為滿足環境保護對空氣環境質量的更高要求,國內125MW以上的大中型機組大都配套安裝了靜電除塵器,但因灰斗料位監測裝置的選用始終未盡人意,故電廠料位監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的自動化進程。本文對內接觸式固態料位監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,并根據引進新產品新技術的需要,提出了旨在拋磚引玉的解決方案。
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的差異,使鍋爐尾部煙氣的物理參數(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為無規律的碎發性落灰,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。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。為防止以上現象的產生,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
在目前廣泛使用的連續式卸排灰系統中,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。此時卸灰器的漏風與吸濕明顯,積灰易板結搭拱,最嚴重的是積灰上溯至電場內部造成極間短路,阻斷陽極振打系統的正常運行。生產實踐還表明,連續式卸排灰系統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濟的運行方式。從節能降耗的角度,并基于電除塵器安全、穩定、高效運行的考慮,引人自動化控制的間歇式卸排灰系統是非常必要的。
這里,灰斗料位監測裝置無疑起著關鍵的作用。
2灰斗料位監測裝置評述
國內電廠電除塵器使用的灰斗料位監測裝置分為2大類:內接觸式和外部獨立式。內接觸式包括水銀泡觸點式、電容式、電感式、音叉式、光電式等;外部獨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的轉動刮板架上,刮板保持轉動。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出料位訊號。該裝置結構比較復雜,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的電極棒與灰斗壁間產生的電容變化來測量灰斗的料位。為了增大電容變化的數值,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,但經過一段運行后性能開始下降,以至稍微碰上灰粒就發出動作訊號,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,電極探頭內晶體管元件的性能也會發生變化,導致工作點產生漂移而發生誤動。盡管改進型產品增加了電子校正系統和定時機構,但未從根本上提高料位計對灰斗內環境狀況的適應性。
2.3音叉式
這是一種聲波型的測量發訊料位計,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生機械振動,并由拾振元件轉變為電信號送至放大器,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生共振,由放大器的集電極輸出交流電壓,經末級功率放大器使繼電器吸合
。當灰斗內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,繼電器釋放發出料位信號。該
音叉式料位計結構與電路都比較簡單,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中得到廣泛的應用。但它最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,大量的碎發性落灰會使音叉產生誤動。另外,灰斗內壁積灰以及安裝在灰斗外的振動破拱裝置都會對料位監測產生不利的影響。
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,并獲國家專利的一種新型料位監測裝置。它在灰斗內的安裝如圖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,電除塵器灰斗內的負壓使U型管中的稀硫酸產生液位差,光源發出的光能照到光敏管上,此時卸灰器不工作。當灰斗內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出料位訊號,啟動卸灰器。
該料位計的設計思路比較新穎,但在實際應用中仍存在明顯的不足:
(l)積灰受潮板結有可能滯留在探頭內,負壓無從反應,需附加吹掃系統,經常清潔探頭。
(2)需考慮防止熱灰反沖至液差系統的隔離保護措施。
(3)鑒于除塵現場的空氣環境,為防止系統污染,在大氣端應有除塵過濾設施,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測料位的兩對應外壁上。防護鉛罐射線束開關置于打開位置,
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換為相應的電脈沖量,并經遠傳電纜輸送到顯示儀表,顯示儀表對信息進行處理后發出相應的料位指示和控制命令。作為典型的外部獨立式料位監測裝置,該料位計能有效地避免容器內各種因素的影響,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、液介質的理想監測方案。但對于布點繁多的電除塵器灰斗料位監測來說,它的構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阻旋料位開關方案
內接觸式料位監測裝置結構簡單,經濟性好,是電除塵器灰斗料位監測的發展方向。隨著科技水平的提高和生產實踐的深人,必須著手解決好以下幾個問題
:
(l)內部單元(探極)應具有優良的耐久性、靈敏性和再現性,且有較好的抗沖擊、抗振動能力。
(2)不會產生因溫度、濕度、粘附等環境因素造成的誤動作。
(3)結構緊湊,利于灰斗壁面多點布置,整體結構拆裝方便,便于檢修和維護。日本東和制電研制開發的
阻旋料位開關,實現了設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,可作為新一代內接觸式料位監測裝置發展的借鑒。
3.1阻旋料位開關
阻旋料位開關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)內部,軸長度可調。投人工作時,電機電源接通,槳葉開始旋轉。當容器(灰斗)內料位上升直至槳葉旋轉受阻時,打滑機構動作,電機空轉,同時電機體內的微動開關動作,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。阻旋料位開關的殼體、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的SUS一303制造,產品系列中的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惡劣的環境狀況。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阻旋料位開關安裝布置方案
圖5為利用阻旋料位開關制定的料位監測與卸灰器連鎖控制的方案布置。如圖所示,在灰斗上下監測料位對側各安裝2個阻旋料位開關(可根據需要增加)。其中上料位應設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邏輯控制電路實現方案
控制要求:高電平時卸灰器動作,低電平時卸灰器關斷。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定的關斷狀態;積灰由上而下排灰時卸灰器為穩定的投運狀態,并保證在低于下料位時有一個延時的關斷時間。另外,只有在同一料位的物位開關槳葉都能自由旋轉時,才視該料位為“空”狀態。
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,均在物位開關槳葉旋轉受阻時實現動作。該電路在末段實現反饋藕合,因此具有雙穩態特征,可滿足貯灰或排灰連續性工作的要求。
另外在排灰低至下料位以及貯灰超過上料位時,存在兩個暫穩態并有一定的維持時間(維持上一輸出狀態下的操作)。
對于前者可調整從高電平轉為低電平的放電時間,以適應灰斗排空或電動三通轉換的需要;對于后者,通過調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,可相應嵌人其他連鎖控制子系統,如各級振打連鎖控制系統,干排灰、水排灰自動切換系統,沖灰水自動調節系統等,從而完全實現間歇式卸排灰系統的自動控制。
4結語
阻旋料位開關較好地解決了內部探極對灰斗環境的適應性問題,提高了料位監測的主動性,性價比優良。雖然未見國內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展潛力,是電除塵器灰斗料位監測的發展方向。阻旋料位開關另一個重要貢獻在于,它能方便地實現灰位監測的多點布置,這是包括核輻射式等其他料位監測裝置所不能比擬的。
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