流量計を使用してボイラー効率を改善する

Sep 14, 2023

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多くの化学プラントでは、プラントで使用される電力は、天然ガス発電プラントまたは廃ガス流を燃焼させるコージェネレーションプラントから得られます。 大型ボイラー (図 1) では、発電所は空気と燃料 (天然ガス、廃ガス、石油、石炭) を集めて燃焼させ、熱を発生させます。 熱により水が沸騰し、蒸気が発生します。 蒸気がタービンを通過するとタービンが回転し、電気が発生します。

これらのボイラー用途における流量エネルギー (コストのかかる燃料の流れ) を測定することは、エネルギー効率を向上させ、無駄を特定し、大気中に排出される温室効果ガス (GHG) を最小限に抑えるために重要です。 正確な流量測定があって初めて、ユーザーはエネルギー効率を向上させるための情報に基づいた意思決定を行うことができます。

ユーザーは、ボイラー用途のガス、水、蒸気の測定にどの流量計テクノロジーが最適であるかをどのように決定すればよいでしょうか? 適切な流量計の選択は、測定する流体によって異なります。 ボイラー効率の改善について議論する場合、次の 3 つの主要なアプリケーションが関係します。

発電には、燃焼用の吸入空気と燃料が必要です。 エンジニアは、ボイラーで効率的に燃焼させるために、空気とガスの比率を正確に測定する必要があります。 ガスが多すぎると無駄で危険であり、費用がかかります。 少なすぎると、水を効率的に沸騰させるのに不十分な炎が発生します。

オリフィスとタービンのメーター。従来、ボイラーユニットへの燃料ガスの監視は、オリフィスまたはタービンメーターを使用して行われていました。 ただし、これらは故障する可能性があり、正確で信頼性の高い測定を行うために頻繁に熟練したメンテナンスを必要とするため、この用途に最適な測定デバイスではありません。 配管条件が制約されると、エンジニアは頭痛の種になる可能性があります。 たとえば、オリフィス メーターでは、流れの乱れの影響を排除するために、10 ～ 50 の直径の上流配管が必要です。 長く真っ直ぐなパイプを見つけるのは難しいため、ほとんどの流量測定システムはパイプ内の流動プロファイルの変化によって悪影響を受けます。

最大の懸念材料は、オリフィスとタービンのメーターが体積流量を測定することです。 質量流量を計算または推定するには、追加の圧力、温度、差圧センサー、および流量コンピューターが必要です (図 2)。 これは、流量測定の精度を低下させるだけでなく、このタイプの補償測定の設置およびメンテナンスのコストにより、所有コストが増加します。

熱式質量流量計。対照的に、熱式質量流量計は、体積流量ではなく、ガスの直接質量流量測定に適しています。 熱式質量流量計はガス分子をカウントするため、入口の温度や圧力の変化の影響を受けず、補償なしで質量流量を直接測定します。 入口空気およびガス流ボイラーの用途では、ボイラーでの効率的な燃焼に最適な燃料対空気比が体積ベースではなく質量ベースで計算されるため、熱式流量計は良好に機能します (図 3)。

熱式流量計の最も単純な動作構成では、流体は加熱された熱センサーと温度センサーを通過して流れます。 流体の分子が加熱された熱センサーを通過して流れると、流れる流体から熱が失われます。 熱センサーは冷却されますが、温度センサーは流れる流体の比較的一定の温度を測定し続けます。 熱損失の量は、流体の熱特性と流量によって異なります。 熱センサーと温度センサーの間の温度差を測定することにより、流量を決定できます。

4 センサー熱技術の新開発と、安定した「ドライ センス」センサー技術および高度な熱力学モデリング アルゴリズムとの組み合わせにより、一部の熱式流量計は、より低コストでコリオリ流量計の精度に匹敵する ±0.5% の読み取り精度を達成することができます。 オンボード ソフトウェア アプリにより、ガス混合機能、現場検証、ダイヤル ア パイプも可能になります。