南京擎能锅炉电站锅炉飞灰含碳量在线监测系统

第一篇硬件使用手册一、前言锅炉飞灰含碳量是反应火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标，实时检测飞灰含碳量将有利于指导运行正确调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平；合理控制飞灰含碳量的指标，有利于降低发电成本，提高机组运行的经济性。装置的投运还将有助于电厂管理人员分析锅炉燃烧效率，提高制粉系统和送风系统的安全运行。传统测量飞灰含碳量是采购化学灼烧失重发，它是一种离线的实验室分析方法，对飞灰的代表性要求高，分析滞后，难以快速反应锅炉燃烧工况。而目前有些电厂偷用的锅炉飞灰含碳量检测仪是采用撞击式方法取样分析，由于所采集的灰样颗粒较大，因而影响了飞灰取样的代表性，尤其是其灰路存在严重的堵管现象，导致经常提供虚假的测量数据。我公司研发生产的FCB型电站锅炉飞灰含碳量在线监测装置，跟踪国际上先进的测量和传感技术，自行研制了无动力、自抽式等速取样装备，应用先进的微波谐振测量方法，实现了对飞灰含碳量的实时在线测量。凭借公司多年来在电力系统锅炉测控领域的开发经验，成功解决了取样灰路的堵塞问题，保证了系统长期可靠运行。二、系统结构针对国内100MW机组以上的锅炉大多采用两个烟道排放飞灰的特点，装置设计采用了两套独立的飞灰取样和微波测量系统，而共同主机处理系统，如图1所示。图1系统结构框图三、系统原理3.1测量原理采用微波谐振测量技术，根据飞灰中未燃尽的碳能改变微波谐振腔的谐振频率特性，分析确定飞灰中碳的含量。3.2工作过程系统采用无外加动力、自抽式动态取样器，自动等速地将烟道中的灰样收集到微波测试管中并自动判断别手机灰位的高低。当收集到足够的灰样时，系统对飞灰含碳量进行微波谐振测量。测量信号经过现场预处理后传送到集控室，再经主机单元作进一步变换、运算和存储，并在显示器上显示含碳量的数值和曲线。已分析完的灰样可以自动排放回烟道或者送入收灰容器，以便于实验室分析化验，然后进行下一次的飞灰取样和含碳量的测量。四、装置组成4.1飞灰取样器飞灰取样器采用了特殊的结构设计，能够自动跟踪锅炉烟道流速的变化而保持等速取样状态，因而，取出的灰样具有较好的代表性，从而保证了系统的整体测量可信度。由于取样器没有抽气泵等转动部件，因而取样器的运行可靠性大大增强。4.2微波测试单元在微波测量室中对飞灰灰样进行微波测量分析，测量完的飞灰根据程序设置或手动操作命令返回烟道或装入收灰容器，而测量数据则由前置处理电路处理后发送给主机单元，测试箱结构如图3。4.3电控单元（安装于主机柜内）由控制操作器、电源变换箱、专用接线端子及机箱等组成，完成系统手动操作功能，现场处理单元的电源分配，以及信号的转接工作。4.4主机单元研华PIV主机，采用主流配置，包含内存、硬盘、AD采集模块、DA模块、DIO模块显示接口卡等工业测控卡件、显示器、通讯接口、专用工业级电源、键盘等。4.5气源现场仪用气源管道通过金属硬管传输到每个测试箱附近，同装置配备的金属软管相连接，要求气源压力≥0.6Mpa，供气量约为0.03m³/分钟，此气源用于装置的震动、反吹系统。4.6电缆测试箱和主机柜之间：两根14芯信号电缆ZRVVP14*23/0.15(14X0.5)两根2芯电源电缆ZRVV2*77/0.20(2X2.5）用户与装置之间的其他信号接口连接电缆由用户提供。4.7装置标准配置飞灰取样器：2只（取样管规格根据现场而定）重量：约5公斤测试机箱：800X600X280mm（长X宽X深）2台重量：约80公斤五装置功能指标1）测试范围：0~15%（常规测量范围）2）测量误差：±0.4%（典型值，含碳量在0~6%时）±0.6%（典型值，含碳量在6~25%时）3）检测周期：2~5分钟（视灰流量而定）4）历史数据：保留时间12个月5）电源功耗:220VAC,3kW6）工作气源：仪用空气0.4Mpa--0.7Mpa，耗气量约为0.03m³/分钟7）信号输出：模拟量2路隔离的4~20mA含碳量信号，分别代表A、B侧实时含碳量，信号最大负载500Ω。开关量3路报警继电器结点信号，分别代表系统报警和A、B侧高碳报警，继电器结点容量：2A/120VAC环境温度：主机单元5℃~40℃电控单元-20℃~50℃测试单元-20℃~60℃六系统安装飞灰取样器和机箱的安装，可以在锅炉运行期间实施：气源管路和信号电缆的敷设，飞灰取样器安装孔的开关，机箱固定支架的焊接应在停炉后进行。装置的所有安装操作应符合电厂的有关安装生产规范的要求。6.1取样点的确定取样点选取在空气预热器出口到除尘器入口之间的水平或垂直烟道上，或者安装在空预热器入口，具体安装位置的选择一般应满足下面条件：☆烟气温度小于370℃；☆在烟道的直管段，烟道内没有影响正常取样的障碍物；☆烟气流速和灰尘颗粒具有代表性的部位；☆烟道外具有安装测试箱和正常使用操作的空间；6.2取样孔的开设根据确定好的取样点的位置，停炉后拆除此处烟道的保温层，在烟道壁上割开一个长方形孔，将取样器过渡法兰焊接在开出的方孔上。如果此时不安装取样器，应该用厂家随装置配备的取样器盖板将过渡法兰上的方孔盖住，用螺丝拧紧，以保证在锅炉运行时烟道的密封。6.3主机柜的安装根据和用户确定的安装位置，建议在电厂集控室或电子间安装主机柜。6.4测试箱的安装微波测试箱安装在飞灰取样器的下方，测试箱的支架应和飞灰取样器安装在同一个烟道壁上，测试箱必须垂直安装，测试箱应设有防雨、雪措施，通过在烟道墙体和测试箱之间加放隔热材料来方式烟道的热辐射，并用金属材料（一般为铝蒙皮）将隔热层遮住，以增加现场的美观和整洁。测试箱垂直安装在支架上，通过调节箱底的螺杆，可以改变箱体的上下位置高度，以保证和取样器的紧密连接。注意：各个电厂的现场情况有所不同，因此安装方式也会不一样，取样器和测试箱的安装示意图如图2。图2取样器与测试箱安装示意图6.5取样器的安装取样器可以安装在垂直或水平烟道上，使取样吸气嘴迎着烟气流向，但是应道保证旋流集尘器处于垂直状态，当安装在水平烟道上时，取样器探头应处于在低于1/2烟道高度的位置。取样器安装在烟道事先开好的方孔内，用螺栓固定在过渡法兰上，并和测试箱上的法兰连接牢固。6.6电缆和气管的敷设每个测试箱和主机柜之间各由一根多芯信号电缆和一根电源电缆联接。压缩空气气管由就近的母管用硬管接到每侧烟道测试箱的附近。电厂提供给装置的投油干结点信号或主蒸汽流量信号是用来保护装置避免受到油污的沾染，影响取样和测量，两个信号只需使用一个。电厂提供的氧量信号是装置的辅助参考信号，可以不用接入系统。装置提供给电厂2路（A、B侧）隔离4~20mA的实时含碳量信号，1路系统报警和2路含碳量越限报警干结点信号。电厂提供装置的信号和装置提供给电厂的信号接口都在主机柜的接线端子排上。七调试说明7.1系统接线7.1.1主机柜到测试箱电缆连接，信号连接如图3。图3主机柜到测试箱之间的接线图7.1.2测试箱接线端子说明如图4。图4测试箱端子排接线图7.1.3取样加热套的连接加热套采用交流220V供电，其功率约为100W，加热套的两根电源引线分别连接到测试箱端子排的第20和第21号端子上。7.1.4电厂投油接点的连接投油接点是装置的取样保护信号，当电厂锅炉在投入数支油枪助燃时，提供给装置一路无源干结点信号，投油期间含碳量数值保持不变。信号连接到主机箱后的端子排上，其端子号为X1-COIL1，X1-COIL2。7.1.5含碳量模拟信号输出的连接在标准配置下，装置含碳量实时信号提供两路独立的隔离4~20mA输出，4mA对应含碳量为0,20mA对应含碳量为装置标定的最大含碳量。A侧含碳量输出端子号为X1-A4:1CIN，B侧含碳量输出端子号为X1-B4:2CIN。7.1.6报警信号的连接报警信号分为系统报警、A侧高碳报警、B侧高碳报警，这三种信号均采用常开干结点输出。系统报警的定义为：当电厂提供的压缩空气压力低于压力传感器设定的压力值时或装置检测到测试箱中微波谐振腔的温度偏离了正常工作温度时发出的系统报警信号，主机面板上的发光二极管灯点亮，并且相应干结点闭合。高碳报警的含义为：当含碳量实时测量值大于主机设定高碳值时，主机面板上的发光二极管灯点亮，并且相应的干结点闭合。系统报警的端子号为：X1-CSYS1、X1-CSYS2，A侧高碳报警的端子号为：X1-CAGT1、X1-CAGT2，B侧高碳报警的端子号为：-X1-CBGT1、X1-CBGT2。7.1.7电厂负荷的连接当电厂不能够给装置提供投油结点信号时，采购检测锅炉负荷（主蒸汽流量信号）的方法，来实现在锅炉低负荷时禁止装置采样，低负荷的值可以在主机界面上设置，负荷信号可以是电流或电压。信号端子号为：X1-CLOAD1、X1-CLOAD2。7.2系统检查☆装置接地是否良好；☆机箱安装是否到位；☆设定各个减压阀气源动力；☆装置加电预热30分钟，检查现场的收、排灰情况。7.3含碳量曲线的标定和验证在下列情况下不宜收取表标定灰样：一是在锅炉负荷进行较大调整时，由于各种燃烧调整参数不能完全跟踪匹配，此时飞灰含碳量变化较剧烈；二是锅炉进行蒸汽吹灰、打焦时，飞灰含碳量会不稳定。7.3.1灰样的收取和数据的记录在锅炉运行稳定的情况下（锅炉负荷大于60%满负荷），锅炉吹灰器不吹扫、不打焦时，通过改变锅炉燃烧工况（改变氧量或负荷等）来改变飞灰中的含碳量。收取10~25个代表不同含碳量的灰样样本，每种样本的收灰时间约为30分钟，记录下装置的测量室数据（含碳量和内码）。要求：尽量使所收取的飞灰含碳量范围较宽，遍布在0~12%（最高含碳量）之间，收集的灰样样本数量越多，越有利于标定的可靠性。7.3.2标定曲线的拟合将上面收取的灰样做好标记，送试验室化验标定，根据试验分析所得的含碳量数值和装置测量得到的数据来进行含碳量曲线的标定拟合。7.3.3动态验证在锅炉运行稳定情况下，连续收取半小时左右的灰样作为一种含碳量的灰样样本，记录下仪表的含碳量平均数据，用同样的方法在不同的工况下，收取灰样样本，每种样本分别做好标记，送试验室化验。根据7.4中的误差公式计算测量误差，验证装置的测量精度是否符合要求（含碳量大于6%和小于6%应分开计算）。7.4测量误差计算含碳量测量实际值（实验分析）与测量值（仪表显示）关系曲线示意图如图6。图6含碳量对比曲线示意图装置测量标准误差（方差）计算公式如下：误差（方差）其中：=单个样本装置显示均值=单个样本化验值n:样本数例如有一组数据（表一），其标准误差计算如下：表一：序号表显均值化验值误差12.131.820.3122.342.040.331.822.04-0.2242.662.340.3252.42.54-0.1463.372.950.4273.133.060.0784.243.730.5193.313.43-0.12103.923.530.39113.563.86-0.3126.145.650.49136.235.920.31145.525.57-0.05155.165.58-0.42166.355.830.52175.375.150.22185.566.17-0.61195.945.570.37206.836.320.51216.456.77-0.32223.723.440.28233.293.57-0.28243.533.40.13253.543.93-0.39由于化验值大于6%的数据较少，故未分开计算。商标中的标准方案S=0.353，最大误差0.61，最小误差0.07.7.5影响测量精度的因素分析①飞灰成分（或煤种）变化：由于飞灰中的成分较为复杂，主要含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁和氧化铁、氧化镁、氧化钙、碳、硫、磷等，其中碳的含量对微波的影响最大，但是当其他成分发生较大变化时，也会直接影响含碳量测量精度。因此，当煤种改变后，发现装置显示含碳量值与化验值相差较大时，应对装置进行适当的校准，并修正标定参数。②飞灰密实度变化：振动器的震动不够稳定，会造成每次测量管中的灰样密实度不尽相同，从而产生测量误差。因此，当发现振动器停震时，应该按照本手册«维护指导»中“常见维护指导4”的方法进行修复。如果停震，装置显示的含碳量数值通常会偏低。③标定曲线拟合误差：由于标定时获取的灰样含碳量分布不均匀，且灰样样本数量有限，因此标定曲线与真值存在一定的偏差。八操作说明8.1自动操作实时测量软件采用中文菜单显示，使用方便。装置的主要功能采用一键一功能，即在任何情况下，只需点击一下您所关心的功能键，画面就切换到此功能界面。九装置校准在锅炉运行稳定的情况下（特别是负荷基本稳定），收取一定的灰样，每种灰样的收取时间不低于半小时，同事记录装置的含碳量实时值，计算出平均值，两侧烟道的灰样要分开标记，一般收取4种以上的灰样样本，送化验室分析，以化验值作为含碳量的真值来校准装置显示值。校准方法：在软件画面“设置”下进行。实时测量软件使用手册一、简介本公司的电站锅炉飞灰含碳量在线监测装置是国家专利产品，其软件采用面向对象方法，在Windows平台下用Visua1C++语言设计，具有界面直观、操作方便、运行可靠、监测准确等特点。主要功能均可用鼠标点击工具条相应按钮实现。二、功能界面简述实时软件主要有五大功能 实时趋势功能界面：显示实时含碳量的数值和曲线。平均趋势功能界面：显示平均含碳量的数值和曲线。历史趋势功能画面：根据输入的查询时间来显示历史含碳量的数值和历史曲线。设置功能界面：主要是设定一些系统参数值。微波调试功能界面：实时显示测量中的过程变量。三、操作说明3.1主机界面显示简介如上图所示，菜单包括：“实时趋势”、“平均趋势”、“历史趋势”、“参数设置”、“微波调试”、“打印”、“帮助”、“退出”八个选项。左侧为功能按钮区，用于完成主要功能界面间的切换。右上部为视图区，用于显示实时趋势、平均趋势、历史趋势图及调试画面。右下部为实时状态显示区，实时显示当前报警状态及A、B两侧飞灰含碳量的实时值（颜色以黄绿加以区分，和趋势图的曲线颜色相对应，A侧为黄色，B侧为绿色）。3.2实时含碳量显示点击“实时趋势”按钮或“实时趋势”菜单，将进入实时含碳量显示界面，分别以黄色显示A侧含碳量曲线，以绿色显示B侧含碳量曲线，显示时间跨度6小时，含碳量纵坐标可在设置窗口调整，分别可选0~4%、0~8%、0~16%、0~32%。3.3平均含碳量显示点击“平均趋势”按钮或“平均趋势”菜单，将进入平均含碳量显示界面，分别以黄色显示A侧含碳量曲线，以绿色显示B侧含碳量曲线，显示时间跨度6小时，含碳量纵坐标可在设置窗口调整，分别可选0~4%、0~8%、0~16%、0~32%。平均值的计算依据设置参数中的平均时间，平均时间可设置为2小时~24小时，计算方法为：当前平均值为前n小时的实时值的平均（n为当前设置的平均时间3.4历史含碳量显示点击“历史趋势”按钮或“历史趋势”菜单，将进入历史含碳量显示界面，分别以黄色显示A侧含碳量曲线，以绿色显示B侧含碳量曲线，显示时间跨度6小时，含碳量纵坐标可在设置窗口调整，分别可选0~4%、0~8%、0~16%、0~32%。每次显示一天的含碳量变化趋势，可通过“前翻”、“后翻”按钮完成前一天或后天的历史趋势查询。3.5参数设置显示点击“参数设置”按钮或“参数设置”菜单，将进入系统设置显示界面。分别完成如下参数设置：设置工作状态分别设置A侧、B侧是否取样，可选择“允许取样”、“禁止取样”。“允许取样”进入正常工作状态，“禁止取样”不进行采集，进入吹扫程序。设置留灰状态分别设置A侧、B侧是否留灰，可选择“允许留灰”、“禁止留灰”。选择“禁止留灰”不进行留灰操作，选择“允许留灰”将在“起始时间”和“结束时间”之间的时间段内将灰样保留在收灰瓶中。设置高碳报警分别设置A、B两侧的高碳报警阈值，如某侧实时含碳量超过高碳报警阈值将产生高碳报警。报警指示栏中高碳报警灯将点亮，并且输出干节点信号。设置煤种当煤种发生变化时，通过选择煤种，选择不同的标定曲线，有四种煤种可供选择。设置显示量程设置趋势图纵坐标范围。设置输出量程设置两路含碳量标准4~20mA电流信号，20mA时对应的含碳量，例：输量程设置为20，标识20mA电流对应20%含碳量，4mA电流对应0%含碳量。设置平均时间此参数作为计算平均含碳量的平均时间值，例如设为“4小时”，则屏幕显示的平均含碳量值为4小时内的实时含碳量的累计值除以4小时所得出的平均值，最小平均时间为2小时。曲线标定用于调试人员输入标定曲线。3.6调试显示点击“微波调试”按钮或“微波调试”菜单，讲进入系统调试显示界面。可查看两侧扫频曲线、峰值、频率、温度等过程变量设备运行维护手册安全提示和警告在任何维护或维修之前，必须严格遵守操作规程。只有专业人员才能安装、操作、检修和维护该设备，专业人员指“熟悉设备结构、操作以及危险的人”。不要带电连接或断开任何表计、电缆和印制线路板。在箱内靠近或接触元器件是要消除静电（ESD）。印制线路板上有许多元件对静电很敏感。接触或维护对静电敏感元器件的工作只能由阅读并理解专门静电技术的专业人员完成。手持PC板时，尽量握住边缘部分。不要使印制线路板与任何表面（桌面或工作台面）发生摩擦。如可能，进行PC板维护时再具有导电表面（通过1M欧电阻接地）的工作台上进行。如没有合适的导电工作台，可用干净的钢板或铝板代替。不要将易燃材料放在机箱里面、上面或附近，包括设备图和用户手册。接触或测量箱内元件时必须十分小心，千万注意防止表棒引起短路。现场维护时，应注意防止接触取样器和测试箱内加热部件烫伤和触电。常规检查维护事项装置应安排专人定期进行维护，主要检查事项如下：测试箱内器件之间连接是否松脱，螺丝螺母紧固件是否松动；箱内工作温度是否异常，当环境温度为5℃~30℃时，调节左温控仪为100℃左右，调节右温控仪为130℃左右；环境低于5℃（高于30℃）时，将两温控仪分别调制110℃和140℃（90℃和120℃）。观察一个完整的测量周期，检查收、排灰情况是否正常。加热套是否加热。飞灰取样器喷射嘴是否有堵塞。前置单元中FCB4.1的“吹扫”“换向”“振动”开关控制是否正确无误。各减压阀压力表是否只是正常。电控箱内是否有保险丝熔断。软件界面含碳量显示是否显示正常。如果遇到无法自行解决的问题，应及时和厂家技术人员取得联系，避免事故进一步扩大。

常规维护指导取样单元的维护飞灰装置作为在线式取样测量装置，一般安装于空预器后除尘器前烟道内，在装置取样工作过程中，高温烟气对伸入烟道的取样管以及取样管路进行冲刷，在长期工作过程中，取样单元的期间会出现磨损情况，主要是旋流集尘器、取样管、引射管、连接板、排气管、调节喷嘴、螺母、旋流集尘器腔等组成。取样器排气管是飞灰取样器的重要部件，它承担了取样时的排气和灰样返回烟道通路的作用。当装置工作一段时间后，在取样器的调节喷嘴和排灰管内壁上会沾结一些灰尘和结焦，如果长期不进行清理，会造成排灰管灰路变细，甚至堵死，从而使取样器不能收集灰样。如果取样排气管发生堵灰，进入旋流集尘器的飞灰并不能排到烟道里，导致旋流集尘器发生堵灰，取样管发生轻微的堵灰，长期不维护，取样管中飞灰越积越多，发生严重堵灰。拆卸时的几点注意事项：不要将压圈掉落，否则弯管固定不紧。由于旋流集尘器表面温度较高，维护室要注意带手套工作，以防烫伤。安装完毕时要调整调节喷嘴，使之位于引射管轴线的位置上。调节弯管上喷嘴，使之与喇叭口间保持适当间隙。调节完成后，请拧紧锁紧螺栓。如果弯管发生堵灰，清理后下灰仍不正常，请清理集尘器腔和取样管振动器恢复起振记住振动气源减压阀压力值，然后将其压力调至0，将振动器右出气管从振动器上拔下，再拔下限流器的出气管，将限流器储气罐直接插入振动器右出气口，将振动器减压阀压力调到0.4Mpa（或者更高），打开前置处理箱，将FCB-4.1电路板上“振动”钮子开关拨向上方（见图8），使振动器在高压力、大流量的情况下强迫起振，一旦起振，则将FCB-4.1电路板上“振动”钮子开关拨向下方，然后恢复振动气源减压阀压力以及气管连接原样。注意事项：请注意振动器固定螺母是都松动。如发现松动须立即锁紧。测试箱内电路板和微波组件的连接下图是电路板FCB-3.1、FCB-4.1外形图电路板FCB-3.1、FCB-4.1外形图FCB-4.1电路板是控制继电器板，FCB-3.1电路板是信号前置处理板，其中的SMA链接器和微波源相连，Q9链接器和检波器相连。电路板同微波组件的电缆连接如下图.如果没有信号时，应检查电路连接电缆是否有接触不良。微波组件电缆连接图信号流程分析微波扫频发射信号的产生微波检测信号流程

查找问题流程图1测量管内飞灰吹不干净2取样器不下灰3测量管下灰很少4含碳量始终为一条接近于零的直线5含碳量始终为一条中等含碳量的直线6无谐振曲线7系统干扰大8谐振曲线变形9谐振曲线顶部凹陷设备配置说明设备配置说明：微波测试单元（即测试箱）分别安装于A、B两条烟道的垂直段或者水平段。电控单元安装于主机柜内，我方出厂前已安装好。主机柜安装于电子间，需提供安装位置。电厂需提供一路无源投油干节点信号至主机柜。电厂需提供一路220V，3KW电源至主机柜。主机柜向DCS输出2路含碳量模拟。所有电缆的屏蔽层拧于一点接在机柜的接地标志上。电厂需提供两路至少0.5Mp仪用压缩空气至现场测试单元。控制机柜布置图说明：该部分包括工控主机、LCD显示器、鼠标键盘、出厂前做好的K1线架，和手动操作单元（电控单元）。FCB型电站锅炉飞灰含碳量在线测量装置现场安装工作指导拟制：审核：批准：南京擎能自动化设备有限公司本装置现场安装需电厂方面配合做的工作主要分为结构部分的安装和电缆的铺设和各种信号源的提供。下面就具体内容简述如下：结构部分的安装：本装置结构部分由两套飞灰取样器、两套测试箱、一套主机控制柜组成。测试箱与飞灰取样器的安装：除去烟道侧壁上的原保温层：为了本装置中测试箱和飞灰取样器的安装，需在安装位置（一般选在空气预热器之后，除尘器之前的垂直烟道长边的侧壁中央位置上，具体位置视现场情况而定）将原保温层拆除，其尺寸范围为950X1500,详见附图（一）。焊接飞灰取样器安装用过渡板：在出去保温层的烟道侧壁上，开一尺寸为210X130的长方形孔，然后将过渡板（我公司提供）焊接在开孔处。详见图（一）。焊接安装保温箱板用的销钉：由于测试箱在安装定位后，会与烟