高保華，李志

（安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241000）

流化灰料位探測儀在電除塵氣力輸灰系統(tǒng)中的應(yīng)用

高保華，李志

（安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241000）

通過介紹流化灰料位探測儀在電除塵正壓濃相輸灰系統(tǒng)的應(yīng)用，闡述了電除塵器的工作過程以及與灰斗料位變化的對應(yīng)關(guān)系，論述了探測灰斗料位和粉煤灰流化狀態(tài)的重要性。提出了使用流化灰料位探測儀監(jiān)視電除塵器灰斗料位和流化狀態(tài)，不僅實(shí)現(xiàn)了對灰斗料位的自動控制，提高了電除塵器運(yùn)行的可靠性和輸灰效率，還為鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)運(yùn)行分析、環(huán)保排放提供了理論依據(jù)。

電除塵器灰斗料位；濃相正壓氣力輸灰；流化灰料位探測儀；最佳火花率；灰斗料位擾動

0 引言

電除塵系統(tǒng)設(shè)備是火電企業(yè)的重要生產(chǎn)設(shè)備，是必需的環(huán)保裝置。它的功能是將鍋爐煙氣中的煙塵顆粒加以清除，減少引風(fēng)機(jī)磨損，降低排入大氣中的煙塵，凈化空氣，改善環(huán)境，在電力生產(chǎn)過程中起著重要作用。它的工作原理是鍋爐尾部煙氣通過電除塵器高壓直流電場時(shí)，煙塵顆粒被帶電離子捕獲，在電場力的作用下聚向集塵極，通過振打裝置機(jī)械作用，粉塵跌落至電除塵器灰斗，由氣力輸送系統(tǒng)輸送至灰?guī)祉敳浚蟛糠址蹓m因重力作用自然墜落沉積至灰?guī)斓撞?，少量粉塵隨空氣進(jìn)入布袋除塵器過濾，經(jīng)脈沖反吹裝置剝離后墜落灰?guī)斓撞?，從而完成正壓氣力輸送工作過程。

電除塵器灰斗是電除塵器和氣力輸灰系統(tǒng)的結(jié)合部，灰斗內(nèi)灰料的安全存放關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，料位過高易發(fā)生二次揚(yáng)塵和電極短路，除塵效率下降；灰料失去流化狀態(tài)將造成輸送困難或堵塞故障，影響機(jī)組安全生產(chǎn)。統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)生輸灰系統(tǒng)堵塞、電除塵器效率下降，乃至電除塵系統(tǒng)垮塌事故，都是因?yàn)殡姵龎m灰斗料位和流化狀態(tài)控制不好，灰斗超載所致。隨著國家環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的戰(zhàn)略實(shí)施，燃煤機(jī)組相繼增設(shè)了脫硫、脫硝裝置，火電企業(yè)發(fā)電機(jī)組設(shè)備系統(tǒng)可靠性必須進(jìn)一步提高，電除塵系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行尤為重要，必須引進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，使電除塵應(yīng)用技術(shù)與國家戰(zhàn)略相適應(yīng)。

1 電除塵灰斗料位的作用及料位計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

由電除塵器的結(jié)構(gòu)可知，電除塵器灰斗是一個(gè)與外界相對封閉的設(shè)備，上部和鍋爐煙氣流相通，處于高溫低壓狀態(tài)，下部出口連接氣力輸送系統(tǒng)，由輸灰倉泵進(jìn)料閥隔離，它在整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)中承上啟下，有著特殊地位?；叶妨衔贿^高時(shí)影響電除塵器效率和安全，過低時(shí)下料不足，輸灰效率低、損耗大，所以及時(shí)、準(zhǔn)確地測量電除塵灰斗料位和流化狀態(tài)非常重要。近幾十年來，對電除塵器灰斗料位和流化狀態(tài)的探測一直困擾著業(yè)界。20世紀(jì)80年代，隨著大型火電機(jī)組和電除塵器輸灰系統(tǒng)的成套引進(jìn)，輸灰系統(tǒng)經(jīng)歷了水力輸灰、負(fù)壓輸送、正壓稀相輸送、正壓濃相輸送的變革過程；灰斗料位計(jì)由電容式料位開關(guān)、阻旋式料位開關(guān)、射頻導(dǎo)納料位開關(guān)、有放射源的核子料位開關(guān)，發(fā)展到近年來使用的無放射源的核子料位計(jì)，技術(shù)不斷更迭，是工程設(shè)計(jì)所必需的探測儀表。它的作用是通過探測灰斗料位，保證灰斗安全運(yùn)行，高料位時(shí)連鎖電除塵器跳閘保護(hù)，防止電極短路，提高除塵效率和實(shí)現(xiàn)輸灰系統(tǒng)自動化，使灰斗料位在安全狀態(tài)下運(yùn)行。但這些年來，由于電除塵灰斗料位測量的特殊性，研發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品一直不能滿足生產(chǎn)要求，主要原因是測量不準(zhǔn)確，可靠性差，誤動率高，無法實(shí)現(xiàn)工作過程自動化，只能用作報(bào)警參考。無放射源的核子料位計(jì)是近幾年開發(fā)的新產(chǎn)品，能連續(xù)測量模擬量輸出，結(jié)束了灰斗料位不能連續(xù)測量的歷史，具有突破意義。但應(yīng)用表明，無放射源的核子料位計(jì)同樣存在測量不準(zhǔn)、抗干擾能力差、經(jīng)常誤動等缺陷，無法滿足使用要求。

流化灰料位探測儀是根據(jù)流體力學(xué)和空氣動力學(xué)原理研發(fā)的，用于電除塵器灰斗料位和流化狀態(tài)探測，實(shí)現(xiàn)了電除塵氣力輸灰系統(tǒng)灰斗料位自動控制和聯(lián)鎖電除塵器保護(hù)，系統(tǒng)可靠性大大提高，解決了灰斗料位計(jì)不能滿足工業(yè)自動化要求的關(guān)鍵問題，填補(bǔ)了測控儀表不能同時(shí)探測擬流體狀態(tài)和料位的技術(shù)空白。流化灰料位探測儀是國家專利產(chǎn)品（專利號ZL2012203583408）。

圖1是流化灰料位探測儀在安徽華電蕪湖發(fā)電有限公司（以下簡稱蕪湖發(fā)電公司）的使用歷史曲線比較截圖。曲線記錄了電除塵器在正常工況下，輸灰系統(tǒng)設(shè)備檢修時(shí)灰斗料位的增長情況。其中＃2鍋爐一電場＃1灰斗和＃2灰斗料位使用流化灰料位探測儀，＃3灰斗和＃4灰斗料位使用核子連續(xù)料位計(jì)。4條曲線記錄了灰斗運(yùn)行狀態(tài)，鏡像了電除塵器的工作情況和鍋爐燃煤灰分、風(fēng)煙系統(tǒng)分配等重要信息?？梢钥闯?，使用流化灰料位探測儀能即時(shí)探測電除塵灰斗料位變化，不僅能確保電除塵系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行，還可為風(fēng)煙系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)運(yùn)行分析及環(huán)保排放提供可靠依據(jù)。

在電除塵器正常工況下，粉塵受振打墜落至灰斗，雪崩效應(yīng)引起灰斗內(nèi)粉塵流化狀態(tài)和料位擾動，直到振打結(jié)束，電除塵的煙氣流和灰斗粉塵狀態(tài)趨于穩(wěn)定。這種擾動直接反映電除塵器工作情況，若電除塵效率降低或振打裝置故障，灰斗落灰料位擾動小或沒有擾動；若擾動太大，電除塵器可能發(fā)生部件脫落或灰斗下料閥漏氣等異常現(xiàn)象。電除塵器的工作效率可通過前、后級電場除塵量遞減規(guī)律判定，每級電場、每個(gè)灰斗料位的變化與其相對應(yīng)，同比電場灰斗料位變化差異較大時(shí)，應(yīng)綜合判斷是電除塵效率問題、引風(fēng)機(jī)出力不均、煙氣流分配不均還是煙道漏風(fēng)等問題。特別是末級電場除灰量超過設(shè)計(jì)值，說明前級電場除塵效果不好，很容易造成排放污染，損壞引風(fēng)機(jī)等設(shè)備。這種情況以前不易被發(fā)現(xiàn)和重視，而使用流化灰料位探測儀監(jiān)測每個(gè)灰斗，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)和跟隨電除塵設(shè)備、風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

2 引入電除塵器電源控制機(jī)制

（1）所謂電除塵器電源引入灰斗料位擾動控制機(jī)制，就是用灰斗料位擾動信號觸發(fā)可控硅升壓，因?yàn)榛叶妨衔粩_動滯后于振打，說明電極上粉塵已清除，電源需升壓維持電場高效除塵狀態(tài)，這與目前電除塵器領(lǐng)域正在研究的“二折線火花跟隨”機(jī)制相吻合，而且更容易實(shí)現(xiàn)。

電除塵器灰斗高料位聯(lián)鎖保護(hù)，可通過流化灰料位探測儀模擬量輸出設(shè)定，也可以通過本地開關(guān)量輸出實(shí)現(xiàn)。

（2）電除塵器效率的基本概念。

圖1 流化灰料位探測儀使用情況歷史曲線比較截圖

無論電除塵器結(jié)構(gòu)有何不同，除塵效率都由多依奇公式計(jì)算式中：A為集塵器面積；qV為煙氣體積流量；υ為粉塵有效驅(qū)進(jìn)速度，與電暈功率成正比，通常在接近火花放電狀態(tài)時(shí)，電暈功率隨電壓升高而顯著增加，在A和qV不變時(shí)，提高峰值電壓就可提高除塵效率。當(dāng)電壓高至電極間產(chǎn)生火花放電時(shí)，應(yīng)封鎖可控硅進(jìn)行降壓保護(hù)，避免過早引發(fā)第2次火花，此后的電壓恢復(fù)過程，應(yīng)力求趨近于粉塵介質(zhì)恢復(fù)曲線。粉塵介質(zhì)恢復(fù)曲線的實(shí)質(zhì)是粉塵聚集脫落過程所表現(xiàn)的阻抗特性，是特定工況作為分析或計(jì)算的基本理論。圖2所描述的曲線是通過技術(shù)手段，采用二折線的電壓控制規(guī)律來逼近電壓控制曲線和趨近粉塵介質(zhì)恢復(fù)曲線，使電除塵器在理想狀態(tài)下工作。

圖2 二折線火花跟隨曲線

在實(shí)際工程中通常都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得最佳火花率，控制電除塵器工作特性，火花率設(shè)定完后，通常很少調(diào)整。當(dāng)煙氣條件發(fā)生變化時(shí)，此前設(shè)定的火花率值將不再適合新的工況，因此有可能降低除塵效率。實(shí)際每個(gè)電除塵器單元最佳火花率各不相同，如果能實(shí)現(xiàn)最佳火花率控制，則電除塵器可取得最佳除塵效果。有資料表明，引入燃煤灰分等因素參與控制器運(yùn)算以控制最佳火花率，雖取得了一定成果，但距應(yīng)用尚有較大距離。所以引入灰斗料位擾動機(jī)制更容易實(shí)現(xiàn)電除塵器電源控制，使其在最佳狀態(tài)下工作。

3 正壓濃相氣力輸灰系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

電除塵灰斗及以下工段是輸送階段，由電除塵器灰斗、輸灰倉泵、輸灰管道及閥門、灰?guī)?、布袋除塵器、氣化風(fēng)系統(tǒng)、卸灰裝置、壓縮空氣系統(tǒng)等構(gòu)成。

3.2 正壓氣力濃相輸灰系統(tǒng)工作原理

倉泵正壓氣力除灰系統(tǒng)是流態(tài)化和氣固兩相流技術(shù)的應(yīng)用，是一種利用壓縮空氣的動壓能與靜壓能聯(lián)合輸送的高濃度、高效率氣力輸送系統(tǒng)。其輸送技術(shù)的關(guān)鍵是必須使物料在倉泵內(nèi)得到充分的流化，而且是邊流化、邊輸送。工作循環(huán)分為4個(gè)階段。

3.2.1 進(jìn)料階段

進(jìn)料閥呈開啟狀態(tài)，進(jìn)氣閥和出料閥關(guān)閉，倉泵內(nèi)部與灰斗連通，倉泵內(nèi)無壓力（與除塵器內(nèi)部等壓），飛灰從除塵器灰斗進(jìn)入倉泵。當(dāng)倉泵內(nèi)飛灰灰位高至與料位計(jì)探頭接觸，則料位計(jì)產(chǎn)生一料滿信號，并通過現(xiàn)場控制單元進(jìn)入程序控制器，在程序控制器的控制下，系統(tǒng)自動關(guān)閉進(jìn)料閥，進(jìn)料狀態(tài)結(jié)束。

3.2.2 加壓流化階段

進(jìn)料閥關(guān)閉，進(jìn)氣閥開啟，壓縮空氣通過流化盤均勻進(jìn)入倉泵，倉泵內(nèi)飛灰充分流態(tài)化，壓力升高，當(dāng)壓力高至雙壓力開關(guān)上限壓力時(shí)，則雙壓力開關(guān)輸出上限壓力信號至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)自動打開出料閥，加壓流化階段結(jié)束，進(jìn)入輸送階段。

3.2.3 輸送階段

出料閥打開，此時(shí)倉泵一邊繼續(xù)進(jìn)氣，飛灰被流態(tài)化，灰氣均勻混合，一邊氣灰混合物通過出料閥進(jìn)入輸灰管道，并輸送至灰?guī)?。此時(shí)倉泵內(nèi)壓力保持穩(wěn)定，當(dāng)倉泵內(nèi)飛灰輸送完后，管路阻力下降，倉泵內(nèi)壓力降低，當(dāng)降至雙壓力開關(guān)設(shè)定的下限壓力值時(shí)，輸送階段結(jié)束，進(jìn)入吹掃階段，但此時(shí)進(jìn)氣閥和出料閥仍然保持開啟狀態(tài)。

3.2.4 吹掃階段

進(jìn)氣和出料閥仍開啟，壓縮空氣吹掃倉泵和輸灰管道，此時(shí)倉泵內(nèi)無飛灰，管道內(nèi)飛灰逐步減少，最后幾乎呈空氣流動狀態(tài)，系統(tǒng)阻力下降，倉泵內(nèi)壓力也下降至穩(wěn)定值。經(jīng)過一段時(shí)間后，吹掃結(jié)束，關(guān)閉進(jìn)氣閥、出料閥，打開進(jìn)料閥，倉泵恢復(fù)進(jìn)料狀態(tài)。至此，包括4個(gè)階段的1個(gè)輸送循環(huán)結(jié)束，重新開始下一個(gè)輸送循環(huán)。

上述4個(gè)階段是根據(jù)基本工作原理劃分，對于多級泵串聯(lián)輸灰系統(tǒng)，多采用可編程邏輯控制器（PLC）時(shí)序+結(jié)束壓力控制，策略各有不同。以蕪湖發(fā)電公司660MW機(jī)組電除塵輸灰系統(tǒng)為例（單爐配2套電除塵，每套雙室4灰斗、5電場，共40個(gè)灰斗。其一電場、二電場分A，B 2列，每列4灰斗），輸灰運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

3.3 運(yùn)行參數(shù)分析

＃2鍋爐處于正常工作狀態(tài)時(shí)，進(jìn)料時(shí)間與設(shè)計(jì)有較大差異，是因?yàn)橐浑妶龌伊看?，進(jìn)料時(shí)間減小，可縮短輸灰循環(huán)周期；五電場灰量小，進(jìn)料時(shí)間增加，可延長輸灰循環(huán)周期，運(yùn)行人員可以根據(jù)不同工況進(jìn)行調(diào)整，目的是確保一電場輸灰安全和減少五

表1 輸灰運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)

電場閥門動作頻次，提高設(shè)備利用率。然而，當(dāng)鍋爐煙氣中灰分少于設(shè)計(jì)值時(shí)，倉泵裝灰不足，就會出現(xiàn)“吃不飽”的情況，達(dá)不到濃相輸灰要求，輸灰效率降低，圓頂閥動作頻繁，設(shè)備故障率增加；灰量大時(shí)，又容易發(fā)生堵管。五電場進(jìn)料閥長時(shí)間處于開啟狀態(tài)，若進(jìn)氣閥漏氣，高壓氣體直吹電除塵器造成二次揚(yáng)塵，且不易被發(fā)現(xiàn)，所以在運(yùn)行人員無法掌控粉塵介質(zhì)變化情況、無法確認(rèn)灰斗料位是否安全的情況下，采取綜合判斷經(jīng)驗(yàn)設(shè)置參數(shù)，以確保灰斗和輸送系統(tǒng)運(yùn)行安全。

圖3是蕪湖發(fā)電公司＃2鍋爐一電場B列的輸灰歷史曲線，灰斗采用核子料位計(jì)監(jiān)視料位。因?yàn)楹俗恿衔挥?jì)測量不準(zhǔn)確，無法參與PLC連鎖程控，只用作料位顯示參考，所以輸送循環(huán)過程由PLC時(shí)序+結(jié)束壓力控制（由運(yùn)行人員設(shè)置）。由圖3可以看：出循環(huán)周期較短，閥門動作頻繁，輸灰壓力偏低，達(dá)不到濃相輸灰要求，因此輸送效率低，用氣量大。另外，采用這種PLC時(shí)序+結(jié)束壓力控制方式，若任一倉泵進(jìn)料閥關(guān)閉不嚴(yán)，進(jìn)入倉泵升壓步驟時(shí)，高壓氣體反吹灰斗，造成二次揚(yáng)塵，電除塵效率下降，由于灰斗料位計(jì)無法識別，所以很難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。

圖4是蕪湖發(fā)電公司＃2鍋爐一電場A列的輸灰歷史曲線。圖4中＃1，＃2灰斗用流化灰料位探測儀測得，＃3，＃4灰斗用核子料位計(jì)測得。因＃1，＃2灰斗料位測量準(zhǔn)確、可靠、反應(yīng)迅速，所以將其引入控制策略，把灰斗料位控制在安全范圍內(nèi)。圖4中＃2鍋爐一電場A列灰斗料位控制在0.5～2.0m，即當(dāng)灰斗料位大于2m時(shí)倉泵開始裝灰，然后進(jìn)入輸灰循環(huán)；小于0.5m時(shí)停止輸灰，等待灰斗裝灰料位再次大于2.0m時(shí)進(jìn)行下一輪輸灰循環(huán)。由于A列應(yīng)用了流化灰料位探測儀，料位變化數(shù)據(jù)引入控制策略，實(shí)現(xiàn)了料位控制自動化，與B列輸灰工況有很大不同，從而保證了濃相輸灰，提高了輸送效率，閥門動作頻率明顯減少，壓縮空氣用量大大降低，節(jié)約了生產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)成本。

圖3＃2鍋爐一電場B列輸灰歷史曲線

圖4＃2鍋爐一電場A列輸灰歷史曲線

3 結(jié)束語

流化灰料位探測儀用于電除塵器灰斗料位和流化狀態(tài)探測，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程自動化控制具有深刻意義，對于火電企業(yè)電除塵設(shè)備、風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行和污染排放又有監(jiān)督功能。文中關(guān)于灰斗料位擾動引入到電除塵器電源控制的機(jī)制，因首次提出只作闡述，目前處于可行性研究階段。

［1］馮應(yīng)料，劉智勇，馮肇霖，等.基于模糊方法的電除塵器火花率模型的研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2011，37（9）：38-40.

［2］宋鳳蓮.濃相正壓流態(tài)化倉泵氣力除灰系統(tǒng)計(jì)算模型［J］.中國電力，2011，44（4）：59-62.

［3］曹顯奇，趙明，劉海江.應(yīng)用FPGA的靜電除塵電源控制器設(shè)計(jì)［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（3）：525-528.

（本文責(zé)編：弋洋）

X 701.2

：B

：1674-1951（2015）04-0067-05

高保華（1962—），男，山東兗州人，技師，從事電廠熱控檢修工作（E-mail：gbhyl＠sohu.com）。

2014-06-26；

2014-11-03

李志（1972—），男，山東濟(jì)南人，工程師，從事電廠熱控檢修工作。