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 (9)

7 组织措施 (10)

8 施工场地布置 (10)

9 工期进度： (10)

附：设备清单： (11)

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： 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。

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。

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：

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： 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。

实时监视送粉管道内断粉和煤粉堵管现象的发生。

监测各个一次风管的给粉量

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：

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。

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。

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。

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

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V x (t) 和 V y (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V x(t) 和V y(t)，就可以得到以时间延迟τ为变量的互相关函数R xy(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V c=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

施工过程中要戴安全帽，高空作业系安全带。

打开的孔洞做临时围栏，并尽快恢复。

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。

带电作业时穿好绝缘鞋，检查工具的绝缘性。

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）