煤粉浓度速度在线监测装置(静电法)

  一次风进入炉膛的风速、煤粉浓度的大小及均匀性直接影响到燃煤发电厂锅炉燃烧的稳定性与经济性。过低的煤粉浓度或断粉会导致灭火,而过高的浓度会引起送粉管道的堵管现象。一次风管给粉量的不均匀与各管道内风速差异的叠加,可能造成不同燃烧器出口的煤粉浓度和速度严重不均,导致火焰冲墙、着火不稳定,NOx增加,炉内切圆偏斜,汽温偏差,长期运行,容易造成锅炉局部结焦、过热,甚至导致过热器爆管等事故的发生。各个燃烧器的一、二次风比例和过量空气偏离正常范围,会导致不完全燃烧,锅炉效率降低。
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一、前   言
    一次风进入炉膛的风速、煤粉浓度的大小及均匀性直接影响到燃煤发电厂锅炉燃烧的稳定性与经济性。过低的煤粉浓度或断粉会导致灭火,而过高的浓度会引起送粉管道的堵管现象。一次风管给粉量的不均匀与各管道内风速差异的叠加,可能造成不同燃烧器出口的煤粉浓度和速度严重不均,导致火焰冲墙、着火不稳定,NOx增加,炉内切圆偏斜,汽温偏差,长期运行,容易造成锅炉局部结焦、过热,甚至导致过热器爆管等事故的发生。各个燃烧器的一、二次风比例和过量空气偏离正常范围,会导致不完全燃烧,锅炉效率降低。
    从70年代开始,为了保证锅炉能够更加安全经济的长期稳定运行,日本、德国和美国以及前苏联、意大利等技术发达国家均研究测量煤粉浓度的方法,包括同位素法、激光法和温差法测量煤粉浓度。这些方法都存在着误差大,滞后时间长,环境污染大,应用范围受限等问题,没有获得更多的应用。
    目前,国内电厂运行人员一般采用监视一次风管道的动静压变化或者根据个人经验,判断一次风粉管道运行状况,无法准确、及时地获得一次风粉的真实数据。
    PCM-I煤粉浓度在线检测装置基于电荷感应检测原理,同时实现煤粉浓度、速度的测量,具有测量准确、响应快速,安装便捷,免维护等特点。
二、测量原理
1、静电感应原理
    煤块在磨煤机中被研磨、碾压成煤粉颗粒的过程中,以及煤粉在气力输送过程中,粉体颗粒总是要和管壁发生碰撞、摩擦和分离,粉体颗粒与颗粒之间,也要发生碰撞、摩擦和分离。这样大量的紧密接触和分离的过程,能够使粉体带上了相当数量的静电荷。
    带电煤粉颗粒会产生一定的静电场,当带电煤粉粒子通过金属感应探头时,处于静电场中的探头表面产生等量感应电荷,大量带电煤粉流过探头时,在探头上形成感应电流,感应电流的大小与流经探头的煤粉质量流量有关,将感应电流作为测量信号,对该信号进行处理和分析,就可以得到煤粉的浓度信号。
2、浓度测量原理
    在一次风粉管道的横截面上安装三个传感器探头,探头插入管道内部的部分形成120度角分布,管道内的探头与管道壁之间处于绝缘状态。当带电煤粉流经探头时,传感器将能够有效接受到探头附近区域内的电荷迁移信号,经过处理后的信号的可以反映煤粉浓度的大小。
 
3、交相关流速检测原理
    在煤粉管道中安装两个特性相同、相距为L静电检测探头,当煤粉通过管道时,由于煤粉颗粒之间的摩擦,产生了静电,静电的变化引起了两处探头的输出信号Vx(t) 和 Vy(t)的变化。静电信号分别经过感应、放大、滤波后输出到信号处理单元。信号处理单元对信号进行相关处理,通过处理随机输出信号Vx(t) 和 Vy(t),就可以得到以时间延迟τ为变量的互相关函数Rxy(τ),通过分析我们就可得出时间延迟τ的值,已知两探头的距离为L,则得到相关流速 Vc=L/τ。
 
三、实现功能
    实时监测一次风粉管道中煤粉浓度
    实时监测一次风粉管道内的煤粉流速
    辅助诊断一次风管内煤粉流量均衡性
    浓度、速度的越限报警
    历史数据查询、打印、报表功能
    辅助诊断一次风管内堵粉、断粉及
    煤粉沉积现象
 
四、技术参数
 
测量范围
煤粉浓度
0.05 Kg粉/Kg气~ 2.0 Kg粉/Kg气
 
煤粉流速
5 m/s~50 m/s
 
测量精度
煤粉浓度
0.05Kg粉/Kg气
 
煤粉流速
5%
 
传感器
数量/管道
4个/根
 
安装形式
底座螺装
 
使用寿命
不小于两年
 
信号调理
单    元
测点数
每个调理箱支持16根管道(32路传感器信号)
 
安装形式
插箱式
 
信号传输
抗干扰
多层屏蔽电缆
 
传输距离
从传感器至主机柜小于500m
 
管径范围
测量管径
200~800mm
 
工作环境
要  求
传感器
温度范围:0~220゜C ;   湿度范围:0~75%
 
主机柜
温度范围:-5゜C~50゜C; 湿度范围:0~80%,无凝露
 
通讯接口
RS232/RS485
1路
 
 
 
电源要求
220V/50Hz
功率
 
 
五、系统组成
煤粉浓度在线检测装置系统由传感器、信号预处理单元、数据采集处理单元、主机等组成。
     传感器:
探针采用高耐磨性特殊材料制成,电荷感应灵敏度高,具有超长的使用寿命,传感器还配有密封防水壳体及电缆接头,保证传感器的工作稳定。每根煤粉管道配四个传感器,完成对煤粉浓度和速度信号的感应。
     信号预处理单元
主要完成对现场传感器来的微弱信号的放大调理、阻抗变换、信号隔离,使之成为符合电气要求的电信号。
      数据采集处理单元
采用高速数据采集卡和其他工业测控板卡,完成对数据预处理单元来的采集以及时序控制。
      工控机及显示单元
系统采用满足工业要求的工控机,完成对测量数据的相关运算、数据存储、数据传输、用户接口,并将相关数据在显示屏上以棒图、趋势曲线、模拟界面等多种形式进行显示,实现友好的人机接口功能。

 

六、产品特点
实用范围广 采用先进的电荷感应检测技术,对风粉管道内煤粉浓度、煤粉流速同时进行在线检测分析,适用于中储、直吹、乏气送粉等各种制粉系统的煤粉检测。
无源被动式传感器 采用无源被动式电荷感应传感器,相比于采用微波等其它有源传感器而言,无源传感器本身不产生任何由检测源的不稳定带来的检测误差和电气危险,同时无源器件不易损坏,因而具有更高的检测精度和极高的工作稳定性。
测量快速,无滞后 采用电荷迁移技术测量,系统以电磁波的速度反映信号的变化,因此响应快速、没有滞后。
全自动系统校正 软件自动对系统检测进行较准,完全避免由环境变化等因素带来的检测误差。
安装简捷,无需维护  仅需要单台磨煤机停运几个小时,即可完成管道开孔和传感器安装,因而安装工作量小。更换传感器探针无需磨煤机停运,且更换不需要重新标定。
高耐磨传感器 传感器探针由特殊材料制造,具有极高的抗磨损能力,使用寿命超过两年。
远程监测 系统软件集成了网络远程通讯模块,使用客户端软件,可以使你随时随地观察检测结果。
强大的数据分析功能 系统历史数据集成了强大的图形数据分析功能,对运行数据的分析更加有力。

 

七、安装说明
   1、测点选择
煤粉浓度在线检测装置的安装一般在机组机组停运期间,由于传感器测量的是煤粉所带的静电信号,所以需要在煤粉管道上开孔,开孔位置选择在流场比较稳定的地方,建议开孔位置选择距离上一个管道弯折处5倍管径以上,距离下一个管道弯折处3倍管径以上处。
2、管道开孔
如右图所示,在被测管道上垂直截面上相隔120度角开3个直径为24mm圆孔,用以安装一组传感器。然后沿着煤粉流的方向5cm 后,以同样的位置沿其垂直面开3个同样的圆孔,这是一组传感器,然后安装静电传感器,传感器按120度分布,保证检测可覆盖全部管道截面,以减少不稳定的煤粉流分布对检测结果的影响,两组传感器引出两路信号。两路信号通过两根同轴电缆输送到就地机柜。
 
附1:现场运行历史数据
 
附2、在SIS上速度、浓度、粉量、风量的对比曲线

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