為滿足環(huán)境保護對空氣環(huán)境質(zhì)量的更高要求,國內(nèi)125MW以上的大中型機組大都配套安裝了靜電除塵器,但因灰斗料位監(jiān)測裝置的選用始終未盡人意,故電廠料位監(jiān)測異常的情況普遍存在,一定程度地影響了灰斗卸排灰系統(tǒng)的自動化進程。本文對內(nèi)接觸式固態(tài)料位監(jiān)測裝置在電除塵器應用中所要求的主體條件進行了歸納總結(jié),并根據(jù)引進新產(chǎn)品新技術(shù)的需要,提出了旨在拋磚引玉的解決方案。QNo壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器
1電除塵器卸排灰的特點
1.1灰斗時段容灰量的不確定性
鍋爐燃燒工況的復雜性以及燃燒煤質(zhì)的差異,使鍋爐尾部煙氣的物理參數(shù)(流量、風速、風溫等)均存在明顯的波動,再加上電除塵器集塵與收塵過程同時進行的特點,電場振打效果往往表現(xiàn)為無規(guī)律的碎發(fā)性落灰,由此決定了電除塵器灰斗各時段容灰量的不確定性。電場的分級使這種不確定性更加突出。
1.2介質(zhì)對保溫與防潮要求較高
粉煤灰顆粒的孔隙率高達60%一75%,對水分有很強的吸附能力,吸潮后的粉煤灰因流動性變差而板結(jié)。粉煤灰比表面積一般為2500一2600cm2/g,級電場分離下來的細灰比表面積達3500cm2/g。細灰較強的粘附力及高比電阻,使其易在壁面與邊角滯留。為防止以上現(xiàn)象的產(chǎn)生,通常采取的預防措施有灰斗加熱保溫,改善灰斗密封狀況,增加壓縮空氣吹掃等。
1.3間歇式卸排灰系統(tǒng)
在目前廣泛使用的連續(xù)式卸排灰系統(tǒng)中,卸灰器的有效時間負載率不足20%(一電場),其余時間均處于少載或空載狀態(tài)。此時卸灰器的漏風與吸濕明顯,積灰易板結(jié)搭拱,#嚴重的是積灰上溯至電場內(nèi)部造成極間短路,阻斷陽極振打系統(tǒng)的正常運行。生產(chǎn)實踐還表明,連續(xù)式卸排灰系統(tǒng)無論在能源還是資源方面都存在明顯的浪費,除了卸灰器損耗嚴重外,還造成沖灰水量的無謂損失以及由此增加的輸送電力損失,因此這是一種相當不經(jīng)濟的運行方式。從節(jié)能降耗的角度,并基于電除塵器安全、穩(wěn)定、高效運行的考慮,引人自動化控制的間歇式卸排灰系統(tǒng)是非常必要的。
這里,灰斗料位監(jiān)測裝置無疑起著關(guān)鍵的作用。
2灰斗料位監(jiān)測裝置評述
國內(nèi)電廠電除塵器使用的灰斗料位監(jiān)測裝置分為2大類:內(nèi)接觸式和外部好立式。內(nèi)接觸式包括水銀泡觸點式、電容式、電感式、音叉式、光電式等;外部好立式主要指核輻射料位控制器圈圖。
2.1水銀泡觸點式
這是一種早期的料位監(jiān)測裝置。它將配有水銀泡觸點的密封鋁盒固定在一個能夠翻轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動刮板架上,刮板保持轉(zhuǎn)動。當積灰升至與刮板相接觸時,刮板受到灰的阻力而傾斜,此時水銀泡觸點接通并發(fā)出料位訊號。該裝置結(jié)構(gòu)比較復雜,為防止水銀泡誤動作,對裝置裝配的要求較高,且刮板轉(zhuǎn)動架易卡住,水銀泡損壞后補配與更換困難,目前已較少使用。
2.2電容式(電感式)
電容式料位計利用插人灰斗內(nèi)的電極棒與灰斗壁間產(chǎn)生的電容變化來測量灰斗的料位。為了增大電容變化的數(shù)值,通常電極棒靠近灰斗壁安裝。這種料位計一般在使用初期指示正常,但經(jīng)過一段運行后性能開始下降,以至稍微碰上灰粒就發(fā)出動作訊號,造成誤動作。而且電極棒與灰斗壁間距離較近易夾持積灰,使得測量的可信度大大降低。
另外電極棒長期處在較高溫度下,電極探頭內(nèi)晶體管元件的性能也會發(fā)生變化,導致工作點產(chǎn)生漂移而發(fā)生誤動。盡管改進型產(chǎn)品增加了電子校正系統(tǒng)和定時機構(gòu),但未從根本上提高料位計對灰斗內(nèi)環(huán)境狀況的適應性。
2.3音叉式
這是一種聲波型的測量發(fā)訊料位計,其工作原理見圖1。
投人工作時,在電源接通的瞬間,音叉因有電波加于激勵元件上而產(chǎn)生機械振動,并由拾振元件轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査椭练糯笃?然后再返回到激勵元件上。這樣當交流電信號的頻率和音叉的固有頻率(80Hz)一致時,音叉因自激振蕩而產(chǎn)生共振,由放大器的集電極輸出交流電壓,經(jīng)末級功率放大器使繼電器吸合
。當灰斗內(nèi)有灰觸及并充塞音叉之間時,音叉受阻尼而停振,交流電壓消失,繼電器釋放發(fā)出料位信號。該
音叉式料位計結(jié)構(gòu)與電路都比較簡單,傳遞信號可靠
,運行維護亦比較方便,在均勻給料的干出灰倉泵系統(tǒng)中得到廣泛的應用。但它#大的缺點是不能承受落料(灰)的飛濺沖擊,而這恰恰是電除塵器灰斗落灰時不可避免的。熱灰具有良好的流動性,大量的碎發(fā)性落灰會使音叉產(chǎn)生誤動。另外,灰斗內(nèi)壁積灰以及安裝在灰斗外的振動破拱裝置都會對料位監(jiān)測產(chǎn)生不利的影響。
2.4負壓液位光電式
光電式料位計是由云南電力試驗所研制開發(fā),并獲guojia轉(zhuǎn)li的一種新型料位監(jiān)測裝置。它在灰斗內(nèi)的安裝如圖2o該料位計的檢測部分由錐型探頭和引流導管組成;信號變換部分由U型管、光電轉(zhuǎn)換器(光源、光敏管)、稀硫酸、浮子等組成。在錐型探頭未被灰斗中的積灰堵住之前,電除塵器灰斗內(nèi)的負壓使U型管中的稀硫酸產(chǎn)生液位差,光源發(fā)出的光能照到光敏管上,此時卸灰器不工作。當灰斗內(nèi)灰位上升到堵死探頭時,U型管中置于稀硫酸上的浮子因失去負壓作用而回到平衡位置,光敏管失去光照并發(fā)出料位訊號,啟動卸灰器。
該料位計的設(shè)計思路比較新穎,但在實際應用中仍存在明顯的不足:
(l)積灰受潮板結(jié)有可能滯留在探頭內(nèi),負壓無從反應,需附加吹掃系統(tǒng),經(jīng)常清潔探頭。
(2)需考慮防止熱灰反沖至液差系統(tǒng)的隔離保護措施。
(3)鑒于除塵現(xiàn)場的空氣環(huán)境,為防止系統(tǒng)污染,在大氣端應有除塵過濾設(shè)施,這樣做靈敏度有可能下降。
(4)灰斗上的安裝位置受到限制。
(5)不能正確地反映灰斗邊壁的積灰情況。
2.5核輻射式
核輻射式料位計以上海精藝核輻射儀表廠生產(chǎn)的UFK-一212一8型核料位控制器為代表,其料位控制如圖3。
圖3中每個料位監(jiān)測處配備一對存人鉆放射源的防護鉛罐和探測部件,分別安裝在灰斗需監(jiān)測料位的兩對應外壁上。防護鉛罐射線束開關(guān)置于打開位置,
放射源放出的下射線束由防護鉛罐所限定的通道射出,并通過灰斗照射到探側(cè)部件上。
當灰斗料位進人下射線通路時,探測部件接收到的下射線輻射量會明顯減少。探測部件將其接收到的下射線輻射量轉(zhuǎn)換為相應的電脈沖量,并經(jīng)遠傳電纜輸送到顯示儀表,顯示儀表對信息進行處理后發(fā)出相應的料位指示和控制命令。作為典型的外部好立式料位監(jiān)測裝置,該料位計能有效地避免容器內(nèi)各種因素的影響,因而可以作為高溫、高壓密閉容器,以及強腐蝕、高粘性、劇毒等固、液介質(zhì)的理想監(jiān)測方案。但對于布點繁多的電除塵器灰斗料位監(jiān)測來說,它的構(gòu)造過于復雜且價格昂貴,同時還要求運行維護人員具備一定的射線防護與操作知識,容易增加人們的心理負擔,限制了它的推廣應用。
3阻旋料位開關(guān)方案
內(nèi)接觸式料位監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)簡單,經(jīng)濟性好,是電除塵器灰斗料位監(jiān)測的發(fā)展方向。隨著科技水平的提高和生產(chǎn)實踐的深人,必須著手解決好以下幾個問題
:
(l)內(nèi)部單元(探極)應具有優(yōu)良的耐久性、靈敏性和再現(xiàn)性,且有較好的抗沖擊、抗振動能力。
(2)不會產(chǎn)生因溫度、濕度、粘附等環(huán)境因素造成的誤動作。
(3)結(jié)構(gòu)緊湊,利于灰斗壁面多點布置,整體結(jié)構(gòu)拆裝方便,便于檢修和維護。日本東和制電研制開發(fā)的
阻旋料位開關(guān),實現(xiàn)了設(shè)計思路從復雜到簡單的螺旋式上升。它采用機械的輸出方法,省略了復雜的電路放大部分,可作為新一代內(nèi)接觸式料位監(jiān)測裝置發(fā)展的借鑒。
3.1阻旋料位開關(guān)
阻旋料位開關(guān)由一個帶槳葉的小型電機等組成,如圖4。它的輸出軸與槳葉伸人到容器(灰斗)內(nèi)部,軸長度可調(diào)。投人工作時,電機電源接通,槳葉開始旋轉(zhuǎn)。當容器(灰斗)內(nèi)料位上升直至槳葉旋轉(zhuǎn)受阻時,打滑機構(gòu)動作,電機空轉(zhuǎn),同時電機體內(nèi)的微動開關(guān)動作,輸出信號并切斷電機電源。如果無積灰阻斷,槳葉將恢復旋轉(zhuǎn)。阻旋料位開關(guān)的殼體、法蘭由鋁合金制成,總重不超過2.5kg,葉片徑向尺寸60一80mm,額定功率2.5W,可謂短小精湛。法蘭連接的特性也使其非常適用于灰斗壁面上的多點布置,且拆裝方便,法蘭連接孔還可作為灰斗觀察孔或臨時性的吹掃孔使用。
由于軸與槳葉采用硬質(zhì)的SUS一303制造,產(chǎn)品系列中的PRL一500H型能承受較大的沖擊力,并能耐400℃左右的高溫,完全能夠適應灰斗內(nèi)惡劣的環(huán)境狀況。該裝置機械輸出的特點可有效地消除積灰吸潮粘附的不利影響,很大程度上克服了假料位的干擾,并可隨靜力矩的調(diào)整靈活地改變適應特性。如果再匹配空氣吹掃裝置,無疑將會有更佳的功效。
3.2阻旋料位開關(guān)安裝布置方案
圖5為利用阻旋料位開關(guān)制定的料位監(jiān)測與卸灰器連鎖控制的方案布置。如圖所示,在灰斗上下監(jiān)測料位對側(cè)各安裝2個阻旋料位開關(guān)(可根據(jù)需要增加)。其中上料位應設(shè)在灰斗上隔板稍下的地方,避開上隔板可能的夾持積灰;下料位的設(shè)置要保持一定的貯灰量以防止排空后的漏風與卷濕,一般為斗高的1/3。布點的選擇還應考慮檢修維護的方便,并盡量避開灰斗加熱與振打裝置。
3.3邏輯控制電路實現(xiàn)方案
控制要求:高電平時卸灰器動作,低電平時卸灰器關(guān)斷。卸灰器的啟停具有記憶功能,即積灰由下至上貯灰時卸灰器為穩(wěn)定的關(guān)斷狀態(tài);積灰由上而下排灰時卸灰器為穩(wěn)定的投運狀態(tài),并保證在低于下料位時有一個延時的關(guān)斷時間。另外,只有在同一料位的物位開關(guān)槳葉都能自由旋轉(zhuǎn)時,才視該料位為“空”狀態(tài)。
圖6為邏輯控制電路。
圖中KL為低料位常閉觸點,KH為高料位常開觸點,均在物位開關(guān)槳葉旋轉(zhuǎn)受阻時實現(xiàn)動作。該電路在末段實現(xiàn)反饋藕合,因此具有雙穩(wěn)態(tài)特征,可滿足貯灰或排灰連續(xù)性工作的要求。
另外在排灰低至下料位以及貯灰超過上料位時,存在兩個暫穩(wěn)態(tài)并有一定的維持時間(維持上一輸出狀態(tài)下的操作)。
對于前者可調(diào)整從高電平轉(zhuǎn)為低電平的放電時間,以適應灰斗排空或電動三通轉(zhuǎn)換的需要;對于后者,通過調(diào)整低電平到高電平的充電時間使貯灰盡量不超過灰斗上隔板。
以圖6控制電路為基礎(chǔ),可相應嵌人其他連鎖控制子系統(tǒng),如各級振打連鎖控制系統(tǒng),干排灰、水排灰自動切換系統(tǒng),沖灰水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)等,從而完全實現(xiàn)間歇式卸排灰系統(tǒng)的自動控制。
4結(jié)語
阻旋料位開關(guān)較好地解決了內(nèi)部探極對灰斗環(huán)境的適應性問題,提高了料位監(jiān)測的主動性,性價比優(yōu)良。雖然未見國內(nèi)電廠電除塵器的應用實例報道,但該料位計具有較大的應用發(fā)展?jié)摿?是電除塵器灰斗料位監(jiān)測的發(fā)展方向。阻旋料位開關(guān)另一個重要貢獻在于,它能方便地實現(xiàn)灰位監(jiān)測的多點布置,這是包括核輻射式等其他料位監(jiān)測裝置所不能比擬的。
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