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(yè)生產(chǎn)設備里的液體、粉粒狀固體、氣體之間的分界面位置，根據(jù)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(fā)電燃料，大多數(shù)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(fā)電系統(tǒng)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(wěn)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(zhuǎn)站，煤粉是用空氣傳輸?shù)�，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。

可是，這個溫度使煤粉中的水分快速蒸發(fā)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，集熱的最終結果是燃燒。燃燒加劇周圍乃至倉內(nèi)的集熱，周而復始，惡性循環(huán)，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(jù)有關資料報道，自燃煤粉約占發(fā)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(fā)生，給火電廠造成巨大損失。目前，最經(jīng)濟、最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(jiān)控，使其始終處于最佳中轉(zhuǎn)適控狀態(tài)，這是火力發(fā)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(fā)信裝置以及帶微機的顯示儀表所組成。起動后，微機發(fā)出降錘信號，伺服電動機轉(zhuǎn)動放下重錘，當重錘碰到料面后，發(fā)信器發(fā)出信號給微機，使重錘停止下降并發(fā)出升錘信號，伺服電動機反轉(zhuǎn)使重錘上升，并發(fā)出料位信號值給顯示儀表。重錘升至倉頂后電動機停轉(zhuǎn)，經(jīng)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(fā)信等裝置。重錘式料位傳感器可解決一定量程范圍內(nèi)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(fā)射的g射線能夠穿透容器壁和容器內(nèi)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(huán)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(fā)生器和接收器。發(fā)生器發(fā)出的超聲波經(jīng)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(fā)射至接收所經(jīng)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(nèi)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(shù)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(shù)與空氣介電常數(shù)差別大，變化的介電常數(shù)在進行連續(xù)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(chǎn)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，最小盲區(qū)是0.7m，此范圍以內(nèi)不能使用，最遠距離受聲功率限制，只能測40m內(nèi)的料位；德國E+H公司的QG型為核輻射式料位傳感器，發(fā)射源的Co-60或Cs-137封裝在灌鉛的鋼保護罩內(nèi)，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(fā)射源相對應的位置，若g射線發(fā)散角、距離和接收器三者相互配合，在整個量程范圍內(nèi)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(shù)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(fā)出脈沖信號，電機反轉(zhuǎn)至初始位置