ニュース

Jan 04, 2024

流量計を使用してボイラー効率を改善する

La condivisione dei cookie ci aiuta a migliorare il modo in cui funziona il nostro sito;

Cookie を共有すると、サイトの機能が向上し、エクスペリエンスが最適化されます。 ここをクリックして当社の Cookie ポリシーをお読みください。

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、エネルギー効率の向上、無駄の特定、大気中への温室効果ガス (GHG) の最小化にとって重要です。 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が多く、危険で、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。

水も高価な流動エネルギーであり、限られた資源です。 ボイラー用途では、ユーザーはボイラーがこの給水を蒸気に変える効率を測定する必要があるため、ボイラーへの入口給水流量を正確に測定することが重要です (図 1)。

クランプ式超音波流量計です。ユーザーは容積渦流量計を使用して入口水を測定することもできますが、クランプ式超音波流量計は、その使いやすさとアプリケーションの柔軟性により、水流アプリケーションに最適です。 低流量および高流量でも高い精度を実現し、パイプの切断やプロセスの停止を必要とせずに時間を節約し、外部ノイズの影響を受けません。 超音波技術の進歩により、メーターの取り付けが簡単になり、正しく行われたことを視覚的に知らせるソフトウェアとアプリが搭載されています。

ボイラーが期待量の蒸気を生成しているか、効率を高めるために調整する必要があるかを判断するには、ボイラーの蒸気を正確に測定する必要があります (図 1)。 従来、蒸気流量は差圧装置、通常はオリフィス プレートを使用して測定されてきました。

ただし、このような装置は本質的に体積流量測定です。 圧力と温度が変化すると、蒸気の質量流量が変化します。 蒸気圧力の 10% という「小さな」変化でも、補償されていない質量流量には 10% の誤差が生じます。 これは、一般的な差圧測定設備では、温度と圧力を測定することによって体積流量を補正する必要があることを意味します。 これら 3 つの測定値 (ΔP、T、および P) は流量コンピューターと統合され、質量流量が計算されます。

挿入型多変数渦流量計。 挿入型多変数渦流量計は、ボイラーからの蒸気出力生産をより正確に測定します。 1 つのプロセス接続を備えた 1 つの挿入渦流量計で、質量流量、温度、圧力、体積流量、流体密度を同時に測定します。 飽和蒸気の密度は温度または圧力によって変化しますが、過熱蒸気は温度および圧力によって変化します。そのため、多変数渦流量計により、流量計の密度計算が正確であることが保証され、したがって、蒸気質量流量の測定値も正確になります。

精製テレフタル酸 (PTA) は、ペットボトルや繊維などに世界中で広く使用されている材料であるポリエチレン テレフタレート (PET) の前駆体です。 中国の PTA 化学工場では、石炭を燃料として敷地内の発電所から蒸気と電気を生成しています。 また、メタンを生成する廃水処理施設もあり、燃え上がった。 どちらのプロセスも主要な GHG 排出源です。

新しい政府規制により、同社は CO2 排出量を削減することが求められました。 同発電所は、石炭と以前に再燃した廃ガス (メタン) の両方を燃焼できるように 4 つのボイラーを改造し、石炭を年間約 50 万ドル節約することを決定しました。 単一供給源のサプライヤーと協力して、エンジニアはボイラーの設計を見直し、産業用挿入型熱流量計を設置して燃焼用空気と排ガス燃料を測定しました。

1 台の熱式流量計は排ガス流量を測定し、他の 4 台の熱式流量計はこのガス流を各ボイラーにサブメーターで供給します。 別の 4 メートルは、各ボイラーへの予熱された (200°C、392°F) 燃焼用空気を測定し、ボイラー制御システムが燃料対空気比を最適化できるようにします。 流量計は、政府の規制に準拠するための正確な流量データを提供し、効率を高めながら無駄を削減するのに役立ちました。

次のような他の潜在的な計量アプリケーションも検討中です。

我々はあなたから聞きたい！ このトピックに関するご意見やご質問は、[email protected] までお送りください。

Scott A. Rouse は、Sierra Instruments の製品管理担当副社長です。