料位传感器及其在沈阳火电厂的应用

一、引言

物位测量是物位测量的一个分支。物位是指储存容器或工业生产设备中液体、粉末固体和气体之间的界面位置,根据具体用途分为液位、材料位置和界面传感器。

目前,我国主要以原煤为发电燃料,大多数电厂锅炉采用煤粉向锅炉供应。对于直接吹锅炉,煤仓的材料位置与锅炉甚至发电系统的正常运行有关。煤仓材料位置溢出过多,造成煤事故;煤仓材料位置过低或排空会造成燃烧不稳定甚至灭火事故。

对于中储式供料锅炉,控制煤仓和粉仓尤为重要。煤粉仓是燃料的中转站,煤粉由空气传递。高热气体使煤粉进入煤仓有一定的基温,一般为70° C它的作用是使煤粉具有一定的离散性。然而,这种温度使煤粉中的水迅速蒸发,并被吸湿管排出仓库,煤粉会变得越来越干燥,这种煤粉很容易集热,集热的最终结果是燃烧。燃烧加剧了周围甚至仓库的集热,反复出现恶性循环。如果不能及时有效控制,结果会白白烧掉大量煤粉。据有关资料报道,自燃煤粉约占发电总用煤量的0.5%。此外,煤仓煤粉爆炸损失较大,多年来,煤仓煤粉爆炸事故频发,给火电厂造成巨大损失。目前,最经济、最适用的方法是通过可靠的料位传感器监测煤仓的煤位和粉位,使其始终处于最佳的中转控制状态,这是火力发电机组安全运行的首要保证。

二、原理及特点

目前火电厂采用的料位传感器主要有重锤式、核辐射式、超声波式和电容式。

1.重锤式料位传感器

重锤料位传感器由伺服电机、悬挂重锤的钢丝绳、料位发信装置和带微机的显示仪器组成。启动后,微机发出降锤信号,伺服电机旋转放下重锤。当重锤接触到材料表面时,发送信号发送给微机,停止重锤下降,发出升锤信号。伺服电机逆转使重锤上升,并向显示仪器发送料位信号值。重锤升至仓顶后,电机停止转动,延迟一段时间后重复上述动作。显示仪器上还有料位上下报警发信等装置。 重锤式料位传感器可以解决一定范围内的测量问题,典型的测量范围可以达到60m,此外,该测量与蒸汽和灰尘无关,具有较高的测量精度。

2.核辐射料位传感器

放射源Co-60(5.26年半衰期)和Cs-137(半衰期32.2年)发射g 射线可以穿透容器壁和容器的物料。储存下侧装有g 随着材料高度的变化,射线接收器,g 射线穿过材料层后的强度也不同,接收器检测到射入g 通过显示仪器显示射线强度和料位高度。

这是一种无需在容器上穿孔而损坏容器的非接触式测量方法,因此适用于危险物品和高温高压等恶劣环境下的测量。g 虽然射线对人体有害,但在适当的保护下,对有限的剂量没有危险。

3.超声波料位传感器

超声波发生器和接收器安装在仓库的顶部。发生器发出的超声波通过空气层反射到材料表面,部分反射被接收器接收,从超声波发射到接收的时间乘以声速计算材料高度。 由于空气温度会影响声波的传播速度,因此需要测量空气温度来纠正声速。超声波料位传感器适用于测量粒度较大的块料料位。

4.电容式料位传感器

电容式料位传感器采用测量容器探头与内壁、两个探头或探头与同心测量管之间的电容,采用物料介电常数恒定时间极间电容与料位成正比的原理。

电容式料位传感器的特点是无移动部件,与材料密度无关,但材料的介电常数与空气介电常数有很大差异。连续测量时应补偿变化的介电常数,并使用高频电路。

超声波和核辐射料位传感器大多是从国外引进的,如美国凯瑞(Kay-Ray)公司和马格尼特(Magnitrol)公司超声波料位计精度可达0.25级;德国E+H(Endress+Hauser)公司的DU212和DU213最小盲区为0.7m,不能在此范围内使用,受声功率限制最远,只能测40m内料;德国E+H公司的QG类型为核辐射料位传感器,发射源Co-60或Cs-137封装在充铅钢保护罩内,无需时可开关窗口,避免辐射危害。接收器为管状结构,长100 ~1500mm,如果安装在与发射源相对应的位置,g 射线发散角、距离和接收器相互配合,可在整个范围内有效检测。接收器为管状结构,长100 ~1500mm,如果安装在与发射源相对应的位置,g 射线发散角、距离和接收器相互配合,可在整个范围内有效检测。

三、应用

    沈阳电力学院自动控制研究所开发了重锤料位传感器,应用于670T/h测量锅炉煤粉仓的料位。

(一)构成原理

重锤式料位传感器的型号是SE-2、又称智能料位仪,主要由探测器和控制器组成。探测器由开关磁阻电机、传动机构和重锤组成,重锤行程反映材料位置高度。控制器由单片机(8098)、显示器、功率变换器和面板组成。面板采用PVC有数字管显示器、触摸按钮和指示灯的贴膜。重锤的升降过程由软件控制。

重锤固定在开关磁阻电机的钢丝绳上,根据自身重力随绕组轮垂直降低单位高度,判断重锤是否接触煤粉表面。如果提升电流很小,则表明重锤接触到煤粉,然后发出脉冲信号,电机反转到初始位置,将重锤提升到仓库顶部,防止重锤被煤和粉末淹没。 如果煤或粉末很少,重锤继续下降,分段收集信号,直到触及煤或粉末位置,或重锤下降到煤和粉末位置的极限位置,然后将重锤提升到复位并报警,限位开关关闭,电机断电,一次测试结束,等待下一次测试指令。
以单片机(8098)为主控单元的二次仪表接收光电开关输送的磁阻电机转数信号,数据处理后显示料位数字。

(二)特性

SE-2重锤式料位传感器的主要特点如下:

①可在加料过程中自动连续运行,不受材料坍落埋压和冲击的影响;

②其结构可靠性高,适应温度高、灰尘大、烟雾浓的恶劣环境;

③具有手动随时检测和自动定时检测两种功能;

④具有上下限值报警功能和循环显示多点料位高度功能;

⑤具有可恢复性故障的恢复处理功能,不可恢复的重锤复位和故障信号的显示报警;

⑥对于不可恢复的重锤故障,可以通过强制提升和下放重锤来处理;

⑦操作简单,使用安全,测量精度高。

(三)应用效果

SE-经过调试和近两年的生产运行,2重锤料位传感器取得了良好的应用效果:

1.改变煤仓料位检测落后状态,提高料位控制监测水平;

2.完全结束了人工摇浮测量煤粉粉位的历史,解脱了工人繁重的手工劳动,改善了工作条件;

3.为火电厂制粉系统提供可靠的料位数据,确保燃煤供粉系统的安全经济运行。
本文来源:rfid世界网