超超临界机组灰库料位计历次改进及现状

【摘 要】发电厂灰库是除尘设备中比较关键的部件，它将除尘过程中的废尘收集起来，但是灰库的容积是有限的，所以必须在灰库中灰尘装满之前就要有一个反馈信号给上位机，用来监视库内灰尘的变化，以便安排时间及时清理，使灰库得以持续工作。在这过程中上位机得到的反馈信号，就要靠料位计的探测来实现了。本文详细阐述了吕四港发电厂除灰系统灰库料位计历次改进的原因和重锤式料位计的使用现状。

【关键词】物位测量;射频导纳;超声波;重锤测量

【Abstract】Powe plant ash storage is a key part in the dust removal equipment.It gathered dust removal process，but the volume of ash storage is limited，so must be in the ash storehouse dust filled before it is necessary to have a feedback signal to the host computer，to changes in dust monitoring ash in the library，in order to arrange a time to clear in time，so the ash can be continued.The feedback signal in the process of PC，depends on the material level meter to achieve the detection.This article describes in detail the ash removal system of warehouse material level meter and the hammer material level meter use situation all improved Lvsi Power Plant.

【Key words】Level gauging; RF admittance; Ultrasonic; Weight measurement

0 引言

在火力发电厂中，灰库是除灰除尘设备中比较关键的一个部件，用于暂时性收集除尘后经过气力输灰送过来的干灰，因灰库的容积是设计上限的，所以必须在灰尘将其落满之前，或落灰的过程中，将实际灰库的灰位作为反馈信号送至上位机监视，以便运行操作人员合理安排放灰、运灰时间，进而腾空灰库空间，保证其继续工作，以上所说的灰位反馈信号就需要靠料位计的测量来产生。

灰库灰位的测量是一个看似简单、实则综合复杂的问题，我厂自投产以来，分别使用了射频导纳料位计、超声波料位计和重锤料位计，本文介绍吕四港发电公司灰库料位计测量的历次改进及现状。

1 物位测量的概述

一般将液位、料位、界面统称为物位，液位、料位、界面的测量则统称为物位测量。根据具体用途分为液位、料位、界面传感器或变送器。

物位测量在工业自动化系统中具有重要的地位，是保证生产连续性和设备安全性的重要参数，例如在连续生产的情况下，维持某些设备中液位高度的稳定，对保证生产和设备的安全是必不可少的。虽然物位测量仪表的选型和使用与生产工艺有紧密的联系，但是综合来讲，使用物位仪表的目的主要有以下几种：

（1）正确测得容器中储藏物质的体积或重量，即物位测量的目的是用于计算与经济核算;

（2）监视容器内物位，对物位允许的上、下限发出报警，即不用连续监测和输出物位的具体数值，只要输出物位变化的开关信号;

（3）连续地监视生产和进行调节，使物位保持在所要求的高度，即要求物位检测仪表连续输出物位的瞬时信号数值。

物位测量传感器分为两类：点位开关与连续物位计。点位是指物料到达、高于或者低于容器中某个特定点，此类设备用来指示容器是满、空还是处于中间某个位置，而连续料位计则能提供物料位于容器内任何位置上的信息。

在电厂中最常见的是液位测量，例如凝汽器、除氧器的液位及各类水箱液位的测量，其次则是料位测量，其中最具代表性的就是三除系统的除灰灰库料位。

两者之间最大的区别在于，液位的测量介质面是规则表面，而料位的测量介质面是不规律的。吕电自机组投产以来，共使用过三种料位计，分别是Princo射频导纳物位计、E+H超声波料位计和重锤式料位计，前两者均属于连续物位计，而重锤式料位计类似点位开关，但它又不仅仅能指示灰库内料位的状态，同时还能反映出料位在灰库内任何位置上的信息。

2 灰库料位计存在的问题

2.1 射频导纳物位计

最早使用的是Princo射频导纳物位计，自安装以后一直就存在运行不稳定的情况，测量显示一直不准确，误差较大，影响正常运行。主要出现的问题有以下几点：

1）料位计测量性能不稳定，晴天运行基本正常，但一至阴雨天即开始波动，受环境的干、湿影响较大;

2）料位计本身带有高料位和高高料位开关，与料位计一样是由220V交流供电，极易对设备的维护人员构成伤害;

3）无就地显示，只能通过测量电流换算得来实际数值，而且测量显示值有诸多不确定性，结果到底是否准确也就无法确定。

原因分析：

该料位计由一种电容式物位控制技术发展起来的，它由阻性成分、容性成分、感性成分综合而成。高频正弦振荡器输出一个稳定的测量信号源，以测量安装在待侧容器中的传感器上的导纳，用交流鉴相采样器可以分别测量电容和电阻，从而测得料位高低。

当遇到雨天或者冷天时，灰的湿度较大，挂料就比较严重如下图1，灰库本身对探头就相当于一个电容，它虽不消耗变送器的能量，但挂料对探头等效电路中含有电阻，则挂料的阻抗会消耗能量，从而引起振荡器电压下拉，导致输出改变，产生测量误差，具体表现为仪表随灰料湿度的变化而出现零点漂移和测量值不稳定的现象，加之该料位计无就地显示如下图2，只能靠测量输出的电流毫安值来换算才能得出料有多高，极不方便，而且没有反复试测得功能。

图1 射频导纳物位计测量问题示意图

图2 射频导纳物位计就地显示盘

基于射频导纳料位计带来的种种缺陷，经过反复调研和讨论，决定使用E+H超声波料位计来进行测量。

2.2 超声波液位计

改进之初，测量较为准确，原射频导纳的问题均已解决，但随着运行工况和备件单价等客观因素的出现，该料位计也逐渐暴露出了它的弊端。主要问题有以下几点：

1）静电干扰较大，存在测量盲区，使测量值出现了无规律的波动;

2）测量探头本身对灰库内粉尘的吸附力较大，需定期或不定期地对探头表面进行擦拭;

3）由于测量介质为固体，因此颗粒状物体的回波反射不均，也是造成测量值有偏差的一个因素;

4）随着E+H产品的更新换代，单价的逐年增长也成为了该料位计继续使用的一个制约因素。

原因分析：

该料位计是依靠超声波发射声波同时接收反射波，测定声波时间间隔差，通过计算软件来计算物料的距离，进而得出料位实际值。由于超声波本身是一种机械振动波，从振动发射声波到稳定下来，再到转成接收状态，需要一个转换时间，而在这个时间内声波已发射一段距离，这段距离即为测量盲区。盲区的产生使得料位的测量，在很大程度上是不准确的，虽然可以通过软件干预的方式，对盲区进行补偿、抑制或者消除，但软件的依据毕竟只是一个数学模型，一切非常规的因素都可能使软件出现误判断或者死机，因此其相对可靠性要略低于仪表，加之测量的介质是固体，本身在测量过程中，固定粉尘颗粒的回波反射就不均匀，更加加剧了测量的不稳定性。除此之外，由于绝大部分灰库的顶部铺有沥青，因此接地点的选择有很大的局限性，也进而导致了料位计的静电干扰，无法及时排出，造成测量误差的存在。

图3 超声波测量原理图

在使用上述两种连续料位计未果之后，经过反复调研、询问业内类似情况单位，最终决定采用重锤式料位计进行替代测量。

2.3 重锤式物位计

相较而言，该料位计的测量准确度得到了极大的改善。但在使用过程中也存在一些不足。主要体现在以下几点：

1）该料位计属于非连续性测量，每个一个设定时间，通常为30min，便会自行重新探测一次;

2）设备的机械转动部分长期处于露天工况，在转角和机械连接部位会产生卡涩;

3）长期使用会加剧钢丝绳的磨损程度，导致断裂。

原因分析：该料位计是采用智能电机控制，每个测量周期均以测锤、钢丝绳等组件降至灰库内部的方式。当测锤下降时，测锤接触介质表面的瞬间会停止下降，而后改变电机运行方向，使测锤回到初始位置，并将通过测量的实际值同时反映在就地显示屏和上位机上如图4。

与上述两种料位计的最大不同在于，重锤的测量数据不受粉尘、温湿度等因素的影响，可以保证测量数据的稳定、可靠性。唯一会影响测量的只有机械本身的卡涩。由于运行工况和环境的影响，机械转动的连接部分会生锈卡涩，钢丝绳也会因此而磨损，甚至磨断。因此需要定期更换滑轮和钢丝绳。

图4 重锤式料位测量原理图

3 结束语

经过三次设备换型使用后，吕四港电厂灰库的料位测量最终定型为重锤式料位计，并且在使用过程中，经过与厂家的多次讨论和研究，还将有序地对该料位计进行智能优化和升级，使它成为以机械为主、智能为辅的全能型料位计，大大地提升机组除灰运行的可靠性，同时也为拥有相同情况的机组除灰灰库测量提供经验参考。

【参考文献】

[1]Princo射频导纳物位计使用说明[Z].北京克莱德有限公司，2009.

[2]E+H超声波料位计使用说明[Z].2010.

[3]重锤料位计使用说明[Z].南京畅能源有限公司，2011.

[4]沈怀洋.化工测量与仪表[M].中国石化出版社，2011，8.

[责任编辑：杨玉洁]

作者简介：李昆（1986—），男，山西朔州人，助理工程师，从事发电厂热控设备检修及维护。

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