隨著(zhù)國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對電力的需求日益增大，尤其是在夏季電力短缺的現象就更日益突出。為了緩解電力短缺的問(wèn)題，很多企業(yè)都想出了很多方法，一方面節約用電，另一方面，有能力的廠(chǎng)家自己發(fā)電解決用電緊張問(wèn)題。例如污水處理行業(yè)，他們利用在污水處理中產(chǎn)生的沼氣發(fā)電，目前沼氣發(fā)電技術(shù)是在上也僅有少數幾個(gè)國家掌握，
2、 熱式質(zhì)量流量計與渦街流量計、超聲流量計、轉子流量計等比較
2．1超聲波流量計(氣體)
▲超聲波流量計特點(diǎn)：沒(méi)有壓力損失；安裝簡(jiǎn)單；與流體的溫度、壓力、粘度等本身性質(zhì)無(wú)關(guān)；無(wú)可動(dòng)部件；可測量臟污、腐蝕氣體及多組分氣體。
▲超聲波流量計原理：在管道中測量測量順流和逆流方向超聲波的傳播時(shí)間，再經(jīng)過(guò)計算得出流體的流速。流體的流量則可以通過(guò)介質(zhì)流速、管徑，以及用雷諾數對流體進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方面的校正后得到。
具體來(lái)說(shuō)：在管道中以“Z”型裝一對超聲波傳感器，兩個(gè)傳感器之間的距離L作為超聲波的傳播行程。超聲波在兩個(gè)傳感器之間的順流和逆流傳播時(shí)間分別表示為：
Ts=L/(C+Vcosθ)；Tn=L/(C-Vcosθ)
式中C為聲波在靜止空氣中的速度，它隨氣體性質(zhì)變化的函數，單位：m/s。V為氣體介質(zhì)流速，單位m/s。θ為聲波行程與管道軸線(xiàn)之間的夾角。
▲超聲波流量計的使用也比較方便。在管道表面以“Z”型安裝，應注意應把傳感器安裝處打磨光亮并涂敷黃油，用固定裝置把傳感器與管道擰緊即可。
▲超聲波流量計的缺點(diǎn)：量程比小(15：1)；維護相對麻煩；氣體精度高的價(jià)格高；計量需要溫度、壓力補償；
渦街流量計(氣體)
2．2、 ▲渦街流量計特點(diǎn)：沒(méi)有可移動(dòng)部件、計量精度高、壓力損失小
檢測元件不與被測流體接觸、輸出信號與流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度等參數無(wú)關(guān)。
▲ 渦街流量計原理：它是應用流體力學(xué)中的卡曼渦街原理來(lái)測量流體流量的。把一個(gè)旋渦發(fā)生體(圓柱體、三角柱等非流線(xiàn)型對稱(chēng)體)垂直插在管道中，當流體在管道中流動(dòng)時(shí)，會(huì )在旋渦發(fā)生體后方左右兩側交替產(chǎn)生旋渦，形成旋渦列。這兩列旋渦相互形成平行狀，且左右交替出現，旋轉方向相反。旋渦的頻率f(Hz)與流體的平均流速v(m/s)及旋渦發(fā)生體的寬度(m)有如下關(guān)系： f=St*v/d (St為斯特勞哈爾系數，與旋渦發(fā)生體寬度d和流體雷諾數有關(guān))
▲ 渦街流量計的使用相對簡(jiǎn)單，安裝也比較方便，它分插入式和管道式兩種。在安裝時(shí)應注意流體的流動(dòng)方向應同流量計指示的方向相同。
▲ 渦街流量計的缺點(diǎn)：量程比小(15：1)；受震動(dòng)影響大；管道的大小與價(jià)格呈正比；需要溫度壓力補償方可計量；小量程段不靈敏，不穩定，幾乎不可測量。
2．3轉子流量計(氣體)
▲轉子流量計的特點(diǎn)：就地顯示，無(wú)須電源；價(jià)格相對便宜；
它有兩種材質(zhì)，通常用的玻璃管轉子流量計和金屬管質(zhì)量流量計。就地顯示和遠傳顯示皆可，接口有HART、標準電流信號、PROFIBUS等形式。
▲轉子流量計的原理：轉子流量計也是一種速度式流量計。它有兩部分組成，一個(gè)是上大下小的錐形管，另一是放在錐形管中的轉子(也稱(chēng)浮子)。利用流體通過(guò)轉子與錐形管壁之間的空隙(節流面積)時(shí)產(chǎn)生的差壓△P來(lái)平衡轉子的重量。工作時(shí)，被測流體由錐形管的下端流入，從上端流出。流體對轉子產(chǎn)生向上托力的大小F總是等于轉子的重量G，即
F=△P*A；G=V*(ρt-ρf)g
由于F=G 故 △P*A=V*(ρt-ρf)g
△P=V*(ρt-ρf)g/A (1)
式中V—轉子的體積；A—轉子的zui大截面積；g—當地的重加速度；ρt-ρf分別為轉子材質(zhì)和被測流體的密度；△P為轉子垂直方向上下流體的壓差。有式(1)可知，在整個(gè)工作過(guò)程中，壓差保持不變。在流量增加時(shí)，當然通過(guò)節流面積的流速也增加，只有增大節流面積，減低流速，以維持壓差△P不變。故根據轉子的平衡位置的高低就能讀出流量的大小。
可用式(2)表示
Q=k*h(2△P/ρf)1/2 (2)
式中k—為儀表常數；h—為轉子浮起的高度。將式(1)代入可得
Q=k*h(2gV(ρt-ρf)/(ρf*A))1/2
▲轉子流量計的使用比較方便，安裝時(shí)擰緊相應的螺栓就可以了，但應注意流體的流動(dòng)的方向一定垂直向上。
▲轉子流量計的缺點(diǎn)：量程比小10：1；壓力損失相對大；污物易堵塞；安裝維護相對復雜；受震動(dòng)影響大；需要溫度、壓力補償等；管徑大小與價(jià)格呈正比，一般在DN200以下。
2．4、熱式氣體質(zhì)量流量計
▲熱式質(zhì)量流量計的特點(diǎn)：量程比寬可達1000：1；小量程段靈敏；不受溫度、壓力影響，直接測量氣體的質(zhì)量；壓力損失可忽略；可實(shí)現大口徑小流量高精度測量；價(jià)格與管道的大小相差不大；高精度可達1%；溫度范圍寬可達-70℃～450℃；對粉塵、顆粒物不敏感。
▲熱式質(zhì)量流量計的原理：它是基于熱擴散原理的流量計。通俗的說(shuō)，放在流體中的熱源，在流體經(jīng)過(guò)它時(shí)，熱源本身的熱量將會(huì )損失，流體的質(zhì)量流量越大，熱源損失的熱量越大。這樣流體的流量與熱源損失的熱量在理想的情況下應相等。故知道了熱量的大小，我們就可以得出流體的流量。
具體對熱式氣體質(zhì)量流量計(以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱式流量計)實(shí)現來(lái)說(shuō)，就是：熱式流量計的探頭有兩個(gè)探針，其中一只是參考點(diǎn)，用來(lái)測量流體的溫度；另一只是加熱源，用來(lái)充當熱源。根據前述我們可有下式(3)
P/△T=A+B*(Q)m (3)
式中P—為電子模塊為加熱源提供的功率；△T—為加熱源與參考點(diǎn)之間的溫差；A、B、—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的常數；m—為與流體本身性質(zhì)有關(guān)的指數系數；Q—為流體的質(zhì)量流量。從式(3)我們可以看出，實(shí)現流量測量有兩種方法：
P固定就是恒功率法；△T固定就是恒溫差法。通常我們都采用恒溫差法測量，恒溫差法特點(diǎn)：小量程段特靈敏，反應速度也快，目前市場(chǎng)上流通的產(chǎn)品皆是采用此法。
▲熱式質(zhì)量流量計使用、安裝比較方便，它有插入式、管道式兩種形式。無(wú)論是插入式還是管道式，維護、操作極為簡(jiǎn)單，安裝時(shí)應注意流體方向應同熱式流量計指示的方向相同。
▲熱式質(zhì)量流量計的缺點(diǎn)：不適宜安裝在粘度大的環(huán)境中安裝；不適宜安裝在水珠含量在40%以上的場(chǎng)所。
3、熱式氣體質(zhì)量流量計在氣體發(fā)電機組的應用
框圖
傳輸電纜 整個(gè)系統是按照上圖安裝設計的，發(fā)電機組對氣源的壓力、組分要求不高，就高碑店污水處理廠(chǎng)而言，沼氣的壓力為氣源壓力2KPa，溫度常溫，沼氣脫硫后的成分比：H2S0.653% CO233.7%CH462.3%O20.47%H20.063%N21.46%
由于成分復雜，氣源壓力不大，以前采用傳統的流量計都達不到我們設計指標，經(jīng)過(guò)我們對傳統流量計的性能研究后得出的結論：在測量組分復雜，壓力不大的工況條件，傳統的流量計由于本身的局限性，已無(wú)法測量。因而，經(jīng)過(guò)我們調研后，發(fā)現熱式氣體質(zhì)量流量計*符合我們的工況條件應用。我們采用DCSY公司的QFM200插入式，流速范圍：0.05～120m/s。在安裝時(shí)在DN150管道上鉆一個(gè)￠20的口，然后焊上一個(gè)M27X1.5的內螺紋底座，把帶有鎖緊接頭的QFM200擰入底座中就可以了。安裝也非常方便。由于它輸出的標準的電流信號，可以直接接入計算機的采集卡，依靠軟件實(shí)現對系統的綜合管理，使我們的能源損耗和電能產(chǎn)出有了一個(gè)準確計算依據。
實(shí)際測試數據：
儀表為QFM200熱式氣體質(zhì)量流量計，燃氣壓力為2kPa，環(huán)境溫度為33℃，空氣相對濕度50%。燃氣管徑φ150。
流量計測量值為燃氣流速S(m/s)，流量值為計算值。
計算公式為：Q＝S×πR2×3600,R為管徑0.075m。
流量計所測量的流速值是按空氣成分進(jìn)行標定的，當氣體成份發(fā)生變化時(shí)，應進(jìn)行修正。沼氣組分如下：
成分 H2S CO2 CH4 O2 H2 N2
百分比% 0.653 33.7 62.3 0.47 0.063 1.46
修正公式：1/Fmix=V1/F1+V2/F2+……Vn/Fn
其中：Fmix為修正系數，Fn為各組分的系數，Vn為百分比。
各組分系數如下：
H2S CO2 CH4 O2 H2 N2
系數 0.933 0.795 0.823 0.946 1.019 0.946
經(jīng)以上公式計算可知：修正系數為0.827。
從以上計算可以看出：機組在450kW時(shí)氣耗率為1.97kW/m3。
4、結論
通過(guò)我們在高碑店污水處理廠(chǎng)的實(shí)際應用的情況看，熱式氣體質(zhì)量流量計在氣體測量方面的優(yōu)勢特別明顯，尤其是在壓力小、氣體成分復雜的情況下。熱式氣體質(zhì)量流量計同其他流量計相比有著(zhù)壓力損失小、量程比寬、小量程段靈敏等優(yōu)點(diǎn)，更利于節約能源。它的成功應用，為今后氣體發(fā)電機組提供了計量的設備。
