摘 要：低溫余熱發(fā)電是水泥廠提高生產(chǎn)效益、節(jié)約能源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)是一個相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，由于其熱源為水泥回轉(zhuǎn)窯排放的廢熱煙氣，受水泥窯生產(chǎn)狀況影響較大，與一般帶有燃燒系統(tǒng)的電站相比具有很大的特殊性。余熱電站的控制也與一般帶燃燒系統(tǒng)的電站的控制有很大不同，目前國內(nèi)還沒有形成針對余熱電站控制的有效地的優(yōu)化控制方案。
關(guān)鍵詞：余熱發(fā)電； 模糊控制； 汽包水位； 除氧器凝汽器； 氣體流量計
一、前言
大管道氣體流量計在低溫余熱發(fā)電項目中開始應(yīng)用新型干法水泥工藝氣流活躍在整個生產(chǎn)過程中，在窯系統(tǒng)中熱風(fēng)有一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)，還有冷卻機(jī)形成的熱風(fēng)，在熱風(fēng)循環(huán)過程中一部分熱風(fēng)用于原料和煤粉的烘干，還有一部分氣體則作為廢氣被排放在大氣中。在2500t/d、5000t/d等規(guī)模的水泥生產(chǎn)線中為實現(xiàn)低溫廢氣綜合利用，將其用于余熱發(fā)電和熱力管網(wǎng)。低溫余熱發(fā)電主要利用在窯尾筒出口至排風(fēng)機(jī)的管道抽出的廢氣，同時在冷卻機(jī)抽出一定流量的廢氣，進(jìn)入SP余熱鍋爐和AQC余熱鍋爐，余熱鍋爐出力，各自產(chǎn)生壓力約1.25MPa，溫度約250℃～300℃，流量約20t/h的主蒸汽匯總進(jìn)入汽機(jī)，汽機(jī)發(fā)出的電能并入工廠中壓電網(wǎng)。在北方地區(qū)低溫余熱也用于熱力管網(wǎng)，實現(xiàn)取暖和供熱。低溫余熱發(fā)電是國家重點支持項目，近幾年低溫余熱發(fā)電在不斷及成熟，并開始把此技術(shù)出口到泰國等國家。入口廢氣溫度和流量是SP余熱鍋爐和AQC余熱鍋爐重要技術(shù)參數(shù)，在溫度和流量的測定中，流量的測定有一定的難度，也日益迫切有待解決。難度在于新型干法水泥生產(chǎn)線中，熱風(fēng)管道的口徑大多是大于500mm；另被測的氣流是變化的，還帶有一定的粉塵，所測的介質(zhì)是包含氣固二相。在流量測量規(guī)范中管道口徑大于200mm就屬于大口徑流量測量，氣固二相的流量測量又是特殊范疇；常用的氣體測量傳感器中一般帶有小孔，熱風(fēng)中含有粉塵，很容易造成測量傳感器的堵塞。如何選用低溫余熱發(fā)電大管道的流量測量儀表是本文討論的重點。
二、大管道氣體流量檢測儀表當(dāng)今我國倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)能型經(jīng)濟(jì)
在此前提下，我所介紹的大管道氣體流量檢測儀表排除了壓損大、運行費過高的節(jié)流裝置，如傳統(tǒng)的孔板式流量計，對大口徑的管道它需要大的安裝法蘭，不僅笨重，還有較大壓損，運行中磨損大，費用過高，ISO5167的新標(biāo)準(zhǔn)還要求前直管段達(dá)30～40D，現(xiàn)場很難滿足，為此我們無法考慮采用這類儀表；也不價格過高的氣體聲流量計。在余熱發(fā)電工控系統(tǒng)中，我建議采用取樣原理、插入安裝方式，通過測取管道中一點或多點的流速來推算流量的插入式流量計。這類儀表的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高、安裝維護(hù)方便、重復(fù)性好，但度一般不高。較典型的是差壓式均速管流量計和熱式流量計，差壓式均速管流量計是在上世紀(jì)60年代末問世的，它是基于伯努利能量守恒原則和皮托管測速原理發(fā)展起來的，所謂皮托管測速實際是測量管道中圓管直徑上或矩形（菱形）管長與寬上幾點的流速通過能量守恒原則推算出流量的一種插入式流量儀表，此圓管或菱形管通常也稱檢測桿，常用的是菱形，但其背壓孔易堵塞，影響其正常工作，盡管可加裝粉塵過濾裝置，但由于水泥工藝的特殊情況，特別是大口徑的管道選用時需要格外小心。熱式流量計則是利用傳熱原理，以熱電阻為敏感元件，當(dāng)流速高時將帶走更多的熱量，降低了熱電阻溫度。在測量橋路上熱電阻是作為橋路的一臂，由于溫度變化引起阻值的變化，這將破壞橋路的平衡，為保持橋路的平衡，加在反饋電路上的功率必須變化，由它的變化能間接測定流量值。它大特點是可測量低于5m/s的流速，傳熱與流體質(zhì)量有關(guān)，因此所測的流量為質(zhì)量流量。從發(fā)展方向看如一旦能改進(jìn)熱式流量計的度，它將會有較大發(fā)展?jié)摿?，由于流量計的度對低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)廢氣大管道的測量要求不是很高，主要是重復(fù)性指標(biāo)，故更適宜熱式流量計的推廣和選用。
三、一種典型的熱式流量計
美國KURZ儀表公司生產(chǎn)的熱式流量計，包括450系列單點式測速熱式流量計和K-BAR2000系列多點式測速熱式流量計兩種，其測速范圍是0Nm/s～120Nm/s，工作溫度高可達(dá)+500℃，工作壓力高可達(dá)2MPa，重復(fù)性指標(biāo)為0.25%，速度傳感器響應(yīng)時間為1秒，溫度傳感器響應(yīng)時間為3秒，插入式安裝，可適合于2.5寸以上管道。熱式流量計的測量探頭有兩個傳感器，一個是速度傳感器，一個是溫度傳感器，兩個傳感器都是基準(zhǔn)級鉑電阻傳感器。鉑電阻固定在堅固、密封的不銹鋼套管中，在測量電路中它們也作為測量橋路的兩個臂，溫度傳感器在工作中測量被測氣體的溫度，它作為參比溫度，而速度傳感器被加熱，并使其被加熱的溫度和參比溫度有一固定的溫差ΔT，當(dāng)參比溫度變化，則ΔT也隨著變化，可以通過加熱功率的變化來測量氣體的質(zhì)量流量。
加熱功率P，溫差ΔT，質(zhì)量流量qm之間的關(guān)系如下：
P/ΔT=K1+K2（qmK3）其中K1，、K2、K3是與氣體物性等有關(guān)的常數(shù)。ΔT一般控制在55℃恒定值，則通過測量P（I）就能計算出管道內(nèi)的質(zhì)量流量qm.四、低溫余熱發(fā)電選用熱式流量計幾個方面對于水泥行業(yè)特殊的氣體狀況，在選用熱式流量計必須要考慮以下幾方面
1.測單點流速還是測多點流速一根插入的檢測桿可以測大管道中某一點的流速，如450系列；也可測多點的流速，它可反映管道內(nèi)多點的流速分布，如K-BAR2000系列。考慮到投資的因素，另單點測量通過補(bǔ)償修正也可推算出大管道的平均流速。故筆者建議余熱發(fā)電系統(tǒng)還是用450系列單點式測速熱式流量計。2.提供正確的流量和管道數(shù)據(jù)選用熱式流量計時，一定要正確提供給流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)和管道尺寸和管道布置情況，包括直管段的大小和管配件情況，流量計供貨商可確定插入位置、插入深度和不同耐溫等級的檢測桿。理論上測量管道必須確保有*后5的直管段長度，但現(xiàn)場情況是實現(xiàn)不了的，供貨商會根據(jù)具體管道布置確定補(bǔ)償修正方案。3.正確選擇檢測桿前述在低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中廢氣流量是變化的，還帶有一定的粉塵，為此確定檢測桿的材質(zhì)和傳感器的材質(zhì)是非常重要的，余熱發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)選耐磨的哈氏合金探頭，檢測桿長度也必須根據(jù)管道的資料確定。4.校驗和修正大管道氣體流量檢測儀表的精度一般不高，但已能滿足工控的要求，450系列單點式的精度為±1%的讀數(shù)，由于流速大小直接影響傳熱的快慢，間接影響測量度，故其±1%的讀數(shù)后還要加上0.1Nm/s的附加值。管道內(nèi)氣體的流速分布是影響流量測量的度的主要因素，對于工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)盡量使流速分布對稱于軸線，即充分發(fā)展紊流，只有這樣，僅測幾點的流速才能推算流經(jīng)整個截面的流量。熱式流量計在出廠前已通過風(fēng)洞標(biāo)定，在現(xiàn)場投入運行前，供貨商會根據(jù)具體管道的外形和直接，通過網(wǎng)格法測量前管段某一位置，不同插入深度的約十幾個點的流速，并通過積累的經(jīng)驗公式推算出平均流速的補(bǔ)償值，確保了測量的度。5.重復(fù)性在余熱發(fā)電的自動化系統(tǒng)中，熱式流量計只是在某一工藝點提供信息源的檢測環(huán)節(jié)，它的輸出所反映的氣體流量信息，并不要求是某一確切值，而應(yīng)是正確無誤地反映流量的變化，如測定SF鍋爐的進(jìn)口廢氣量并不一定是風(fēng)量的確切值，我們主要看它在工藝過程中的變化，通過調(diào)節(jié)以保持風(fēng)量的恒定。這里要求熱式流量計工作可靠，其輸出與流量存在的單值函數(shù)關(guān)系不隨意變化，即重復(fù)性較好就可以了。一般來講直管段達(dá)不到要求的情況下，重復(fù)性可做到0.25%，而誤差可能過3%. 6.加裝必要的吹掃裝置由于廢氣帶有一定的粉塵，筆者建議在現(xiàn)場加裝必要的檢測桿吹掃裝置，以確保插入式熱式流量計正常工作，供貨商有的檢測桿的可供選擇。