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在線咨詢一、概述
隨著我國科學技術(shù)不斷的發(fā)展,精細化管理與人工智能相結(jié)合的智慧化管理,是今后電站鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
鍋爐是火力發(fā)電廠三大主要設備之一,它安全高效的運行對整個電廠的運行關系重大。要實現(xiàn)鍋爐的優(yōu)化燃燒,調(diào)整鍋爐的燃燒工況,就必須有準確可靠的測量和調(diào)整手段。我公司研發(fā)的全新一代KNWP型(無線傳輸煤顆粒物狀態(tài)分析系統(tǒng))采用無線傳輸多點電荷感應技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù),一次風煤粉流在線調(diào)平技術(shù),實現(xiàn)了各種爐型上的一次風管道內(nèi)煤粉濃度、流速及細度的實時在線測量及智能調(diào)平,為鍋爐優(yōu)化燃燒和安全運行提供了可靠的依據(jù)。
二、無線傳輸風粉在線測量
2.1 動態(tài)電荷感應信號無線傳輸原理
動態(tài)電荷感應信號無線傳輸采用了無線通信技術(shù),通過使用高擴頻因子,將測量數(shù)據(jù)通過大范圍的無線電頻譜傳輸出去。擴頻因子越高,越多數(shù)據(jù)可從噪音中提取出來。在一個運轉(zhuǎn)良好的GFSK接收端,可靠地解調(diào)信號,以及配置AngelBlocks的方式解調(diào)信號 。無需依靠基站模式傳輸,通過無線發(fā)射模塊自身傳輸無線信號,最遠通信距離可達15Km以上。并且采用了前向糾錯編碼技術(shù)給待傳輸數(shù)據(jù)序列中增加了一些冗余信息,數(shù)據(jù)傳輸進程中注入的錯誤碼元在接收端就會被及時糾正。電荷感應信號無線傳輸通信技術(shù)融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù),能過適應任何復雜工況下使用。
2.2 動態(tài)電荷感應技術(shù)測量煤粉濃度原理
煤塊在磨煤機中被研磨、碾壓成煤粉顆粒的過程中,以及煤粉在氣力輸送過程中,粉體顆??偸且凸鼙诎l(fā)生碰撞、摩擦和分離,粉體顆粒與顆粒之間,也要發(fā)生碰撞、摩擦和分離。這樣大量的緊密接觸和分離的過程,能夠使粉體帶上相當數(shù)量的電荷。而帶電煤粉顆粒會產(chǎn)生一定的電場,當帶電煤粉顆粒通過感應探頭時,處于電場中的感應探頭表面產(chǎn)生等量感應電荷,大量帶電煤粉流過感應探頭時,在感應探頭上形成感應電流,感應電流的大小與流經(jīng)感應探頭的煤粉質(zhì)量流量顆粒度有關,將感應電流作為測量信號,對該信號進行處理和分析,就可以得到煤粉的濃度信號,如圖1所示。
圖1電荷感應示意圖
2.3 動態(tài)電荷感應技術(shù)測量煤粉流速原理
圖2煤粉流速的電荷感應測量方案
如圖2所示,在煤粉管道中安裝兩個特性相同、相距為L電荷感應探頭,當煤粉流過管道時,由于煤粉顆粒之間的摩擦,產(chǎn)生了電荷場,電荷的變化引起了兩處探頭的輸出信號Vx(t) 和 Vy(t)的變化。電荷信號分別經(jīng)過感應、放大、濾波后輸出到信號采集處理單元。信號采集處理單元對信號進行相關處理,最后通過計算機運算處理得到相關流速 Vc。
圖3相關法示意圖
2.4 動態(tài)電荷感應技術(shù)測量煤粉細度原理
基于庫爾特原理電荷感應技術(shù)測量煤粉細度,煤粉管道內(nèi)的煤粉顆粒及體積大小不同,其所帶電荷量也不同;當不同顆粒和體積大小的煤粉流過傳感器時,所產(chǎn)生的脈沖信號即電壓幅值也不同,脈沖信號的大小和次數(shù)與顆粒的大小和數(shù)目成正比,根據(jù)不同的脈沖信號次數(shù)和電壓幅值測算出不同煤粉顆粒的大小。
煤粉細度采用R75、R90、R200等標準設計,可更據(jù)不同的要求采用對應的測量標準。
2.5 產(chǎn)品特點
2.5.1 實時在線無線數(shù)據(jù)傳輸
(1)無線傳輸單元采用自組網(wǎng)模式,無需依靠基站和流量卡;
(2)無線傳輸單元采用數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù),能夠長距離傳輸,低功耗運行、抗干擾能力強;
(3)現(xiàn)場信號采集和傳輸無需采用傳統(tǒng)有線方式實現(xiàn)。
2.5.2 實時在線數(shù)據(jù)采集
(1)傳感器采用耐磨陶瓷一體化成型技術(shù)制造而成,信號采集更具一致性;
(2)整個系統(tǒng)采用EMC電磁兼容設計,不受外界環(huán)境干擾,數(shù)據(jù)傳遞更準確;
(3)傳感器現(xiàn)場無需氣源密封和反吹以及電源接入,完全采用被動式電荷感應,免除供電帶來的不安全因素,以及采用氣源清潔和密封的測量不可靠因素。
2.5.3 實時在線數(shù)據(jù)分析
(1)整個系統(tǒng)采用動態(tài)電荷感應矩陣式布局,多組互相關算法,測量精度更高;
(2)整個系統(tǒng)均采用數(shù)字信號處理和分析,響應周期更短,單次采集與處理數(shù)據(jù)量為50K/S(50*1024),處理數(shù)據(jù)量更大,精度更高;
(3)整個系統(tǒng)基于NI公司專業(yè)測控軟件平臺開發(fā),測控更專業(yè)。
2.5.4 實時在線數(shù)據(jù)監(jiān)測
(1)實時在線監(jiān)測一次風粉管內(nèi)煤粉濃度和速度以及細度;
(2)實時監(jiān)測每臺磨煤機到一次風粉管的煤粉分配情況;
(3)實時監(jiān)測鍋爐每層一次風粉管的煤粉運行情況;
(4)實時跟蹤探測各個煤粉管道中煤粉流量的不穩(wěn)定現(xiàn)象;
(5)實時以曲線、棒圖和數(shù)據(jù)形式顯示煤粉濃度和速度以及細度;
(6)輔助診斷一次風粉管內(nèi)堵粉、斷粉及煤粉沉積現(xiàn)象;
(7)曲線、棒圖、歷史查詢與數(shù)據(jù)記錄,濃度、流速、細度的超限報警。
2.6 無線傳輸風粉在線監(jiān)測系統(tǒng)組成
KNWP無線傳輸煤顆粒物狀態(tài)分析系統(tǒng)主要由無線傳輸單元、矩陣式信號感應單元、信號采集單元、信號處理單元、控制單元等組成。
2.6.1 無線傳輸單元
無線傳輸單元采用無線通信技術(shù),集成了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù)等最前沿的國際先進技術(shù),能過適應不同工況條件使用?,F(xiàn)場無需拉通信電纜,大大減少了現(xiàn)場工程量。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,以及先進技術(shù)的應用,未來電廠實現(xiàn)智慧化、智能化乃是大勢所趨。因此,無線傳輸通信技術(shù)是未來發(fā)展智慧化電廠的基礎。
2.6.2 矩陣式信號感應單元
如圖4所示,矩陣式傳感器布設示意圖。矩陣式信號感應單元采用多組傳感器,依據(jù)機組和現(xiàn)場工況情況,經(jīng)過專業(yè)軟件(CFD流場模擬)模擬現(xiàn)場管道流場情況;將傳感器按照一定要求排列有序的布置在煤粉管道上,并且采用矩陣式布設,防止監(jiān)測有死角。即采用全截面矩陣式布設,能夠有效的全截面監(jiān)測整個煤粉管道內(nèi)的煤粉濃度和速度以及細度。
圖4矩陣式傳感器布設
2.6.3 信號采集單元
信號采集單元采用多通道以及軍用級快速安裝式設計,多通道設計有益于現(xiàn)場信號采集和增大數(shù)量采集,快速安裝式設計便于現(xiàn)場調(diào)試和后期的維護,系統(tǒng)任何部件維護均可在線維護,無需切換磨煤機和停磨維護,及不受鍋爐負荷影響。
2.6.4 信號處理單元
信號處理單元采用FPGA和ARM相結(jié)合的高端信號數(shù)字處理,可以滿足任何工況和環(huán)境的使用,且不受環(huán)境因素和負荷工況的影響。可根據(jù)不同工況和應用環(huán)境設置不同模式,保證其現(xiàn)場工作穩(wěn)定和可靠。
2.6.5 控制單元
風粉在線監(jiān)測界面示意圖。控制單元基于主要由工業(yè)計算機與系統(tǒng)軟件構(gòu)成;系統(tǒng)軟件是基于NI公司(美國國家儀器)專業(yè)測控主態(tài)軟件平臺開發(fā),專業(yè)的測控軟件無論界面顯示還是測量控制、以及實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)查詢,都比較完善和可靠。
2.7 KNWP無線傳輸風粉在線測量優(yōu)勢
2.7.1 KNWP無線傳輸風粉在線測量系統(tǒng)采用全新的無線傳輸通信技術(shù)和FPGA,以及ARM相結(jié)合的數(shù)字信號處理;在實際工作中能夠同時處理多組數(shù)據(jù),以及在單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)處理量,與傳統(tǒng)的風粉在線監(jiān)測信號處理單元相比,其處理速率高處數(shù)十倍。即KNWP無線傳輸煤顆粒物狀態(tài)分析系統(tǒng),單位時間內(nèi)采集數(shù)據(jù)量和處理數(shù)據(jù)量可成倍提高,數(shù)據(jù)量的處理能力決定其監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性和響應時間。因此新一代風粉狀態(tài)監(jiān)測完全采用數(shù)字化信號處理和矩陣式傳感器相結(jié)合,以及多組互相關算法為一體的先進、可靠的監(jiān)測系統(tǒng)。
2.7.2 KNWP風粉在線測量系統(tǒng),是基于NI公司(美國國家儀器)專業(yè)測控主態(tài)軟件平臺開發(fā)。而國內(nèi)較多的風粉在線監(jiān)測廠家采用VB系統(tǒng)開發(fā)和控制,由于VB系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的限制,很難滿足現(xiàn)階段機組容量大和鍋爐負荷變化帶來大數(shù)據(jù)量的處理。因此全新一代的風粉在線監(jiān)測主控系統(tǒng),采用基于美國NI公司的主態(tài)專業(yè)測控軟件平臺開發(fā),可實時在線處理大批量數(shù)據(jù)和人性化顯示界面,以及實時查詢歷史數(shù)據(jù)。
2.7.3 動態(tài)電荷感應測量技術(shù),基干管道內(nèi)風粉流動感應信號作為測量基礎,每組傳感器可360度立體感應風粉管道內(nèi)的風粉流動信號。因此,動態(tài)電荷感應測量技術(shù),采用了國際先進的360度立體動態(tài)感應測量技術(shù),屬于第五代測控技術(shù),測量精度能夠達到2%以內(nèi),并且采用了高速數(shù)字信號處理與采集單次采集數(shù)據(jù)量可達40K/S。
2.7.4 此方式先進的第五代技術(shù)即動態(tài)電荷感應測量技術(shù),該技術(shù)采用動態(tài)電荷感應測量原理。研究表明,當帶電體表面的電荷不僅通過表面和體內(nèi)泄放,而且也向空氣泄放,在高濕度的環(huán)境中,當帶電體表面的電荷密度很高時,電荷會極速的向空氣中泄放。靜電,是一種處于靜止狀態(tài)的電荷或者說不流動的電荷,而流動的電荷會形成電流。動態(tài)電荷測量原理即測量粉管內(nèi)的感應電流,即動態(tài)電荷。
2.8 無線傳輸風粉在線監(jiān)測主要參數(shù)
技術(shù)參數(shù) | 測量原理 | 動態(tài)電荷感應式 |
安裝位置 | 一次風粉管道 | |
信號傳輸方式 | 無線傳輸 | |
濃度測量范圍 | 0.01kg粉/kg氣 ~ 2.0 kg粉/kg氣 | |
速度測量范圍 | 1 m/s ~ 50 m/s | |
細度測量范圍 | 1% ~ 50% | |
濃度測量精度 | ±0.05kg粉/kg氣 | |
速度測量精度 | ±0.5 m/s | |
細度測量精度 | ≤2% | |
測量周期 | ≤50ms/通道 | |
傳感器工作溫度 | ≤500℃ | |
傳感器使用壽命 | >5年(可依據(jù)工況特殊定制) | |
傳感器長度 | 根據(jù)管道定制 | |
傳感器布設 | 多點矩陣式 | |
防護等級 | IP65 | |
系統(tǒng)電源 | AC220V 50Hz±10% | |
信號輸出 | 4-20mA | |
通訊接口 | RS232/RS485(可選) | |
工作環(huán)境 | 信號處理單元 | -40-70℃ |
主控單元 | -40-55℃ | |
現(xiàn)場供給 | 電源 | AC220V 50Hz±10% (額定功率:1500W) |
三、一次風煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置
3.1 設備原理
一次風煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置能夠針對一次風粉管內(nèi)的煤粉濃度與速度進行在線調(diào)整,從而使每臺磨煤機出口粉管內(nèi)的煤粉速度達到相對平衡,并能有效改善各粉管內(nèi)煤粉均勻性,為鍋爐實現(xiàn)優(yōu)化燃燒提供在線調(diào)節(jié)手段。
裝置示意圖
3.2 裝置設計
一次風煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置采用新型導流孔設計原理,運行方式采取連續(xù)運行。安裝時需要在機組的每臺磨煤機的各個粉管上加裝煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置。
3.3 裝置構(gòu)成及原理
一次風煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置包含煤粉均衡器、電動執(zhí)行機構(gòu)等。利用新型導流孔設計原理,通過調(diào)整導流葉片角度調(diào)節(jié)磨煤機粉管內(nèi)的煤粉流量及流速大小,對流場進行重新梳理,以達到每臺磨煤機出口粉管內(nèi)的煤粉速度相對平衡,并改善各粉管內(nèi)煤粉的均勻性。煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置與煤粉有直接接觸的部位均采用特殊和加厚耐磨材質(zhì),從而保證設備正常使用,在一個大修期內(nèi)無明顯磨損,受煤粉直接沖刷的導流葉片耐磨周期大于三年。并且設計時,電站鍋爐煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置滿足一次風粉管溫度、壓力等工況要求,且最小通流面積不小于原60%,即使裝置全部關斷,由于葉片上有設置很多導流孔,也保證大部分煤粉能正常通過,不會堵塞一次風管,確保制粉系統(tǒng)的安全運行。
四、一次風煤粉流智能調(diào)平軟件
軟件主要機理是采集一次風粉濃度及速度數(shù)據(jù)以及均衡裝置開度等相關信息進行運算,根據(jù)計算結(jié)果控制煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié),以達到磨煤機各出口粉管內(nèi)的煤粉速度、濃度相對平衡,并將相應數(shù)據(jù)送到DCS系統(tǒng)。
軟件設計:軟件主要采用PLC語言設計,通過通信機制采集相應數(shù)據(jù)完成運算,并起到控制煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置的作用調(diào)平軟件具備以下功能:
(1)與測量系統(tǒng)保持實時通信,讀取煤粉濃度及速度實時數(shù)據(jù);
(2)實時讀取煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置的開度信號,并自動調(diào)節(jié)煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置開度;
(3)對磨煤機出口的各個粉管進行偏差運算,通過調(diào)控達到磨煤機各出口粉管內(nèi)的煤粉速度、濃度相對平衡;
(4)實時顯示各粉管內(nèi)的濃度、速度以及煤粉流自動調(diào)節(jié)裝置開度的數(shù)值;
(5)具備歷史數(shù)據(jù)存儲及查詢功能;
(6)具有與DCS通信接口;
(7)具備系統(tǒng)故障報警功能。
技術(shù)參數(shù) | 煤粉速度偏差調(diào)平精度 | ≤3%
|
煤粉濃度偏差調(diào)平精度 | ≤8%
| |
風粉均衡調(diào)平時間 | 系統(tǒng)響應時間≤3s; 完成調(diào)平時間≤20s |
五、效益分析
合理的風粉配比可以有效保障電站鍋爐全工況均衡燃燒運行,提升鍋爐運行的經(jīng)濟性、安全性和環(huán)保性能。應用結(jié)果表明,電站鍋爐正常負荷運行時,通過合理調(diào)配風粉配比,機組供電煤耗可以降低0.4~1.5g/KWh左右;NOx可以降低排放10~20%左右,從而有效降低脫硝裝置的運行成本,同時能有效降低鍋爐及制粉系統(tǒng)設備損耗及維修費用。預計使用該系統(tǒng)后,每臺300MW及以上機組每年可節(jié)約直接和間接費用200萬元以上。