸汽管段蒸汽壓力降達(dá)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(jì)計(jì)量設(shè)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(jì).. 代替現(xiàn)用的.. 孔板流量計(jì)..。彎管流量計(jì)克服了孔板流量計(jì)阻力大造成能耗高的缺點(diǎn), 在鍋爐工況不變的條件下, 降低了汽輪機(jī)發(fā)電汽耗率, 增加發(fā)電量。
1 .. 彎管流量計(jì)測量原理
智能彎管流量計(jì)的研制成功, 具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)。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(shù)值解的方法, 全面揭示流體流經(jīng)彎管的流動規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)研究方面既有實(shí)驗(yàn)室的大量實(shí)驗(yàn)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(zhì)的流量測量的驗(yàn)證。理論研究和大量的實(shí)驗(yàn)研究表明: 流體在流經(jīng)彎管時, 由于彎曲管壁的導(dǎo)流作用, 使流體在流進(jìn)彎管時其內(nèi)側(cè)流速會逐漸增大, 而外側(cè)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(tài)在彎管45.. 截面處達(dá)到極限狀態(tài)。彎管45..截面各質(zhì)點(diǎn)流速分布如圖1 所示。
根據(jù)質(zhì)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(zhì)點(diǎn)的能量不變, 但由于各質(zhì)點(diǎn)流速的變化( 內(nèi)側(cè)大、外側(cè)小) 就形成了彎管的內(nèi)外側(cè)壓差..p 。這個壓力差在45..截面時達(dá)到、。且45..彎管斷面的流體平均流速v 與壓差..p 的對應(yīng)關(guān)系符合平方比例關(guān)系。深入的理論研究和大量的試驗(yàn)分析證明流體流過彎管形成的差壓與流速的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系同彎管的幾何結(jié)構(gòu)尺寸( 彎曲半徑R 和內(nèi)徑D ) 有密切關(guān)系。由以上分析可知彎管傳感器的幾何結(jié)構(gòu)尺寸確定之后, 只要測取流體流經(jīng)彎管45..截面的外側(cè)、內(nèi)側(cè)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(shù)學(xué)表達(dá)式為: v = .. ( R ..D ) RD .. ..p .. 式中: v 為流體流速, m/ s; .. ( R ..D ) 為流量系數(shù)( 無量綱) ; ..p 為45..截面外側(cè)、內(nèi)測差壓, Pa; D 為彎管內(nèi)徑, mm; R 為彎管彎曲半徑, mm; ..流體密度, kg/ m3。
2 .. 項(xiàng)目實(shí)施方案
我公司鍋爐主蒸汽( 3..82MPa、450 .. ) 計(jì)量采用孔板流量計(jì)。由于孔板流量計(jì)采用截流產(chǎn)生壓差的原理計(jì)算蒸汽流量, 因此, 蒸汽在流過孔板時造成壓力損失。經(jīng)測定, 蒸汽流過孔板流量計(jì)造成壓力損失約0..05MPa, 蒸汽由鍋爐進(jìn)入汽輪機(jī)需經(jīng)過兩個孔板流量計(jì), 在孔板流量計(jì)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(lián)箱出口至汽輪機(jī)進(jìn)汽口之間管道損失達(dá)到0..4MPa。即使鍋爐壓紅線運(yùn)行( 3..82MPa) 、汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力只能達(dá)3..4MPa ( 設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力為3..47MPa) , 致使發(fā)電汽耗上升, 發(fā)電煤耗上升, 一年造成420 萬kW..h 電能的損失, 折合原煤達(dá)到4200t/ a, 增加二氧化硫排放量21..5t。彎管流量計(jì)是近年創(chuàng)新開發(fā)的*流量技術(shù), 在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用, 技術(shù)成熟。其產(chǎn)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(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。特別是無附加壓力損失的重要特性帶來的經(jīng)濟(jì)效益更為重要: 彎管傳感器安裝于原管道的90..轉(zhuǎn)彎處, 即取代了原90..彎頭。不增加任何壓力損失, 可將節(jié)流孔板流量計(jì)裝置產(chǎn)生的壓力損失*節(jié)省下來。
據(jù)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(jī)進(jìn)汽壓力0..1MPa, 使汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力提升至3..5MPa, 根據(jù)12MW 汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線, 滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3..4MPa 提升至3..5MPa, 負(fù)荷增加200kW.. h, 發(fā)電汽耗下降0..1kg/ kW..h。從而達(dá)到節(jié)能降耗目的。
現(xiàn)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(jì), 共6 臺。在原址利用蒸汽管道上現(xiàn)有的彎頭安裝彎管流量計(jì), 共6 臺, 代替原有孔板式流量計(jì)。改進(jìn)工藝見圖2。
3 .. 經(jīng)濟(jì)效益分析
3..1 .. 節(jié)能效益
根據(jù)12MW 汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線, 由于現(xiàn)有節(jié)流孔板阻力的影響, 滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3.. 5MPa 降低至3..4MPa, 發(fā)電量將減少200kW..h。本項(xiàng)目投入運(yùn)行后, 將避免該蒸汽壓降能耗損失, 汽輪機(jī)汽耗率降低0 .. 1 kg / kW.. h , 本項(xiàng)目的節(jié)能經(jīng)濟(jì)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(fā)電量或在相同發(fā)電量的條件下節(jié)約蒸汽耗量這一點(diǎn)來計(jì)算, 以及從2005 年3 月投入調(diào)試的實(shí)測數(shù)據(jù)復(fù)算表明, 節(jié)約原煤4200t/ a, 減少生產(chǎn)成本達(dá)到210 萬元, 投資回收期僅3 個月。本項(xiàng)目是個有效節(jié)能、節(jié)約資源的清潔生產(chǎn)項(xiàng)目。
3..2 .. 環(huán)保效益
本項(xiàng)目是一個從源頭削減和控制污染物產(chǎn)生的工程項(xiàng)目。投入生產(chǎn)運(yùn)行后, 節(jié)約原煤4200t / a。減少二氧化硫產(chǎn)生量達(dá)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(huán)境效益顯著。
4 .. 結(jié)論
( 1) 標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)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(yīng)引起企業(yè)的高度重視。
( 2) 彎管流量計(jì)無附加阻力損失、免維護(hù)、耐高溫、耐高壓, 測量精度*現(xiàn)場需要。
( 3) 通過技改采用新技術(shù), 節(jié)能降耗, 為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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