空气污染排放监测与控制始于准确可靠的气体流量计测量。有一句古老的行业格言:“你无法控制你无法测量的东西”,这句话同样适用于本文提到的应用。工厂流程中可能包含世界上最复杂的空气污染控制系统,但如果它们所依赖的流量计提供的数据不准确或不可靠,系统就可能失效。

产品示意图

烟气由碳氢化合物、温室气体(GHGs)组成,是工业燃烧过程中产生的的副产物。烟气管道通常是一个大型管道、方管道、烟囱或其它排放装置,与工艺流程或工业制造厂系统相连接,如锅炉、熔炉、蒸汽发生器、烘炉等,废气经这些系统产生。

根据工厂类型、工艺流程、燃料的使用和效能,烟气包括:

一氧化碳

氮氧化物

氧气和水蒸气

悬浮颗粒物

硫氧化物

流量测量环境标准

对于大型烟气排放监控应用,美国环保署要求工厂安装连续排放监控系统(CEMS)或连续排放率监控系统(CERMS)。对于CERMS,流量计必须在低量程和高量程的流量点上按需自动校准标定漂移(CD)。

在欧盟,该系统被称为自动测量系统(AMS)。流量计的应用还需要满足质量保证Level1 (QAL-1)标准,确认符合EN 15267 -1、-2、-3和EN 14181标准。

流量测量的挑战性

测量烟囱或烟道的流量是一项挑战(如图1),这些气体通常是不同比例碳氢混合物。另外,所排放的气体量往往随产品产量、负荷安排、温度和湿度的季节性波动而变化。这种可变性会导致烟气管道中不规则的漩涡流,如果没有多点传感器就很难测量。

大尺寸管道、烟囱和方管道对流量计的安装和性能表现极具挑战,苛刻的位置使安装更为复杂:单一平面平台、长距离电缆传输、额外的机械支撑和极端天气的影响。

对于许多流量测量技术而言,直管段长度不足、流型变化、低流速和宽量程比是常见的性能挑战。此外,气体在(或)高温情况下变脏,会影响测量的效果,堵塞和污垢环境中将导致过度的维护工作或流量计过早发生技术故障。

气体流量测量的用途越来越多:符合政府规定,并为排放和废气系统提供过程气体数据。这些混合因素提高了对流量计的要求,使其能够在恶劣的环境下,在扭曲和旋转的涡流流场中、在大流量范围内准确可靠地工作。

图1 烟气产生工艺流程

评估传感器技术

在考虑用于气体监测的流量计时,首先要选择合适的流量测量技术。目前已有多种流量传感技术,主要包括以下几种:

科氏力(质量测量)

电磁流量计

热式(质量测量)

涡流流量计

所有上述技术都有各自的优缺点,这取决于工艺介质(空气/气体或液体)的类型。除了成本、效益的考虑,在满足精度要求、维护和设备预期寿命方面,过程工程师还必须考虑有限的直管段长度、污垢和粉尘、机械安装注意事项、高温和湿气。

通过关注这些因素,以及工厂的布局、环境条件、维护计划、能源成本和投资回报,将会很容易缩小流量计的选取范围。采用差压(均速管)流量计和热扩散式质量流量计是最常用的烟气测量流量传感技术。这两种技术在烟道大的横截面区域内配置多个传感点时,具有相似的精度水平。对于高温烟气的涡流,采用多点传感技术通常比单点测量能够提供更精确的测量结果。

在操作和生命周期成本、提升投资回报方面,这两种技术的维护需求是不同的。大多数均速管流量传感器需要每天手动清理或使用压缩空气反吹系统,以防止取压孔堵塞。热流量计没有取压孔或任何活动部件,不需要维护。

某水泥厂烟气监测

当您为解决烟气检测,需要从各种空气/气体传感技术中验证一种可行的方案时,通过了解它们的准确性、安装及使用周期成本后,将帮助您提高选择最佳流量测量方法的概率。如果您遇到一个特殊的问题,请联系任何流量计供应商,他们每天都在面对这些应用挑战,或许已经为他人解决了同样的问题。