SCR脱硝工艺中烟气流速测量仪表的选型分析

SCR脱硝工艺中烟气流速测量仪表的选型分析

摘要：在电站锅炉选择性催化还原法SCR脱硝工艺中，烟气流量测量的准确性对还原剂的计算用量具有重要影响。介绍了烟气流量测量所常用的差压式和热导式流量计的工作原理，分析了各自特点，并提出在选型时应注意防堵灰与防磨损的建议。

引言

选择性催化还原法SCR(selective catalytic reduction）是目前国内外在大型燃煤机组上广泛采用的脱硝方法。SCR的原理是把NH2作为还原剂，经喷氨格栅喷入烟道，与烟气充分混合后，进入催化剂层床，在催化剂的作用下，把Nox还原为N2和H2O。

在SCR工艺中，为了计算喷入的NH2量，必须实时检测烟气流量。由于锅炉烟风道截面积很大，风量难以直接测量，通常做法是测量烟道内的烟气流速，用烟气流速乘以烟道面积，求得烟气量。但是，电站锅炉大型烟风道受布置影响，一般直段比较短，烟风道的流速测量比较困难；而且在流速测量处，流场随负荷变化大，烟气中含尘量高，仪表堵塞、磨损现象严重。因此，电站锅炉大型烟风道流速测量仪表的选型非常重要。

一、常用烟道流速测量的仪表

流速测量仪表种类繁多，目前，常用于电厂烟风速度测量的仪表主要有差压式和热导式流量计两种。

1.1差压式流量计

差压式测量方法是流速测量方法中使用悠久和应用广泛的一种测量方法，即根据伯努利定理，通过测量流体流动过程中产生的差压来测量流速或流量。

差压式流量计通过测量总压与静压之差即动压，求得介质流速。

适用于测量大截面气体流速的差压式流量计一般有皮托管、阿牛巴和威力巴流量计三种。这三种流量计原理相同，构成相似，均由取压部件（传感器）、导压部件和压力测量部件（如差压变送器等）构成。

普通皮托管由插入管道的一个圆柱形探测管组成，其测量结果是流通面上一个点的速度。

阿牛巴流量计又称平均皮托管，其取压方式为多点取压，测量结果为多个取压点的平均速度。阿牛巴流量计在精度、安装方便性和阻力方面较普通皮托管有所改善。但在高粉尘烟气中，阿牛巴流量计取压孔容易堵塞，影响其稳定运行。威力巴流量计的取压部件也是多点取压型，但其外形设为子弹头型，并对取压孔位置做了改进，在精度、差压脉动和防堵方面有了进一步的改善。

考虑到SCR区域烟气的高温、高尘、大截面及振动等特点，普通皮托管型流量计不适合选用；选用阿牛巴和威力巴流量计时应要求传感部件具有防磨、防腐、耐高温等特性，传感部件应防堵，并加装反吹装置。

1.2热导式气体流量计

热导式气体流量计是利用热传导原理而设计的，即利用流动中的流体与热源之间热量交换的关系来测量流量的仪表。采用这种原理的热式流量计，其典型的传感元件包括两个温度传感器。这两个温度传感器分别置于气流中的两金属细管内。其中一个温度传感器测得气流温度T；另一细管经功率恒定的电热丝加热，其温度Tv高于气流温度，且气体静止时Tv最高。随着质量流速pU的增加，气流会带走更多热量，导致温度下降，测得温度差△T＝Tv-T。这种方法称作“恒

温差法”，其表达式如下所示。

若保持△T恒定，控制加热功率随流量增加而增加，则这种方法称作“恒功率法”。

气体成分和气体温度的变化均会影响气体的物理性质，使得系数A和B发生变化，影响测量的准确性。但在SCR烟气中，N2和CO2占了近90％的体积，运行时的温度变化范围在100℃左右，对气体物理性质影响很小。

与差压式流量计相比，热导式流量计在阻力、防堵灰、耐磨损及安装方便性上有一定的优势，它具有阻力小、组成简单、故障概率低等特点；且传感器部分可采用耐高温、耐磨损的材料，适用于高温、高粉尘的SCR烟道中。

二、测量位置的选取

无论是差压式流量计还是热导式流量计，均是对流场中某个点或某个线上多点的流速测量。但是，在电站锅炉的烟道中，烟道截面大、直段短、流场情况复杂，并且在不同的负荷情况下，流场情况变化大。若简单地选用个别点的流速作为全截面的平均流速，则误差大。因此，测量位置的选取就显得非常重要。

在SCR工艺中，根据烟道中流场的均匀情况，一般可以把SCR区域（从省煤器出口至空气预热器入口）分为喷氨格栅前、喷氨格栅至SCR反应器入口、SCR反应器、SCR反应器出口至空气预热器入口四个部分。

因喷氨格栅前的烟气流场未经充分整流，其均匀情况最差。在喷氨格栅至SCR反应器的入口段，不同的SCR技术对其流场均匀程度要求不同。多数SCR技术对这段烟气流场的速度偏差会控制在15％以内。SCR反应器内流场一般都要求非常高，SCR反应器入口速度偏差根据脱硝效率的不同，一般控制在5%-15％之间，烟气经过催化剂床层后，流场更为均匀。经过SCR反应器后，其流场对SCR的化学反应影响大大减小。一般来讲，这段流场情况较前两段差，且该段处于SCR末端，流速测量不宜安装在该段上。

综上所述，在SCR区域内，流速测量点应选择在喷氨格栅至SCR反应器入口或SCR反应器内。如果喷氨格栅至SCR 反应器入口流场均匀，应优先选择该段；如果工艺布置原因或流场原因不能把流量测点布置在该段，也可以选择布置在反应器内的第一层或第二层催化剂入口上方，但应注意吹灰系统及支撑梁的影响。

三、结束语

差压式流量计中阿牛巴流量计和威力巴流量计均为多点取样，热导式一般为单点测量。选型时均应注意传感部件的防磨、防腐、防堵灰及耐高温，对差压式流量计应加装反吹装置。同时，测量位置的正确选择是保证测量准确的关键因素之一，因而针对SCR工艺，流量测量应尽量选择在喷氨格栅至SCR反应器入口之间的烟道上。