德爾塔巴流量計在大型火電廠測量和應用
針對燃煤300mw、600mw、1000mw汽輪發(fā)電機組, 分析了使用德爾塔巴流量計測量點和相關的參數(shù)；300mw機組的鍋爐和汽機；使用德爾塔巴一體化傳感器的解決方案，選型，壓損和差壓值的計算；與其它產品在壓損等方面的比較。
一．隨著中國現(xiàn)代化的發(fā)展，各行各業(yè)對電力的需求愈來愈大，全國的裝機容量增加迅速。本文主要討論的是火電, 1987年全國裝機容量為100gw，1995年為200gw，2004已經達到300gw。據國家*的報告，計劃2010年將達到540gw，2020年為900gw，每年將增加30gw。
在容量增加的同時，zui引人注意的是各種率的新技術、新工藝不斷被投入使用。超臨界機組、燃機蒸汽聯(lián)合循環(huán)、正壓循環(huán)硫化床（pfbc）、循環(huán)硫化床聯(lián)合循環(huán)（pfbc-cc）、整體煤氣聯(lián)合循環(huán)（igcc），以及正壓煤粉爐聯(lián)合循環(huán)等鍋爐燃燒技術在不同運用背景下廣泛地研究和開始運用。其主要目的是為了提高機組的效率。1957年的*臺超臨界在美國投入運行，效率可達40~47%，目前已有近千臺超臨界機組在世界范圍內正常運行，zui大單機容量達1300mw，造價與亞臨界機組接近。
從環(huán)保和節(jié)能意義上講，電力工業(yè)是煤炭的主要用戶，我國45%的煤是用于發(fā)電，每千瓦小時的煤消耗量達400克（90年代初為412克/千瓦），比發(fā)達國家要高70~80克/千瓦。只有提高汽機的工作溫度，如pfbc-cc，在850~900 °c ，從而可以抑制nox的生成，提率到40%左右。達到低污染的目的。同時，燃煤產生的粉塵是主要污染源之一。
綜觀先進的工藝，需要高精度的測量和控制，就需要對汽機和鍋爐中的各種煤、水、風和蒸汽進行全面計量，是保證各種工藝實施的必要條件。有些量以前無需測量的，現(xiàn)在就必須要考慮了，如各環(huán)節(jié)的主蒸汽，增加量主要在蒸汽方面。
二． 各種流量測量點由于大型火電廠的輸煤方式、供水的供應方式不同，可能是用于供熱機組，以及灰/渣/石膏（脫硫的副產品）是否需要綜合利用等因素。使得火電廠的工藝系統(tǒng)復雜多樣。所以如給出普遍意義的流量測量方案是不現(xiàn)實的。這里只是就一般意義的描述，然后給出德爾塔巴對于流量測量的解決方案。
（1）燃油 / 燃氣流量測量：
燃料油和燃氣作為鍋爐主燃料或啟動點火用。目前燃煤機組的啟動點火油（輕柴油）, 通常使用質量流量計或轉輪（鼓）式。這部分*可以使用插入式差壓流量計，德爾塔巴在許多自備電廠已有廣泛地使用。（由于管道的內徑差異比較大，這里只是簡單地設計，僅做參考）。
其主要工藝參數(shù)為：
燃油：機械霧化時： 常溫，3mpa；30t/h，100*4.5mm （1-1）
介質霧化時：常溫，1.5mpa；15 t/h；100*4.5mm （1-2） （2）冷卻水流量測量：
發(fā)電廠的冷卻水包括主、輔機冷卻器的冷卻用水，部分工藝系統(tǒng)用的蒸汽冷卻水，如循環(huán)冷卻水、開、閉式冷卻水等，大多數(shù)電廠通常使用江、河水（如長江，珠江）或者地下水，由于它使用了公共社會資源，需要進行計量。通常口徑比較大。如武漢某電廠冷卻水采用長江水。
管道直徑為￠1820*10mm、 常溫、介質壓力0.2mpa、zui大流量24372t/h。 （2-1）（3）系統(tǒng)用水：通常為潔凈水，比自來水的水質要好得多，是*可以使用插入式差壓流量計
（a） 化學處理后的除鹽水： 常溫，0.5mpa ，60t/h, 150x4mm （3-1）
（b） 機組補水量：常溫，0.5mpa，50t/h, 150x4mm （3-2）
（c） 鍋爐給水量：300°c，18.0mpa，1000t/h （3-3）
（d） 減溫水量（過熱蒸汽一級/ 二級減溫水）：215°c，14mpa，12t/h，22*3mm （3-4）
（e） 再熱汽的事故減溫水量：200°c，6mpa，10t/h （3-5）
（f） 旁路減溫水量： 高壓時，300°c，18.0mpa，200t/h （3-6）
低壓時，200°c，6.0mpa，80t/h （3-7）
（g） 給水泵出口流量：180°c，18mpa ，500t/h （3-8）
（h） 凝結水流量：100°c以下，2.0mpa，1000t/h （3-9）（4）蒸汽系統(tǒng)
（a） 主蒸汽：主蒸汽流量的測量是為了滿足機組檢測、控制的要求。通常300mw/600mw機組的主蒸汽流量是通過間接方法測量，測量汽機調節(jié)級壓力（po為q主汽壓力，p1為調節(jié)級的壓力），根據主機生產廠家提供的數(shù)學模型，進行推導蒸汽的做功能力e=f（q主蒸汽）=f（po，p1）。所以主蒸汽流量的測量（計算）精度將取決于數(shù)學模型的正確性和精度以及傳感器的精度，目前這種測量方法只適合于機組部分負荷范圍，其計算（測量）精度是不滿足運行要求的。目前已經有了像德爾塔巴這樣的（高溫高壓）流量測量元件，就可以進行直接測量。它在歐美已經廣泛應用，自從1996年以來，已經有了近900多個（高溫高壓）應用實例。例如：
使用年/月 用戶名 內徑/壁厚 壓力 溫度 流量
1996/07：preussen elektra： 232/28mm 25.5mpa 550°c 450t/h
1996/06：gkk kiel gmbh： 233/37mm 27.6mpa 545°c 500t/h
1999/01: l&c steinmuller: 285/40mm 29.8 mpa 486°c 900 t/h
2001/04 babcock gmbh: 265/25mm 16.6 mpa 535°c 500 t/h
2004/05 enercity 240/28 21.5 mpa 545°c 486 t/h
......
對于國內用戶來說，有一個認識過程，它的確是一個安全、有效和經濟的解決方案。高溫高壓蒸汽、高壓天然氣或者中溫高壓液體（水）都可以使用德爾塔巴高溫高壓探頭。
計算表明，相同參數(shù)的主蒸汽流量測量，使用噴嘴將會使機組效率要下降0.25~0.3%。所以就很有必要考慮使用德爾塔巴插入式探頭，雖然用量不大，但其意義重大。國內許多電廠都擬測量這些點的流量，但又擔心在如此高溫高壓使用的安全性、可靠性，擔心價格過高。使用噴嘴，壓損又過大，一直處于徘徊狀態(tài)。從大量分析/比較數(shù)據應該可以看到，插入式探頭的壓損只有標準孔板的5~10%，是噴嘴的20%，所以使用插入式傳感器將給企業(yè)降低巨大的運行成本。通常運行30~60天（在上述的工況下）節(jié)約下來的運行成本就足可以購買一套探頭。綜觀的業(yè)績，是可以讓人們放心的使用。
四．解決方案：德爾塔巴均速管一體化探頭可以根據不同的介質和工藝參數(shù)給出相應的變形和解決方案，滿足不同的要求和安裝方式。德爾塔巴五種型號中的四種可以廣泛地應用于電站。df25： 通常用于80?3000mm管道的液體（水、油）、氣體（各種煙氣，濕氣）和蒸汽；
df25hd： 通常用于80-1000mm管道高溫高壓蒸汽（如主蒸汽），或者高壓中溫的液體（如減 溫水等），或者低溫高壓的氣體（如天然氣等）；
df10m /hd： 通常用于20?100mm管道的液體、氣體或蒸汽測量，也可運用于高溫高壓領域；
df50： 通常用于1--15米的大口徑空氣或煙氣的測量傳感器的測量精度優(yōu)于1％、0.5％、0.2％重復性為0.1％。詳細選型情況請咨詢肯爾。
五．其它產品和分析比較
1、 產品介紹
大家知道，流量產品的種類和品種繁多，差壓式，電磁式，渦街式，浮子式，超聲波，容積式和科里奧利式等。應用zui廣泛的目前還數(shù)差壓式。而差壓式的主流產品是節(jié)流式（孔板，文丘里管或噴嘴等類產品）和均速管。市場中大量運用是這些標準化產品和非標準化產品。其主要特點是運用廣泛，可以用于全部單相流體和部分混相流；標準化的節(jié)流裝置無需標定就可以直接使用，又有多種不斷改進的標準支持，如iso-5167（1980/1991/1998/2003），gb--1932（噴嘴），*有近千萬個運用樣本。各大實驗室收集了數(shù)萬個實驗樣本，建立的相當完備的數(shù)據庫。不斷為更新的標準，更的流出系統(tǒng)模型做理論和運用積累數(shù)據，從而大大提高了測量精度。所以有理由講，根據新標準制造出來的孔板更具靈活和很高的精度。 其次是易于復制，簡單，牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長，價格低廉。自從20世紀80年代以來，標準和非標準節(jié)流裝置在世界范圍的流量測量占50~60%，每年占百萬臺，金額占30%；在中國占35~42%，每年占6~7萬臺。節(jié)流式產品的主要缺點：
（1）測量的重復性和度屬于中等水平，而且度很難再提高；
（2）范圍度窄，一般只能是3:1到4:1；
（3）現(xiàn)場安裝條件要求較高，需較長的直管段（指孔板，噴嘴），一般難以滿足；
（4）檢測件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障。
（5）壓損大（指孔板，噴嘴）。近年來，有許多新的改進，主要集中在降低壓損、縮短直管段以及將節(jié)流與變送器一體化。均速管也是一種差壓式原理的節(jié)流裝置，據不*統(tǒng)計和報道，近30年來，有200多萬支投入的實際運用。而且這10年有大幅度上升。其主要特點是安裝維護簡單（插入式），精度高（優(yōu)于1%），重復性好（0.1%），zui突出的優(yōu)點是壓損小，通常只有標準孔板的5％～10％，標準噴嘴的10％～20％；同時可以長期保持精度。它所需要的直管段要比節(jié)流式短得多。另一方面，壓損小的同時，差壓值也比較?。ㄏ喈斢诳装宥裕?，特別是大管徑小流量時。其次，平均流速的信息是取自桿中前后的若干個孔，因為有孔，自然就有可能被異物堵住或者卡住。第三，均速管是通過測量某一直徑上的流速，以線上的流速（確切地說，是該線的若干點）取代截面流速，而不同直徑線上的流速是不*相同的（除非它所在位置的直管段足夠），所以就存在若安裝位置和方向不合適將導致無效測量或者沒有精度的測量，所以選擇安裝位置就是保證能夠正確使用的重要因素。近10年，均速管截面技術和開孔技術有了很大進展，以前的許多不足隨著運用樣本增加和高科技研究手段的引入，近些年推出的探頭比10年前的產品更加成熟。德爾塔巴探頭高壓側和低壓側*對稱，孔數(shù)相同，孔的直徑為8mm，孔間的距離*不是所謂的對數(shù)，而是根據管徑、介質和主要工藝參數(shù)等因素來確定孔距?？讓?shù)也不是傳統(tǒng)的2、3對孔，根據綜合因素會出現(xiàn)4對或者5對孔，甚至6對孔，這些是許多渴望仿制者無法下手的核心技術。德爾塔巴在這十年中不斷改革更新和發(fā)展，在許多方面都呈現(xiàn)出優(yōu)越的特點。它對選點安裝和安裝要求比其它同類的產品要嚴格的多，有一套系統(tǒng)和完整的數(shù)據庫作為支撐。差壓輸出的形式有近百種，以保證滿足用戶的特種工礦和特別需要?？趶椒秶梢詮?毫米到15米；高溫高壓探頭（1.4828, x15crnisi20-12,工作溫度可以高達1040度）可以工作在650度，28 mpa的蒸汽；可以選擇1.4539（a904合金，x1nicrmocu25-20-5）和h c4，工作在具有so，so2的煙氣或者強酸強堿介質中。（2） 直管段比較 （孔板和噴嘴的數(shù)據來自is05167-1999）
孔板與阻流件之間所要求的直管段長度（無流動調整器）（數(shù)值以管徑d倍數(shù)表示）其中：a欄的長度是指零附加不確定度的； b欄的長度是指0.5%附加不確定度的。
德爾塔巴的直管段要求：
3．壓力損失比較
下面的計算結果是基于flowcalc32軟件，根據管道工藝參數(shù)和各種節(jié)流裝置計算差壓和壓損，hc-hlv德爾塔巴的計算結果是基于deltacalc4.3，其工況條件與flowcalc32*相同。
一些結論:
（1） 標準角接取壓和法蘭取壓的差壓和壓損差不多，都比較大（由于篇幅，沒有顯示法蘭取壓的計算結果）;
（2） 文丘里噴嘴在壓損上有比較大的改進；
（3） 在溫度/壓力/流量比較小的情況下，hc-hlv德爾塔巴的壓損與改進后的文丘里噴嘴沒有本質的差別；在比較大時，特別是蒸汽下，有10倍的差異。 4．運行成本分析
計算能耗（wp）的通常方法：
wp=q x pl /η
其中： q：工況下體積流量（取自上表, m3/s）; pl:zui大壓損（取自上表, kpa）; η：效率系數(shù)（取80%）
如果提供的是標況（或者質量）流量（qn）， q=qn x ρn（標況密度）/ ρb（工況密度）
ρn（標況密度）： 水：1000kg/nm3 （0℃, 101.325kpa）
ρn（標況密度）： 空氣：1.2929 kg/nm3
ρn（標況密度）： 蒸汽：1000kg/nm3 （為液態(tài)）
ex.1:, ρb（水）=998.254 kg/m3;（ 20℃ /0.2mpa）
q1=200x1000/998.254/3600/0.8=0.0698; wp=q1 x pl = 0.0698 x pl
wp1=1.047 kw （角接取壓）; wp2= 0.0448 kw（文丘里噴嘴）; wp3= 0.0264 kw
按年計算: 德爾塔巴比角接取壓節(jié)約能耗8940 kw/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約能耗161.2 kw/年.
ex2. ρb（水）=731.182 kg/m3; q2=0.4749; wp=q2 x pl =0.4749x pl;
wp1=46.9153kw（角接取壓）; wp2=14.3548 kw（文丘里噴嘴）; wp3= 0.7495 kw
按年計算，德爾塔巴比角接取壓節(jié)約404412 kw/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約119182.4 kw/年.
ex.4：ρb（蒸汽）=43.524kg/m3; q4 = 3.1911; wp=3.1911 x pl;
wp1=841.6686 kw （角接取壓）; wp2=32.7056 kw（文丘里噴嘴）;
wp3=260.61（iso1932噴嘴）; wp4= 3.3985kw（德爾塔巴）
按年計算: 德爾塔巴比角接取壓節(jié)約7.3432x106 kw/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約2.5673x105 kw/年, 比iso1932噴嘴節(jié)約能耗2.5673x105 kw/年.ex.5：ρb（蒸汽）= 72.,345kg/m3; q5=9.5991; wp=9.5991 x pl
wp1=44773.9844kw（角接取壓）; wp2=1651.5252kw（文丘里噴嘴）;
wp3=13160.2221（iso1932噴嘴）; wp4= 155.1714kw（德爾塔巴）
按年計算: 德爾塔巴比角接取壓節(jié)約3.9086x108 kw/年, 比文丘里噴嘴節(jié)約1.3108x107 kw/年, 比iso1932噴嘴節(jié)約13005.1kw/年。綜合幾個運用，特別是高溫高壓蒸汽，使用德爾塔巴將帶來巨大的經濟效益，與壓損zui小的文丘里噴嘴也有10倍之差。同時，壓損小也意味著磨損小，壽命長；反之磨損大，壽命短。在高溫高壓工況下, 德爾塔巴探頭材料是1.4828，其材料和制造工藝確保設計壽命可以達到20萬小時，相當于22.8年，是目前幾乎所有其它產品不可能承若和達到的。
六．安裝方式的比較
大多數(shù)均速管是插入式方式，安裝維護簡單快捷，一般一根探頭的安裝需要一小時左右。還可以提供在線插拔型實現(xiàn)在線安裝，在線維護。這是一般的節(jié)流裝置不可比的。
七．結束語
大功率熱電機組的蓬勃發(fā)展,需要安全可靠和的流量測量，德爾塔巴均速管提供了一整套的解決方案，是一般產品無法涉足的領域，如20mm管徑，28mpa，215度的減溫水；400mm管徑，28mpa，600度的過熱蒸汽；超過10米口徑的煙氣。同時它是一種節(jié)能產品，可以大大減少運行成本，給企業(yè)創(chuàng)造經濟效益。這技術和產品愈來愈受到設計和電站行業(yè)的歡迎。