料位傳感器及在火電廠中的應用

 一、引言
料位測量是物位測量中的一個分支。物位是指貯存容器或工業生產設備里的液體、粉粒狀固體、氣體之間的分界面位置，根據具體用途分為液位、料位和界位傳感器。
目前，我國主要是以原煤為發電燃料，大多數電廠鍋爐都采用煤粉向鍋爐供料。對于直吹式供料的鍋爐，煤倉料位高低關系到鍋爐乃至發電系統能否正常運行。煤倉料位過滿溢出，造成冒煤事故；煤倉料位過低或排空會造成燃燒不穩甚至滅火停機的大事故。對于中貯式供料的鍋爐，既有煤倉，又有粉倉，煤倉粉位的控制尤為重要。煤粉倉是燃料的中轉站，煤粉是用空氣傳輸的，高熱的氣體使煤粉進入煤倉中就有了一定的“基溫”，一般在70° C左右，其作用是使煤粉有一定的離散性?？墒?，這個溫度使煤粉中的水分快速蒸發并被吸潮管排出倉外，煤粉將越來越干燥，這種煤粉是極易集熱，集熱的zui終結果是燃燒。燃燒加劇周圍乃至倉內的集熱，周而復始，惡性循環，這樣如不能及時的有效控制，其結局將是白白燒掉大量煤粉。據有關資料報道，自燃煤粉約占發電總用煤量的0.5%左右。另外，煤倉煤粉爆炸的損失更大，多年來，煤倉煤粉爆炸事故常有發生，給火電廠造成巨大損失。目前，、zui適用的方法是通過可靠的料位傳感器對煤倉的煤位和粉位進行監控，使其始終處于*中轉適控狀態，這是火力發電機組安全運行的首要保證。
二、原理及特點
火電廠目前采用的料位傳感器主要有重錘式、核輻射式、超聲波式和電容式。
1．重錘式料位傳感器
重錘式料位傳感器由伺服電動機、懸有重錘的鋼絲繩、料位發信裝置以及帶微機的顯示儀表所組成。起動后，微機發出降錘信號，伺服電動機轉動放下重錘，當重錘碰到料面后，發信器發出信號給微機，使重錘停止下降并發出升錘信號，伺服電動機反轉使重錘上升，并發出料位信號值給顯示儀表。重錘升至倉頂后電動機停轉，經過一段延時后再重復上述動作。顯示儀表上還有料位上、下限報警發信等裝置。 重錘式料位傳感器可解決一定量程范圍內的測量問題，典型的測量范圍可達60m，而且這種測量與蒸汽、灰塵無關，具有較高的測量精度。
2．核輻射式料位傳感器
放射源Co-60（半衰期5.26年）和Cs-137（半衰期32.2年）發射的g 射線能夠穿透容器壁和容器內的物料。在貯倉下側裝有g 射線接收器，隨著料面高度的變化，g 射線穿過料層后的強度也不同，接收器檢測出射入的g 射線強度并通過顯示儀表顯示出料位高度。
這是一種非接觸式測量法，無需在容器上穿孔而損壞容器，所以適用于危險物品以及高溫高壓等惡劣環境下的測量。g 射線對人體固然存在有害作用，但對于有限劑量，在妥善防護下并無危險。
3．超聲波式料位傳感器
在貯倉頂部對著料面裝有超聲波發生器和接收器。發生器發出的超聲波經空氣層射至料面后就被反射，一部分反射被接收器所接收，由超聲波發射至接收所經歷的時間乘以聲速就可計算出料位高度。 由于空氣溫度的高低會影響聲波的傳播速度，所以還需測量空氣溫度以修正聲速。超聲波式料位傳感器適合于測量粒度較大的塊料料位。
4．電容式料位傳感器
電容式料位傳感器是采用測量容器的探頭與容器內壁之間、兩探頭之間或探頭與同心測量管之間的電容，利用物料介電常數恒定時極間電容正比于料位的原理進行工作的。
電容式料位傳感器的特點是無可動部件，與物料密度無關，但要求物料的介電常數與空氣介電常數差別大，變化的介電常數在進行連續測量時要加以補償，且需用高頻電路。
超聲波式和核輻射式料位傳感器多為國外引進產品，如美國凱瑞（Kay-Ray）公司和馬格尼特（Magnitrol）公司的超聲波式料位計，精度可達0.25級；德國E+H（Endress+Hauser）公司的DU212和DU213，zui小盲區是0.7m，此范圍以內不能使用，zui遠距離受聲功率限制，只能測40m內的料位；德國E+H公司的QG型為核輻射式料位傳感器，發射源的Co-60或Cs-137封裝在灌鉛的鋼保護罩內，此罩設有可開閉的窗口，不用時關閉，以免輻射危害。接收器是管狀結構，長100 ～1500mm，它安裝在與發射源相對應的位置，若g 射線發散角、距離和接收器三者相互配合，在整個量程范圍內都能有效地檢測。
三、應用
沈陽電力高等?？茖W校自動控制研究所研制了重錘式料位傳感器，并把它應用在670T/h鍋爐煤粉倉的料位測量上。
（一）構成原理
該重錘式料位傳感器的型號為SE-2，也稱智能料位儀，它主要由探測器和控制器組成。探測器由開關磁阻電動機、傳動機構和重錘也稱探頭）組成，由重錘行程反映料位高度。控制器由單片機（8098）、顯示器、功率變換器和面板組成。面板采用PVC貼膜，具有數碼管顯示器、觸摸按鍵和指示燈。用軟件控制探測器中重錘的升降過程。
重錘固定在開關磁阻電機的鋼絲繩上，依靠自身重力隨繞線輪垂直下降某一單位高度，以提升電流的大小判斷重錘是否接觸到煤粉表面。若提升電流很小，說明重錘已接觸到煤粉，這時發出脈沖信號，電機反轉至初始位置，使重錘提升至倉頂復位，防止重錘被煤、粉淹埋。 若煤或粉很少時，重錘繼續下降，分段采集信號，直到觸及到煤或粉位，或重錘下降到煤、粉位極限位置，再將重錘提到復位位置并報警，限位開關閉合，電機斷電，一次檢測結束，等待下一次檢測指令。
以單片機（8098）為主控單元的二次儀表接收光電開關輸送的磁阻電動機轉數信號，經數據處理后進行料位的數字顯示。
（二）特性
SE-2重錘式料位傳感器的主要特性如下：
①可在加料過程中自動連續運行，不受物料的塌落埋壓及沖擊等影響；
②其結構可靠性高，適應溫度高、灰塵大和煙霧濃的惡劣環境；

③具有手動隨時檢測和自動定時檢測兩種功能；
④具備上、下限值報警功能和循環顯示多點料位高度功能；
⑤有可恢復性故障的恢復處理功能，不可恢復故障的重錘復位及故障信號的顯示報警；
⑥對不可恢復的重錘故障，可以用強制提升和下放重錘的功能來處理；
⑦操作簡便，使用安全，測量精度高。
（三）應用效果
SE-2重錘式料位傳感器經過調試和近兩年的生產運行，取得了良好的應用效果：
1．改變了煤倉料位檢測的落后狀態，提高了料位控制的監測水平；
2．*結束了人工搖漂測量煤粉粉位的歷史，把工人從繁重的手工勞動中解脫出來，改善了工作條件；
3．為火電廠的制粉系統提供了可靠的料位數據，保證了燃煤供給系統的安全和經濟運行。