锅炉一次风浓度速度在线监测装置.docx

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锅炉一次风浓度速度在线监测装置

煤粉速度浓度在线监测系统

技术方案

编制：

审核：

南京中宇自动化有限公司

2013年8月

目录

1概述3

2必要性和可行性3

3工作的详细内容：

4

4改造方案4

4.1系统功能：

4

4.2系统特点5

4.3系统原理5

4.4整体检测系统构成8

5预期效果9

6安全措施10

7组织措施10

8施工场地布置10

9工期进度：

11

附：

设备清单：

12

1概述

锅炉是火力发电厂三大主要设备之一，它安全高效的运行对整个电厂的运行关系重大。

要实现锅炉的优化燃烧，调整锅炉的燃烧工况，就必须有准确可靠的监测手段。

PCM（煤粉浓度速度在线监测系统）采用电荷感应技术和数字信号处理技术，实现了各种炉型上的一次风管道内煤粉浓度和风速的实时在线测量。

为锅炉优化燃烧和安全运行提供了可靠的依据。

2必要性和可行性

众所周知，电站锅炉燃烧过程中的一次风速和风量，每个燃烧器的煤粉流量及风煤粉之间的比例，直接影响着锅炉的燃烧工况和锅炉的燃烧效率，我们关注：

Ø在燃烧过程中某只煤粉管粉量过多，管道阻力增大，风量减少则会发生煤粉沉积，甚至堵管、断粉危及安全运行和导致灭火。

Ø煤粉偏多（煤粉浓度过高）过高时，燃烧器附近形成不足的还原性气氛区，使灰的熔化温度降低，从而引起局部结渣。

故需要检测浓度和速度的手段，这是锅炉实现优化燃烧和实现低NOx燃烧的首要条件。

Ø煤粉流速：

根据国外文献报道，煤粉空气混合物在锅炉燃烧器出口速度的大小，除影响飞灰中含碳量外，还可成倍影响烟气中一氧化碳（C0）及氮氧化合物（NOx）的浓度，这些气体存在对炉内的高温腐蚀及过热器、省煤器的穿孔腐蚀以及环境污染有很大关系。

综合以上分析，为了优化燃烧，避免燃烧器的烧损、避免水冷壁或其他区域结焦、避免热负荷不均造成的爆管、避免还原性气氛下局部高温腐蚀、帮助运行人员了解各根煤粉管道煤粉流的状态，在发生堵粉时使运行人员准确定位，减少事故的风险，就必须有准确可靠的检测手段。

由于一次风管内流动的是高速含粉气流。

用常规的差压法测量风速，解决不了磨损和被堵塞的问题。

并且由于直吹炉磨煤系统结构特殊，无法使用常规的能量守衡原理进行浓度测量。

如

采用微波技术和相关法检测浓度，则管道内积粉容易导致检测失败，硬件成本比较高，检测器件磨损严重。

我公司产品的PCM（煤粉浓度在线检测系统）采用电荷感应技术和数字信号处理技术，实现了各种炉型的煤粉浓度和速度的实时在线检测，为锅炉的优化燃烧和可靠维护提供的可靠的手段。

3工作的详细内容：

供货方工作职责：

电厂方工作范围：

系统方案设计

安装及维护平台的制作

软件界面设定

电缆及电缆桥架的敷设

安装布置指导

管道开孔及传感器座安装。

系统接线和调试

系统机柜就位及固定

系统运行测试

提供装置信号的接口工作

系统交付培训

协助系统调试

4改造方案

4.1系统功能：

煤粉浓度速度监测系统通过对#1锅炉一次风管进行检测，实现以下功能：

Ø实时检测各一次风管内的煤粉浓度、煤粉流速；以棒图和趋势曲线直观显示每层燃烧器一次风管内煤粉浓度、煤粉流速，并且对浓度和流速进行越限报警，历史数据保存和历史趋势显示。

Ø实时监视送粉管道内断粉和煤粉堵管现象的发生。

Ø监测各个一次风管的给粉量

Ø提供网络和DCS通讯接口，实现远程数据传输和快速诊断。

锅炉运行人员可根据相关信号，指导调整锅炉燃烧系统参数，实现锅炉优化燃烧。

包括燃料量调节、风量调节、一、二次风调节、煤粉浓度调节（风粉配比调整）。

4.2系统特点

目前市场主要煤粉浓度测量应用的技术有代表传统测量法的温差法，冲量法；和代表现在国际新技术的微波法，电荷感应法等。

PCM型煤粉浓度速度在线监测装置采用电荷感应技术，具有以下特点：

Ø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。

Ø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。

而采用能量守恒的方法需要测量一次风、煤粉、热风混合物的温度，由于热电偶具有较长滞后特性，给整个测量结果造成滞后，而且使灵敏度降低。

本系统采用直接测量的方法，提高了响应速度，真正达到了实时的效果。

Ø电荷感应技术测量，不需要清洁。

而采用微波法进行浓度测量时，传感器上积粉容易导致检测失败。

Ø安装简单维护工作量小。

本系统只需从传感器往控制柜铺设电缆，管道上安装几根探头传感器就可，不存在堵塞问题，没有维护工作量。

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。

更换传感器探针无需磨煤机停运，且更换不需要重新标定。

4.3系统原理

电荷感应技术测量煤粉浓度的原理：

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。

而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，如下图所示

电荷感应技术测量煤粉速度的原理

如下图所示，在煤粉管道中安装两个特性相同、相距为Ｌ静电检测探

图1煤粉速度的电荷感应测量方案

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，下图为相关法示意图：

现场施工方案简介：

如右图所示，在被测管道上以互成120度角的方向开直径为20mm圆孔，安装静电传感器，三根探针成星形布置，此两根探针可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。

传感器本身是防水设计，以避免外部环境潮湿和传感器进水时导致信号损失。

传感器信号通过同轴电缆引出到机柜。

先由机柜内信号处理单元处理，最后送入计算机系统运算分析。

4.4整体检测系统构成

煤粉浓度检测的整体构成包括检测单元、信号调理单元、数据采集及处理单元和软件的界面显示和数据存储部分。

其中单根管道检测示意图如下：

煤粉浓度在线检测装置系统由传感器、信号预处理单元（就地柜）、数据采集处理单元、工控机及显示单元、电缆、机柜组成，整体锅炉检测示意如下：

系统配置说明

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。

5预期效果

煤粉浓度在线监测系统投入使用后，可实时显示各个一次风管的风速、浓度，使运行人员可以及时掌握锅炉的燃烧工况，结合其它运行参数，能对锅炉的燃烧进行实时调整；能对各个风管的堵管、断粉故障进行诊断和报警；对给煤机故障进行诊断和报警；调整各风管风门开度，保证锅炉同一层各风管流速均衡；调整缩孔挡板，使同层各燃烧器煤粉的质量流量均衡。

6安全措施

Ø施工过程中要戴安全帽，高空作业系安全带。

Ø打开的孔洞做临时围栏，并尽快恢复。

Ø焊接作业时防止爆炸，严格遵守氧气瓶、乙炔瓶的运输和使用安全规定。

使用电焊机时要有专业人员接线，焊接时请专业人员焊接。

Ø带电作业时穿好绝缘鞋，检查工具的绝缘性。

Ø系统上电前对控制回路进行检查，防止短路。

7组织措施

安装调试组组长：

电厂人员

安装调试组副组长：

现场工代项目经理

成员：

电厂人员（若干）

现场工代技术人员2人。

8施工场地布置

锅炉平台：

焊接测量探头底座、安装探头、机柜柜安装。

电缆通道：

信号敷设。

集中控制室：

信号电缆接线

9工期进度：

系统设备生产：

1个月

系统设备安装：

1个月

系统设备调试：

1个月

附：

设备清单：

1、供货明细表（单台机组24根管道）

序号

名称

规格和型号

单位

数量

产地

生产厂家

价格

备注

1

主控机柜

根据客户要求定制

台

1

上海

新奇生

2

主控工控机

原装工控机

台

1

台湾

研华

3

高性能多功能卡

凌华

块

3

台湾

零华

4

通讯模块

ADAM4520

块

1

台湾

研华

5

液晶显示器

三星22液晶

台

1

天津

三星

6

信号调理机箱

PCM300000

套

1

南京

734厂

7

信号调理模块

PCM-I-DATA

块

24

南京

中宇

8

传感器

PCM-200000

套

144

南京

中宇

24*6

9

传感器安装座

PCM-100000

套

72

南京

中宇

24*3

10

感应探针

PCM—001

支

144

南京

中宇

11

检测系统软件

V2.0

套

1

南京

中宇

12

静电传输电缆

SFF50-3-2

米

1200

无锡

远东

13

信号传输电缆

ZRVVP9*0.5

米

600

无锡

远东

14

动力电缆

ZRVV3*1.5

米

600

无锡

远东

15

安装附件

套

24

南京

中宇

16

信号输出电缆

ZRVVP2*0.5

米

100

无锡

远东