固体料位测量技术在火电厂中的应用

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1、固体料位测量技术在火电厂中的应用1 固体料位测量技术在火电厂中的应用作者：陈淼轩单位：广东粤嘉电力有限公司 前言：目前，我国主要是以原煤为发电燃料，大多数电厂锅炉都采用煤粉向锅炉 供料。原煤仓、煤粉仓料位高低关系到锅炉乃至发电系统能否正常运行。煤仓料 位过满溢出， 造成冒煤事故； 煤仓料位过低或排空会则燃料供应不足，造成燃烧 不稳甚至灭火停机的事故。 对于中贮式供料的锅炉， 既有煤仓，又有粉仓，煤仓、 粉位的控制尤为重要。 目前，最经济、最适用的方法是通过可靠的料位传感器对 煤仓的煤位和粉位进行监控， 使其始终处于最佳中转适控状态，这是火力发电机 组安全运行的首要保证。 另外，在火力发电厂灰库

2、、 渣仓等容器的物位检测是当 今物位制造厂商共同面临的难题之一，因其应用场合较特殊， 很难捕捉温度、 压 力、输料速率、介电常数等工质变化规律，且没有现成的控制模式可参照。所以 说要真正选型设计好、 应用好物位测量传感器仍是一件不容易的事。本文以火力 发电厂 “ 煤仓、粉仓、灰库“ 等固体料位测量 应用实例为背景， 从物位测量传感器 的测量原理，选型设计、技术应用等多角度去判断、分析、解决实际问题，提出 新的思路与建议，与广大工程技术人员共同探讨。 关键词：物位测量应用技术选型设计1. 物位测量传感器的分类及其原理：固体物块、颗粒、灰粉的料位的连续测量一直是物位测量技术的难题，在火力发电厂 “

3、煤仓、粉仓、灰库“ 等料位检测应用过程中的问题更加突出。它始终存在粉尘大、物料粘性大、温度偏高、介电常数小等恶劣工况的问题，影响料位的准确、可靠的测量； 如何解决上述物位的测量成为目前电厂热工技术人员面临的共同的难题。 火电厂目前采用的固体料位传感器主要分为接触式、非接触式两大类。接触式主要有雷达导波式、电容式、重锤式等。非接触式料位计最常见的有超声波式和雷达式2 种，亦有少量采用核辐射式。 核辐射技术因有放射源， 所以在应用上受到一定的限制，在此不作介绍。1.1 重锤式料位传感器重锤式料位传感器由伺服电动机、悬有重锤的钢丝绳、 料位发信装置以及带微机的显示仪表所组成。起动后，微机发出降锤信号

4、，伺服电动机转动放下重锤，当重锤碰到料面后， 发信器发出信号给微机， 使重锤停止下降并发出升锤信号，伺服电动机反转使重锤上升， 并发出料位信号值给显示仪表。 重锤升至仓顶后电动机停转，经过一段延时后再重复上述动作。显示仪表上还有料位上、 下限报警发信等装置。重锤式料位传感器可解决一定量程范围内的测量问题，这种测量方式不受介质密度、介电常数、颗粒大小的影响，具有较高的可靠性，缺点是机械内部易落灰尘影响测量效果；机械磨损较严重，需经常维护，花费较大；重锤易发生被物料埋住现象， 发生掉锤头、断带故障，应用过程中普遍反映维护量较大，目前并不被广泛应用。固体料位测量技术在火电厂中的应用2 2.2 电容式

5、料位传感器电容式料位传感器是采用测量容器的探头与容器内壁之间、两探头之间或探头与 同心测量管之间的电容， 利用物料介电常数恒定时极间电容正比于料位的原理进 行工作的。电容式料位传感器的特点是无可动部件，与物料密度无关，但要求 物料的介电常数与空气介电常数差别大，变化的介电常数在进行连续测量时要加 以补偿，且需用高频电路。 该料位计既可用作连续式料位测量，也可用作料位开 关作为报警或入料、 卸料设备的输入信号。 若用作连续料位检测， 测量精度不高， 故通常用作料位开关。缺点：若电极（探头）上或仓壁粘有物料，往往会导致控 制器误动作，从而影响测量效果，应定期检查探头和料位开关动作情况并校验。2.3

6、 雷达导波式导波式雷达料位计通常采用脉冲波方式工作。雷达导波式物位计微波脉冲通过1 根（或 2 根）缆绳从仓顶伸入、直达仓底的导波体传播。导波体可以是金属硬杆 或柔性金属缆绳，微波脉冲沿杆或缆的外侧向下传播，在被测物料表面被反射， 回波被天线接收， 由发射与回波脉冲的时间差即可计算出传播距离。优点：工作 稳定可靠，反射信号的强度取决于被测物料的介电率或导电率，可以测量较低介 电率的物料。缺点：导波缆绳由于电场能量集中，易受外部结构影响；在缆绳之 间（或缆绳本身）易粘结物料，产生虚假回波，影响测量准确性；埋在物料中的 缆绳由于物料特别是块状物料重力会产生较大的下拉力，往往难于取出物位计进 行维护

7、，更有可能造成缆绳被拉断等故障，影响物位计的正常使用。2.4 超声波式物位计超声波料位计是一种非接触式的物位测量传感器。主要利用回波测距原理， 换能 器向物料表面发射一束超声波，被物料反射后， 测量传感器再接收此反射波。根 据声波往返的时间就可以计算出测量传感器到物料界面的距离，该料位计适用于 块状、较大的颗粒状固态料位的测量。由于超声波必须借助于空气传播，而空气 的温度、湿度等变化会影响超声波传播速度，故在一些高温、 压力、蒸汽等场合， 该料位计不能正常工作；优点：技术成熟，安装方便、工作可靠、维护量少；价 格有竞争性。 缺点：在一些有温度较高、 工况复杂的场合， 料位计不能正常工作， 应用

8、有一定的局限性。2.5 雷达物位雷达物位计和超声波物位计一样，也是基于回波测距原理的物位测量方式。不同 的是，它是一种电磁波， 在传播的过程不需要传输媒介的传递，因此基本上不需 要考虑挥发性气体和蒸汽、温度、压力（真空）、甚至粉尘的影响。雷达料位计利用了电磁波的特殊性能来进行料位检测。电磁波的物理特性与可见 光相似，传播速度相当于光速。其频率为300MHz- 3000GHz 。电磁波可以穿透空 间蒸汽、粉尘等干扰源， 遇到障碍物易于被反射， 被测介质导电性越好或介电常 数越大，回波信号的反射效果越好。雷达波的频率越高，发射角越小，单位面积固体料位测量技术在火电厂中的应用3 上能量（磁通量或场强

9、）越大，波的衰减越小，雷达料位计的测量效果越好。雷 达信号是否可以被反射， 取决于被测介质的导电性和被测介质的介电常数；所有 导电的介质都能很好地反射雷达信号，都能被很准确地测量。 介质的导电性越好 或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。一般地说，在空气（或真空中）， 介电常数等于 1，在所有其物料中，介电常数总是比1 大。因此，在空气与物料 的介面上， 由于介电常数的差别， 总会产生一个回波。 雷达测量传感器可以测量 所有介质电常数 1.5 的介质。由于雷达固体料位计所采用的工作原理, 使其具 备了其他物位计所没有的优点: 雷达波穿透力强，传播速度不受粉尘、蒸汽及介 质组分的影响， 传播衰

10、减也很小； 对被测固体物料除要求其介电常数1.5 外， 物料的温度、压力、密度等几乎不影响对其准确的测量测量准确可靠性高, 能应 用于高温、 粉尘等各种恶劣的工况中，而且测量量程大。2. 固体料位计的应用。随着雷达、 超声波技术的不断发展和成熟，雷达、超声波料位测量技术应用已经 具备了更高的准确性、 可靠性和稳定性，并且被越来越多地成功运用到固体物块、 颗粒、灰粉 等物位的测量上，在电厂、水泥、工矿等生产现场得到较为普遍的推 广和应用。以下着重对其应用进行进一步的探讨。2.1 导波雷达式物位计目前在火电厂中应用较多，一般应用于测量固态料位，特 别是粉状物料的测量 , 如煤粉仓粉位、石灰石仓、灰

11、库、渣仓等物位的测量。一 般来说，测量粉位准确可靠，连续性好，但由于煤粉仓内潮湿及工况复杂，造成 导波缆绳易粘结物料，使之不能正常测量，须经常进行清理工作，维护量大，所 以并非煤粉仓料位测量的最佳方式。当然，如果应用在同样颗粒较细， 测量介质 较干燥不易粘结的料仓料位可实现较好的测量效果。由于埋在物料中的缆绳因重 力会产生较大的下拉力， 有可能造成缆绳被拉断等故障，所以在测量块状物料或 埋入深度较深时建议不宜使用雷达导波式物位计。以免缆绳被拉断影响物位计的 正常使用，而且由于缆绳一般为钢质材料， 断落后亦存在影响物料运送系统设备 安全运行的隐患。检修人员对导波雷达物位计进行检查维护固体料位测量

12、技术在火电厂中的应用4 2.2 在火电厂中， 超声波物位计技术一般都用于测量颗粒度较大或块状的固体料 位 ，成功应用于火电厂原煤仓料位的测量。在实际应用中，考虑到超声波在粗 糙的固态表面（包括颗粒状物料表面）时，声波会产生漫反射，由于漫反射的作 用，超声波的大部份能量都散射了，返回的只是一小部份能量，经常会因此导 致失波的现象。 且在测量固态料面时， 不可避免会产生一些粉尘； 而粉尘会吸收 超声波的能量， 使回波能量被衰减。 因此在进行设备选型时， 建议选择比实际测 量距离大一倍或更大量程的超声波物位计。2.2.1 随着超声波物位计在实际应用的增多，其技术也在不断的发展和成熟，针 对声波束角增

13、大； 超声波能量发散； 探头表面的“自清洁”功能不明显，容易粘 结物料；容易受到自然噪声的干扰； 精度低等一系列问题。 目前西门子公司生产 的 XPS系列超声波传感器采用矩阵式声源系统克服了上述技术的缺点，它选择使 用了多个（不是一个）晶振作为发射源；相对于普通的超声波探头，它的发射频 率更高，波束角更小（可至6o），表面的震动能量更大，“自清洁”的作用更 明显；抵御环境噪声的能力也更强。2.2.2 笔者所在单位广东粤嘉电力有限公司梅县发电厂#5、 #6 机为 135MW 循环硫 化床机组， 2 台机组共 4 个原煤仓须监测料位情况，测距约为7 米，煤仓温度不 超过 50。投产时原煤仓料位计设

14、计采用BM100 型雷达导波物位计，由于运行 中导波缆绳经常挂料， 影响测量效果， 维护量大。而且几次出现缆绳拉断的现象， 造成仪表无法测量。改用西门子公司生产的XPS-15系列超声波传感器后，测量 准确可靠， 而且该物位计表面的震动能量大，“自清洁”的作用更明显， 不易粘 结物料，基本免维护。由于采用非接触式测量方式，安装拆卸非常方便。彻底解 决了困扰我们多时的问题。2.2.3 超声波物位计也用于煤粉仓粉位的测量。在测量煤粉仓粉位时，由于粉仓 料位表面在下料时非常疏松， 且仓内粉尘较大， 对超声波信号有较强衰减， 因此， 一定要选择量程比实际测量距离大一倍以上甚至更大量程的超声波物位计。同

15、时，在选择安装位置时要考虑尽量避开下料口，并根据现场情况调整超声波换能 器的发射角度，以便达到最佳效果。尽管如此，由于煤粉仓仓内工况恶劣，且一 般具有较高的温度， 超声波物位技术在测量煤粉仓粉位时仍不可避免存在测量精 度低、可靠性差等问题，特别是在仓内处于较低料位时，因声波发射距离增加， 问题更加突出。2.390年代末期，在过程检测领域出现了高性能、低价格的微波物位计即雷达 料位计，雷达波穿透力强，传播速度不受粉尘、蒸汽及介质组分的影响，传播衰 减也很小；对被测固体物料除要求其介电常数1. 5 外，物料的温度、压力、密 度等几乎不影响对其准确的测量；由于比超声料位计有其更卓越的性能，近几年 来

16、，雷达料位计迅速、大量进入了过程检测仪表的市场，在各行业普遍使用，特 别是在测量高粉尘、高温、工况复杂恶劣的粉状、颗粒等固体料位的场合。在水 泥行业也几乎由雷达料位计统占物位测量的领域，据统计近几年来新设计的大型 水泥厂和粉磨站的各类库和仓近90采用了各种类型的雷达料位计。而在火电 厂中，雷达物位计大多用于测量粉状固体料位的测量，如电厂的灰库、粉煤仓、 石灰石粉仓等。固体料位测量技术在火电厂中的应用5 2.3.1 雷达物位计成功运用于 笔者所在单位干灰库物位的测量。用于回收储存干 灰的灰库， 由于库顶设有进灰口， 且大部分时间均处于进灰下料状态，灰库内部 粉尘大、温度高，工况极其恶劣，库高达20 米，测量距离大。原采用导波雷达 料位计进行测量， 常常由于粉尘干扰或导波绳挂料造成测量失准，且导波绳长达 18 米，深埋于物料中，维护时常常难于拔出进行清理或更换，物位计无法稳定、 准确测量实际料位， 给灰库的安全运行带来严重的威胁。经过大量的调研、 分析， 最后采用西门子公司生产的LR400固体型雷达物位计解决了这一测量难题。LR400固体型雷达物位计在20米干灰库测量使用LR