美國(guó)EPI熱式氣體流量計(jì)在CEMS系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著環(huán)保行業(yè)的發(fā)展，CEMS(煙氣排放連續(xù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng))得到了廣泛需求, 大多應(yīng)用在電站、冶金、水泥、造紙和垃圾處理廠。CEMS系統(tǒng)中,煙氣的流量測(cè)量是必不可少的，它是污染排放物排放多少的重要計(jì)算依據(jù)。我們知道，煙氣特點(diǎn)是：混合氣體、高溫、高粉塵、高水分、負(fù)壓及腐蝕性等；工況條件通常是：煙氣介質(zhì)溫度在150℃左右，熱電廠的一次風(fēng)或二次風(fēng)一般在200℃，但個(gè)別也有的400℃左右，；流速一般在30m/s左右；準(zhǔn)確度一般要求在1~2%左右；粉塵顆粒0～1000mg/m3；壓力測(cè)量范圍：-70～70mbar。在這種條件下，應(yīng)保證必要的檢測(cè)準(zhǔn)確度，應(yīng)有較快的反應(yīng)速度、易安裝、易標(biāo)定；同時(shí)要防塵、防濺、防腐、防堵等要求；要有較高的自動(dòng)化程度，較少的維護(hù)工作量。

目前在CEMS行業(yè)中多用皮托管流量計(jì)，其優(yōu)勢(shì)是耐高溫，而其缺點(diǎn)也存在很多。差壓法測(cè)量流量是將傳感器裝入被測(cè)管內(nèi)并與介質(zhì)流向垂直，這樣在該傳感器的正方和背方將相應(yīng)的測(cè)出動(dòng)壓與靜壓，用差壓傳感器測(cè)出動(dòng)、靜壓之差（位能相等）。在一定條件下動(dòng)壓能與靜壓能可以相互轉(zhuǎn)換，但能量總和是恒定的。我們可以運(yùn)用公式。

Q v = CεΑ/sqr(2ΔP/(1-β＾4)/ρ1)

其中：C 流出系數(shù)；

ε: 可膨脹系數(shù)

Α: 節(jié)流件開(kāi)孔截面積，M＾2

ΔP: 節(jié)流裝置輸出的差壓，Pa;

β :直徑比

ρ1: 被測(cè)流體在I-I處的密度 ，kg/m3;

Qv: 體積流量，m3/h

但在實(shí)際的測(cè)量時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題：

其一，當(dāng)氣體流速低于10m/s的時(shí)候，由于皮托管/孔板等產(chǎn)生的節(jié)流件ΔP非常小，即使選用高端的ROSEMOUNT3051微差壓變送器測(cè)量結(jié)果也不是很理想。

其二，管道、傳感器自身、安裝工藝等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果導(dǎo)致直接性的影響。

其三，由于介質(zhì)本身為混合氣體，很容易受壓力和溫度的影響而改變自身的密度，所以我們?cè)跍y(cè)量的時(shí)候需要用溫度和壓力信號(hào)在線對(duì)氣體的密度進(jìn)行修正，我們稱之為溫壓補(bǔ)償。這樣，我們又需要加裝一臺(tái)壓力變送器和一臺(tái)溫度變送器，不僅在成本上提升了，而且壓力變送器和溫度變送器本身的精度也會(huì)對(duì)流量測(cè)量造成影響。

但隨著熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的問(wèn)世，很好的解決了CEMS及煙氣排放的低流速測(cè)量問(wèn)題。

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用金氏定理即熱擴(kuò)散原理：流過(guò)熱源的流體分子多少與熱量散失的多少成正比。采用這種原理有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是恒功率法，二是恒溫差法?？捎帽磉_(dá)式來(lái)具體說(shuō)明：

P/ △ T=A+B（Q）m

其中P表示消耗功率；△T表示兩個(gè)傳感器之間的溫度差；Q表示質(zhì)量流量；m表示指數(shù)系數(shù)，A，B是與氣體物理性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。從上述公式可以看出：加熱功率與熱源的溫度差的比值可以得出質(zhì)量流量Q。在實(shí)際的工作中，我們把加熱功率或溫度差任一個(gè)參數(shù)固定來(lái)測(cè)量流體的質(zhì)量。前者為恒功率法；后者為恒溫差法。

下面是兩種實(shí)現(xiàn)方法的性能比較，其中表一為恒溫度原理輸出號(hào)與流速信號(hào)的關(guān)系圖；表二為恒功率原理輸出信號(hào)與流速信號(hào)的關(guān)系圖。 

從外觀上看通常熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)探頭上有兩個(gè)直徑在3～5mm的不銹鋼棒，這就是流量計(jì)的傳感器。RTD就被封裝在每一個(gè)不銹鋼棒內(nèi)。

工作時(shí)，一個(gè)傳感器不間斷地測(cè)量介質(zhì)的溫度（T1），并作為惠斯登電橋的一側(cè)，惠斯登電橋另一側(cè)的傳感器進(jìn)行自加熱到T2，T2>T1?！鱐＝T2-T1。當(dāng)介質(zhì)流過(guò)傳感器時(shí)，氣體分子的溫度為T1，并將T2的熱量帶走，這樣T2溫度下降，若使△T不變，就必須對(duì)T2的傳感器用電流進(jìn)行補(bǔ)償。氣體流速越快，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)傳感器的氣體分子越多，根據(jù)金氏定律，帶走到熱量也就越多。這就是恒溫差原理。對(duì)于此原理，我們用相應(yīng)當(dāng)函數(shù)關(guān)系表示為：

V=K[Q/△T]1.87/ρg

其中：

V： 流速

K： 平衡系數(shù)系數(shù)

Q： 加熱量

T： 溫差

ρg： 流體比重（工況下介質(zhì)密度）

由于傳感器溫度T2永遠(yuǎn)比被測(cè)介質(zhì)溫度自動(dòng)恒定高出△T，所以熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)從原理上不需要作任何溫度補(bǔ)償。

ρg＝ρn×[(101.3+P)/101.3]×[273/(273+T)]

ρn 標(biāo)況下介質(zhì)密度

P 工況壓力（kpa）

T 工況溫度（℃）

所以，流速和工況壓力，氣體密度，工況溫度函數(shù)關(guān)系已經(jīng)確定

綜上所述，恒溫差熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)不受溫度和壓力的影響，不需要溫壓補(bǔ)償，是真正測(cè)量分子數(shù)的質(zhì)量流量計(jì)。

用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)做CEMS流量測(cè)量是十分方便的，不需要溫壓補(bǔ)償，提高了精確度，在國(guó)外已經(jīng)非常成熟的運(yùn)用在CEMS上；在國(guó)內(nèi)，在CEMS系統(tǒng)中，則方興未艾。

由于CEMS系統(tǒng)中介質(zhì)成分比較惡劣，常有粉塵、水分、焦油等雜質(zhì)易對(duì)流量計(jì)形成堵塞，造成測(cè)量誤差大甚至無(wú)法測(cè)量。針對(duì)這種情況，許多廠家增加了吹掃裝置，但吹掃裝置只有在不測(cè)量時(shí)才能使用，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。

EPI多點(diǎn)插入型熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)針對(duì)CEMS系統(tǒng)，對(duì)傳感器進(jìn)行革新。測(cè)量中不再是單點(diǎn)測(cè)量，而是在不銹鋼棒內(nèi)均勻裝入多個(gè)RTU傳感器，取各個(gè)傳感器信號(hào)后取平均值。

● 顯示零點(diǎn)的清零

● 輸出模擬量的校正

● 多點(diǎn)非線性曲線修正

● 寬量程比大于1000：1（可測(cè)量流速?gòu)?.05m/s到240m/s）

● 大口徑小流量測(cè)量精確

● 現(xiàn)場(chǎng)可對(duì)儀表設(shè)定

● 接近零壓力損失的封裝傳感器

● 對(duì)振動(dòng)不敏感

● 直管段要求較小，1D-2D即可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量

● 測(cè)量值與壓力無(wú)關(guān)，真正實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的檢測(cè)

插入式安裝并配球閥，真正的安全便捷安裝及方便清理

● 采用專家算法，實(shí)現(xiàn)儀表的高精度和穩(wěn)定性

● 小于一秒的響應(yīng)時(shí)間

● 液晶顯示，具有瞬時(shí)累積雙顯示，無(wú)需切換

● 經(jīng)證實(shí)，能夠在危險(xiǎn)地區(qū)安裝（ExdIICT4防爆）

● 可選航天防腐涂層，可測(cè)量腐蝕性及黏性較大的氣體

正是由于EPI氣體質(zhì)量流量計(jì)的獨(dú)特性，能夠在惡劣的條件下對(duì)氣體進(jìn)行測(cè)量，在可靠性、重復(fù)性和精確性等方面指標(biāo)優(yōu)異，超高的性價(jià)比使其在CEM系統(tǒng)及煙氣排放流量測(cè)量上有很強(qiáng)的可塑性和應(yīng)用性，目前已在華能大連電廠、沈陽(yáng)熱電廠、首鋼、天鋼、太鋼等單位實(shí)地應(yīng)用。