混合煤氣流量測量中的補償算法及實(shí)現

作者：時(shí)間：2013-11-30 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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國內外大部分氣燒石灰窯在一般情況下采用高爐煤氣與焦爐混合或轉爐煤氣與焦爐煤氣混合來(lái)煅燒石灰。由于轉爐、高爐、焦爐生產(chǎn)的工藝條件發(fā)生變化，會(huì )造成煤氣產(chǎn)出的不穩定，從而使混合煤氣的混合比隨之發(fā)生變化，混合比的變化會(huì )使混合煤氣的密度發(fā)生變化。但是工程中常用的煤氣流量檢測儀器是節流式流量計，而節流式流量計在計量煤氣流量時(shí)是取煤氣的密度為一常數，這勢必會(huì )造成一定的測量誤差。

目前，國內外節流式流量計在石灰窯煤氣流量的檢測中都占有較大比重，尤其是在國內，節流式流量計所占比重更大。另外，非固定混合比的混合氣體的流量檢測也是工業(yè)流量測量中的技術(shù)難點(diǎn)。因此，本文重點(diǎn)推導了在套筒式石灰窯中混合煤氣流量檢測中的密度補償算法并簡(jiǎn)單說(shuō)明了這種算法如何應用于實(shí)際。這有利于提高石灰窯混合煤氣流量檢測的精度、穩定石灰生產(chǎn)過(guò)程的煅燒溫度，進(jìn)而可提高石灰的質(zhì)量、減少能耗。

1 煤氣流量檢測系統分析

為便于分析，文章以梅山石灰窯為研究對象。梅山石灰窯采用的是套筒窯結構。燃料主要是轉爐煤氣，為增加煤氣的燃燒熱值，在轉爐煤氣中又加入了焦爐煤氣。下圖為梅山石灰窯煤氣流量檢測示意圖。

從圖1中可以看出，此梅山石灰窯的窯型為套筒式石灰窯。氣燒套筒窯一般以轉爐煤氣（或其他氣體燃料）為燃料，使得鋼鐵廠(chǎng)的二次能量可以得到充分利用。轉爐煤氣與空氣一起進(jìn)入上、下燃燒室內燃燒，產(chǎn)生的熱氣進(jìn)入套筒窯。在窯的中心裝有一個(gè)立式或吊式的圓筒，就是圖上所示上下內套筒，這樣煅燒帶便可以成為環(huán)形截面，利于石灰充分煅燒。

套筒石灰窯的燃燒室設為上下兩層，上層的稱(chēng)為上燃燒室，下層的稱(chēng)為下燃燒室。上下兩層燃燒室共有8到12個(gè)不等，圖中為12個(gè)。

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圖1 套筒石灰窯煤氣流量檢測系統示意圖

石灰窯的供氣方式是由一個(gè)總管向所有支管供氣，每一燃燒室有一條支管向其供氣，為簡(jiǎn)化作圖，圖1中只畫(huà)了1#上燃燒室和1#下燃燒室的支管?？偣苌嫌幸还澚魇搅髁坑嫏z測煤氣流量，每一支管上也各有一節流式流量計檢測煤氣流量。另總管和支管上均有煤氣調節閥來(lái)調節煤氣流量。

2 節流式流量計檢測原理及存在誤差原因分析

如果在充滿(mǎn)流體的管道中固定放置一個(gè)流通面積小于管道截面積的節流件，則管內流束在通過(guò)該節流件時(shí)就會(huì )造成局部收縮。在收縮處，流體流速增加、靜壓力降低，因此，在節流件前后將產(chǎn)生一定的壓力差。實(shí)踐證明，對于一定形狀和尺寸，一定的測壓位置和前后直管段，在一定的流體參數情況下，節流件前后的差力壓與流體的流量之間存在一定的函數關(guān)系。因此，可通過(guò)測量節流件前后的壓力差來(lái)測量流量。

剛才已經(jīng)敘述過(guò)，節流件前后的差力壓和流體流量之間有一定的函數關(guān)系，如果測量的是氣體的流量，這一函數關(guān)系可以表示為：

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A0是節流件開(kāi)孔截面積，ρ1-節流件入口端流體密度，（p1-p2）是實(shí)際取壓位置取出的壓力差。在計算氣體流量時(shí)，節流式流量計把α、A0、ρ1、ε均取為常數。實(shí)際上，流量系數α、可膨脹系數ε、密度ρ1不是常數，這些量與被測氣體的溫度、壓力及成分變化等有關(guān)。A0的精度可以通過(guò)精確測量節流件開(kāi)孔直徑來(lái)保證；流量系數α通過(guò)實(shí)驗來(lái)確定；在線(xiàn)測量可膨脹系數ε十分困難，但在差力壓和流體本身的壓力相比較小時(shí)，其變化可以忽略不計。所以由以上分析可知，在實(shí)際測量時(shí)，即使α、ε的值變化了，我們也無(wú)法把改變的影響施加進(jìn)去。

從公式（1）中可以看出，在流量計量時(shí)，密度和壓力差處于同樣的地位。如果密度值不準確，即使壓力差的測量化對流量測量的影響不可忽略，氣體的密度與氣體的溫度、壓力有關(guān)，一般可以通過(guò)測量溫度和壓力，使用理想氣體狀態(tài)方程計算出密度進(jìn)行間接補償。如果所測量的氣體是混合氣體，只做溫度、壓力的補償是不夠的。因為當混合氣體的混合比例發(fā)生變化時(shí)，即使溫度、壓力不變，密度也發(fā)生了較大改變，如果仍用原來(lái)的參數計算必然會(huì )出現較大的計量誤差。因此，在混合煤氣流量測量中對密度補償十分重要。壓力差的測量精度由節流式流量計本身來(lái)保證，所以測量誤差主要是由于密度的改變帶給流量的誤差。前已述及，節流式流量計在測量氣體流量時(shí)把密度取為常數。這對于測量單一氣源的煤氣流量時(shí)，影響不大，因為單一氣源的煤氣成份基本能穩定在一定范圍內，所以密度沒(méi)有太大變化。如果摻入其它氣源，由于成分變化大，實(shí)際煤氣的密度變化也大。這時(shí)如果仍把煤氣密度取為常數，就會(huì )產(chǎn)生誤差。因此，在對混合煤氣流量計量時(shí)需要對密度進(jìn)行補償。 熱式質(zhì)量流量計相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計原理
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