熱式氣體質量流量計在垃圾焚燒爐風量測量中的應用

張會妍

(上海康恒環境股份有限公司，上海 200001)

1 生活垃圾焚燒爐風量測量裝置現狀及項目情況

目前垃圾焚燒爐一二次風的測量所選用的流量計大多為巴類+差壓式變送器。差壓原理流量計是通過管道安裝的節流裝置產生的差壓和氣體的流速的平方成正比來測量氣體流量。差壓原理流量計的元件容易損壞，前后直管段要求較長，流量測量的誤差取決于取壓裝置的精度。而現場巴類取壓裝置常由于風管路直管段距離不夠，測量又受到風速擾動，測量介質純潔度等問題，使得測量不準確；另外上海康恒環境股份有限公司在海口二期擴建項目中，為更好實現穩定燃燒的效果，在原一次風系統基礎上做了改進，原一次風系統分為6路支管，在支管設置調節擋板及流量測量裝置，再根據干燥爐排、燃燒爐排3段、燃燼爐排2段左右2個風室排列的特點，支管再一分為二分別為風室送風。二期項目則在原有一次風室風管的基礎上，根據干燥爐排、燃燒爐排3段、燃燼爐排2段左右2個風室排列特點，單獨設置支路管道送風，且在每個風室的送風管道上設置調節擋板及流量測量裝置（數量為一期的2倍）。根據燃燒狀況，將左右兩側風室調節擋板連鎖并單獨控制各風室的調節擋板，這樣可有效避免焚燒爐左右側偏火、燃燒調整困難的現象。這樣進一步提高了垃圾焚燒自動燃燒控制的穩定運行，尤其是焚燒爐處理能力在500 t/d以上的中大型爐排系統，大幅降低運行人員的工作強度。一次風系統獨立送風的控制方式、風流量計的優化選型，是在海口二期項目設計選型中做的改進之處。

針對以往項目測量不準確的問題，且基于風系統設置的特點，在海口二期擴建項目風量流量計的選型中，嘗試選用新型流量測量儀表——熱式氣體質量流量計。

2 熱式氣體質量流量計的原理

熱式質量流量計的基本原理（如圖1所示） 是采用熱擴散技術進行流量測量。測量探頭中有2個溫度檢測元件(Pt 1000鉑電阻)、被加熱端ACT、未加熱端REF和1個恒熱源。REF用于測量流體介質本身的溫度，把它作為參照端；ACT緊靠著恒熱源，測量被流體介質帶走熱量后的恒熱源表面的溫度，為測量端。測量端與參考端之間溫度差值的變化與氣體質量流量成直接的比例關系。介質流過傳感器表面，將帶走測量端表面的熱量而發生溫度差值的變化。不同介質、不同流量所帶走的熱量不同。根據溫度差值的變化得出質量流量函數如下：

ρv=c(w/Δt)x

式中：ρv為質量流量；c、x為標定常數；w為加熱功率；Δt為溫差。

圖1 熱式質量流量計原理

按照測量原理不同，主要分為2種類型。一種為恒溫差原理：通過不斷調整加熱器電流以保持鉑電阻間恒定的溫差，測量保持傳感器溫度差恒定的電流變化量，但這種熱式質量流量計在潮濕、臟氣體應用中會產生不穩定的流量測量信號，需在就地傳感器封裝殼體內安裝由遠端設定的電路（信號放大、濾波器）。另一種為恒功率原理：通過保持恒定的加熱器電流，使RTD間的溫差隨流量變化而改變，這種熱式質量流量計在潮濕、臟氣體測量中，能保持流量輸出的穩定，無需在就地傳感器殼體內安裝遠端設定的電子器件，提高了傳感器運行的可靠性。

3 熱式質量流量計的特點

1） 直接質量流量測量：實時測量質量流量，無需進行溫壓校正，無需輸入標準密碼。

2） 寬量程比：測量范圍0.08～450 nm/s，標準量程比100∶1，可選1000∶1。

3） 無壓損：在流量4000m3/h時，1000mm管徑的管道中低至90 Pa。

4）易于安裝：只需1個安裝孔，帶壓安裝可選熱帽（可在線插拔密封裝置），完全預先標定，節約安裝調節時間。

5）低維護：無活動部件、無小孔、不易堵塞，無漂移，無需定期維護。

6）高可靠性：無故障時間長。

4 熱式質量流量計的選型及應用

根據項目要求及以往項目上存在的風管道彎頭多、直管段距離小等問題，海口二期流量計選型中，主要對巴類流量計、熱式質量流量計進行了分析比對（見表1），最終決定選用恒功率熱式氣體質量流量計。

表1 不同類型流量計對比

根據以往項目的經驗，巴類測量的可靠性較熱式質量流量計較差，為了更好地測量風量，提高ACC（專利號：CN 201210495704.1） 自動燃燒控制系統的自動化程度，使垃圾焚燒爐更好更穩定地自動燃燒，二期項目摒棄以往垃圾焚燒電廠采用巴類流量計的做法，大膽嘗試采用熱式質量流量計測一二次風及煙氣流量，根據實際需要選用恒功率熱式流量計。

工藝現場的直管段不足會造成測量精度的下降，直管段嚴重不足時甚至會影響到對流量趨勢變化的準確計量，給生產控制帶來極大的困擾。在相同的工況下，尤其在直管段不足的工藝場合，熱式氣體質量流量計更容易獲得測量精度和測量穩定性的保障。實際應用中，針對現場直管段距離短的問題，熱式流量計廠家根據現場風管布置及儀表安裝位置，對熱式流量計進行了現場標定，補償了直管段不足帶來的測量影響；且運行過程中不受風介質清潔度影響，幾乎免維護。

5 結束語

從實際使用情況來看，熱式氣體質量流量計具有安裝簡單、量程比大，響應速度快，準確性、可靠性高，損耗低等特點，并達到了節能的效果。熱質量流量計技術是目前較為領先的技術，替代傳統流量測量裝置對生活垃圾焚燒發電廠來說具有較高的經濟和實用價值。

［1］ 孫承松，李瑞.熱式氣體質量流量傳感器研究與發展［J］.傳感器世界，2005（10）:29-32.

［2］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.生活垃圾焚燒廠評價標準:CJJ/T 137—2010［S］.2010.