说明书一次风粉在线监测系统(详细宣传)

TPRIPAMS-dp型锅炉一次风粉在线监测系统说明书国电热工研究院电站清洁燃烧国家工程研究中心制粉及燃烧系统研究所

目录TOC\o"1-3"\h\z1 系统简介 11.1 概述 11.2 特点 22 工作原理 22.1 技术方案 22.2 工作原理 32.3 防堵探针工作原理 42.4 防堵静压测点工作原理 53 系统构成 63.1 硬件 63.1.1 防堵耐磨动压探针 63.1.2 防堵静压测量装置 63.1.3 热电偶 63.1.4 微差压变送器 63.1.5 数据采集板 73.1.6 I/O卡 73.1.7 计算机 73.2 软件 73.2.1 操作系统 73.2.2 IMP输入输出卡接口程序 73.2.3 监测程序 74 系统功能 84.1 数据显示 84.2 通道数据显示 94.3 历史数据查询 94.4 设置标定数据和运行参数 94.5 数据采集板通道设置 94.6 设置密码 95 技术服务范围 96 供货范围 107 应用 10TPRI国电热工研究院电站清洁燃烧国家工程研究中心第11页共10页系统简介概述锅炉在设计时都假设每个燃烧器都燃用条件相同的煤粉气流，即煤粉浓度、喷口速度、煤粉细度等均相同，以使各燃烧器表现出相同的性能，主要包括着火位置、火焰传播速度、动量、煤粉颗粒燃尽率等参数，保证锅炉机组的安全、经济运行。而锅炉在实际运行中，仍存在一系列问题，如火焰偏斜冲刷炉墙、在靠近炉墙区域局部还原气氛强而产生水冷壁局部高温腐蚀或结焦、热负荷不均匀、烟气侧和蒸汽侧温度偏差、无法优化低NOx运行、飞灰含碳量高等问题，影响机组运行的可靠性和经济性。造成这些问题的原因固然是多方面的，但大量的经验表明，燃烧器特别是同台磨煤机出口煤粉管道对应的燃烧器之间一次风粉分配不均匀是一个重要的原因。根据多年来的测试结果，无论是直吹式制粉系统，还是中储式制粉系统，一次风粉分配不均匀是普遍存在的问题，以前由于对此没有可靠的监测手段而被忽视。为了实现一次风粉的在线监测，多年来国内外都进行了大量的试验研究工作。我国曾在80年代对气固两相流的测试技术作了全面的研究，包括气力法、温度法、电容法、激光法、超声波法、摩擦电极法、柯氏质量流量计等等各种方法。有的单位利用激光测速仪测量气固两相流，但适应的固体浓度极小，不适于电站锅炉中(浓度~0.5kg/kg)应用的要求；有的单位曾对气力法气固两相流测试技术作过改进，利用节流元件来测量气固两相流流量，但尚末进行实际应用的试验；其他尚包括微波、射线、电磁场等方面的试验研究。国外早就有气力法(节流元件)测量气固两相流的报导，但未见实际应用；利用电磁波衰减辐度测量煤粉流量的SWR法，尚在工业试验阶段；利用含粉气流通过管道时引起不同方向上磁场讯号的变化关系进行测量的Promecon法，需要在每根据管道安装5个探头，不但复杂且成熟程度尚不了解；用扫描式全自动等速取样装置进行粉量测量的办法(W+W法)对于在线监测来说并不合适。可见国内、外目前均未有合适的气固两相流在线监测的手段。在以往的研究成果中，最终投入使用的只有热工研究院在“六五”期间研究开发的热平衡法风粉浓度和速度在线监测系统，在热风送粉的中储式制粉系统上得到广泛应用，对锅炉运行起到了良好的指导作用。其原理是采用煤粉温度、送粉介质温度、混合后的温度、送粉介质的质量以及煤粉和送粉介质的比热计算得到煤粉的质量。由于其原理上的限制，只能应用于热风送粉的中间储仓式制粉系统，无法应用于乏气送粉的中储式制粉系统以及各种直吹式制粉系统。因此，热工研究院集几十年的试验室和工业应用研究经验，开发成功一种能适合于任何场合的在线监测气固两相流气流流速和浓度的方法及其装置，称之为“差压法”一次风粉在线监测系统。对于中储式制粉系统，监测信号可为运行人员提供给粉机转速控制的依据，或直接通过闭环控制系统控制给粉机的转速。对于直吹式制粉系统，监测信号用于双可调式煤粉分配器调节的依据，使其一次风粉保持均匀分配。国家电力公司重点科技项目成果可调式煤粉分配器和一次风粉在线监测系统，获多项国家发明专利，于2002年11月通过了国家电力公司组织的重点科技项目鉴定，得到了鉴定专家的高度评价，认为该项技术成果具有独创性，技术指标优异，解决了长期困扰国内外煤粉燃烧中直吹式制粉系统存在的风粉不均的难题，技术成果整体上达到了国际领先水平，至今已在多台300MW机组的直吹式制粉系统上成功应用，使由于煤粉分配偏差造成的炉膛热偏差明显降低，结渣问题得到缓解，爆管次数减少，对降低燃煤机组污染物排放量，提高机组运行的安全性和经济性，具有重要的社会效益和技术经济效益。特点国电热工研究院的差压法一次风粉在线监测系统（ZL01104194.3）所采用的关键技术包括防堵耐磨动压探头（ZL01104195.1）和防堵静压测量装置（ZL01204135.1），具有独创性。采用小流量洁净压缩空气连续吹扫解决了动压探针和静压测量装置堵塞的问题，采用特殊材料解决了动压探头磨损的问题，保证了含尘气流的流速和粉尘浓度的在线测量准确可靠，该在线监测系统技术水平处于国际领先位置。本系统的主要特点如下：测量精度较高，风速测量精度可达±2%，浓度测量精度可达±5%；适用范围广，可用于各种输送粉尘的管道系统；动压探针和静压测量装置用小流量洁净气流连续吹扫，长期运行无堵塞问题，保证了输出信号的真实性；一次元件采取特殊防磨措施，长时间运行无磨损问题，保证了输出信号的真实性；没有节流元件，对被测量管道系统不增加阻力；系统没有活动部件，不易损坏，维护方便；不受粉尘成份变化的影响。工作原理技术方案利用动压探针测定煤粉管道内某一代表点的动压，该动压与管道流速存在某一固定的关系，可通过标定试验确定；在煤粉管道上选择两个代表点，各安装一个静压测点，它们之间的静压差与气流速度、煤粉浓度有固定的关系，可通过标定试验确定；沉浸在煤粉气流中的动压探针具有不间断小流量洁净空气吹扫，防止煤粉堵塞，保证动压信号真实可靠；安装在煤粉管道上的静压测点具有不间断小流量洁净空气吹扫，防止煤粉堵塞，保证静压信号真实可靠；根据可靠测得的动压和静压信号和一系列可测量和标定的几何量和物理量，可计算出煤粉气流的速度和煤粉浓度。工作原理采用如图1所示的系统，采用防堵探针测量气流的动压，同时测量一定长度煤粉管道的阻力，计算得出气流速度和煤粉浓度。一次风粉在线监测原理示意图该方法的原理是：经过精心设计的探针可以防止粉尘堵塞和磨损，且其输出差压与气流速度、粉尘浓度有固定的关系，同样某一段管道的阻力也与气流速度和粉尘浓度有关，因此可以通过现场或试验台标定和数学模型建立起气流速度、粉尘浓度与这些压差信号之间的关系，从而测量出含尘气流的流量和粉尘浓度。通常，含粉气流的动压ΔP1和管道阻力ΔP2与流速w和粉尘浓度的关系为：(1)(2)其中：kkb为防堵探针标定系数，首先在试验室标定在纯空气下防堵探针的标准系数，在安装完毕前在管道上标定控制点的差压对于整个截面的标定系数；并且需要确认带粉时浓度对防堵探针差压的影响；k为防堵探针浓度修正系数；为当地气流密度，kg/m3；w为气流速度，m/s；为粉尘浓度，kg/kg；L为测量段长度，m；D为测量管道直径，m；为带粉时的摩擦阻力系数：(3)k为摩擦阻力浓度修正系数；为纯空气时的摩擦阻力系数为带粉时的局部阻力系数：(4)k为局部阻力浓度修正系数；为纯空气时的局部阻力系数。将式(3)、(4)带入式(2)：(5)与纯空气下的管道阻力相比：(6)式(6)中，浓度的系数仅与测量管道的结构有关，将其称为管段阻力的浓度修正系数。式(6)与式(1)中，对于特定的管道和测量点，各参数均为已知数，测量得控制点的动压ΔP1和管道阻力ΔP2后，可求出速度和浓度。防堵探针工作原理为了能够使防堵探针长时间的可靠测量，必须解决两个问题：磨损和堵塞。磨损可以使用陶瓷、钢玉等耐磨材料制作保护套管，甚至直接使用这些材料来制作防堵探针；采用喷气的防堵探针解决堵塞问题，具体思路为：采用压力高于煤粉管道内静压的压缩空气，通过稳压的容器后进入防堵探针中的两支支管中，由于空气的不断吹扫，防堵探针头部不会积粉堵塞；在防堵探针头部支管上各装一个静压测点，采用这两点的差压来代替防堵探针差压。如图2所示，防堵探动压针支管的直径为d，长度为l，取压点与出口的距离为l'，两个支管中，出口端的静压分别为p和ps，取压点的静压分别为p1、p2，入口端的静压分别为p3和p4，两个支管中的速度分别为w1和w2，缓冲箱中的压力为p0，则探针差压和气流动压的关系为：(7)差压p'与探针头部所感应到的气流动压p成正比的关系，且与缓冲箱中的压力无关，该比例关系仅取决于系统本身的结构及相关阻力系数。防堵动压探针工作原理图防堵静压测点工作原理通常，静压测量装置不设置吹扫管，由缓冲容器通过静压孔与管道相连，缓冲容器内的压力等于管道内的静压，传压管所引出的压力信号也等于管道内的静压。在本系统的静压测量装置中，压力远高于管道内静压的高压清洁气体通过针孔进入缓冲容器内，由于针孔的直径很小，阻力很大，进入缓冲容器的高压清洁气体流量很小。这些高压清洁气体经过相对较大的静压孔进入管道内时的流速很小，产生的差压很小(一般可小于1Pa)，可以认为通过传压管测量的缓冲容器内的压力等于管道内的静压。由于这少量高压清洁气体的流动，使得粉尘难以进入静压孔内，静压孔处不易积粉；当静压孔处万一有积粉时，首先振动丝的撞击可以将其撞落，或者由于积粉造成静压孔直径减小，阻力增大，缓冲容器内的压力升高，将积粉压出静压孔。这样就保证了静压孔不会堵塞。1-静压孔2-缓冲容器3-传压管4-限压阀5-针孔6-撞击丝7-过滤器8-吹扫管9-阀门10-定位块11-强制吹扫管12-压缩空气管静压测点结构示意图系统构成本系统主要由硬件、软件两部分组成，信号的产生、转换、采集由硬件来完成，软件完成数据的处理、计算、显示等功能。硬件本系统的硬件组成图参见附图1，硬件主要包括防堵耐磨动压探针、防堵静压测量装置、微差压变送器、数据采集板、I/O卡、计算机以及连接这些设备的传压管、信号电缆等。防堵耐磨动压探针用来测量含尘气流的动压，采取了特殊的防堵、防磨措施，既避免了探针堵塞，又保证探针在含尘气流中不易磨损。防堵探针的输出的是差压信号，该差压与气流的速度和浓度有关。本系统中采用由国电热工研究院设计制造的DP-bef/406型防堵耐磨动压探针。防堵静压测量装置本系统中需要两个防堵静压测量装置，用来测量某一段管道的阻力和管道内静压，采用的静压测点经过特殊设计，可以防止堵塞；两个静压测量装置输出的静压形成一个差压，该差压即测量管段的阻力，它与管道的阻力特性以及管道内的气流速度、浓度有关。采用由国电热工研究院设计制造的SP-bf/I型防堵静压测量装置。热电偶当由探针动压计算气流速度时，为了保证计算结果的准确性，需要对气流密度进行修正，该温度采用热电偶在风箱上测量。其中，排粉机出口一次风联箱内的气流中含有粉尘，采用TP-ef/K型耐磨热电偶以延长热电偶的使用寿命。微差压变送器将探针动压和管道阻力的差压信号转换为电流信号。采用美国SetraC264型差压变送器，探针差压采用量程为5"WC(1244.6Pa)，管段阻力量程选为2.5"WC(622.3Pa)。二次风动压全部采用量程为5"WC(1244.6Pa)。该差压变送器的具体指标如表1。SetraC264型差压变送器性能指标型号SetraC264测量类型微差压压力范围5"WC(1244.6Pa)和2.5"WC(622.3Pa)精度(RSS方法±%FS)1.00温飘(±%FS)100℃5.9(零点和满量程综合最大)测量介质空气或惰性气体输出4~20mA数据采集板将测量的防堵探针动压、管道阻力数据转换为数字信号并送往计算机。采用英国Solartron公司的IMP35951C型，该采集板已在我院设计的近百项其他在线监测系统工程中成功应用，工作稳定可靠，抗干扰能力强，精度高。具体性能指标参见表2。Solartron35951CIMP性能指标型号35951C通道数量20A/D转换分辨率16位通讯距离1000米数据传送速率163kBit/s输入信号V，mV，mA，热电偶MTBF>60000小时I/O卡接口卡完成数据采集板和计算机之间的通讯。选用Solartron公司与IMP数据采集板配套的35954B型PCtoS-Net接口卡。计算机利用防堵探针测量得到的气流动压计算含尘气流的流量，通过静压测点测量的管道阻力与含尘气流的流量、浓度之间的关系，对所有测量数据进行计算，得到气流的流量、浓度，并送往显示系统进行显示。本系统采用台湾Advantech工业控制计算机，抗干扰能力强，可靠性高。软件软件主要包括三部分：操作系统、输入输出卡接口程序、监测程序，三者协调工作，完成数据采集、处理、计算、显示。操作系统为了保证系统的稳定性，采用了以WindowsNT为内核的MicrosoftWindows2000操作系统，在保证稳定的同时，又具有一定的易用性。IMP输入输出卡接口程序IMP数据采集板和计算机之间的通讯由I/O(输入输出)卡完成，公司提供了该卡的Windows接口程序，为一动态连接库文件，它包含了数个接口函数，涵盖了IMP的常用功能；程序运行过程中，调用这些接口函数，向IMP发送命令或参数，或从IMP读取数据或参数。监测程序一次风粉在线监测系统监测程序，采用MicrosoftVisualBASIC6.0编制，运行在MicrosoftWindows2000环境下，同时需要数据采集卡I/O动态连接库的支持。数据的采集、处理、显示是本程序的基本功能，程序从IMP读取一组测量数据，包括探针动压、管道阻力、气流温度等参数，计算得到一次风粉速度和浓度，并在显示器上以多种形式显示测量结果。本程序还可通过串口COM1发送数据到外接的设备。还可以显示个测量通道的测量值，以供系统诊断之用。本程序的主要辅助功能均设在“管理菜单”窗口中，确认密码后，显示管理菜单，主要有如下功能：参数设置：更改系统参数以及数据采集板通道和测量参数的对应关系，包括“标定系数”、“阻力浓度修正系数”、“变送器量程”等等，该功能只有系统管理员和调试人员可以使用；密码设置：确认权限后，更改用户的密码或权限，该功能只有系统管理员可以使用；退出程序：退出程序。系统功能本系统的主要功能是在线测量探针差压和管道阻力，计算出各一次风管内的气流速度和煤粉浓度，并以多种形式显示出测量计算结果。数据显示主画面如图4所示，将一次风管道内的气流速度和煤粉浓度以直观的柱状图显示出来，柱状图的下方即时显示当时的测量值。还可以显示各参数的趋势图，及各层一次风燃烧器的切圆图。风粉在线监测系统主画面通道数据显示显示数据采集板各个通道的采集数据，以供系统诊断使用。测量差压信号的通道显示值为1~5V的电压信号，1V对应0Pa，5V对应变送器量程；测量温度的通道显示实际测量的温度值。历史数据查询风粉在线监测系统可以保存30天以内的历史数据，可以在本程序调出进行查询，也可以通过数据转换程序将数据文件转换EXCEL可以读取的CSV文件，然后在EXCEL中对数据进行处理。设置标定数据和运行参数调试人员可以通过此功能将试验得到的系统参数输入程序，主要包括当地大气压力、煤粉管道直