D3-SCM风粉系统说明书

D/3-SCM电站锅炉风粉在线监测系统说明书PAGEPAGE20D/3-SCMV2.01版本号日期描述V1.0020创建文档V2.012011-更新文档D/3-SCM交流电荷感应式电站锅炉风粉在线监测系统说明书中国西安宁夏华海控制设备有限公司V2.01

目录1产品概述21.1产品应用范围1.2D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统的主要功能1.3D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统的主要特点1.4D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统应用的意义2D/3-SCM的基本测量原理简介2.1交流电荷感应原理2.2交流电荷耦合技术2.3煤粉流速（流量）测量原理2.4煤粉浓度或质量流量测量原理2.5煤粉管道煤量平衡监测原理2.6煤粉管道不稳定流现象监测原理3D/3-SCM风粉在线监测系统设备描述3.1D/3-SCM基本测量单元3.2分散布置系统方案3.3多点集中布置系统方案示意如下图所示：3.3.1方案描述4D/3-SCM主要技术指标：5设备安装5.1传感器安装：5.2分散布置单台信号处理单元详细安装图5.3分散布置单台设备接线图5.4多点集中布置现场控制柜参考图5.5现场测点的总体安装连接示意图6设备调试6.1现场调试6.2标定7包装、运输与储存8销售与服务9D/3系列其他产品简介1.产品概述：燃煤电站中，燃烧器的煤粉浓度和同层各燃烧器的煤粉分布是影响锅炉运行效率和安全的重要因素，各燃烧器保持最佳的风煤配比、维持各燃烧器的煤粉流量平衡、保证煤粉的均匀分配，是优化燃烧的有效途径。风粉在线系统能实时提供各风管的风煤参数，使风煤配比调整达到最佳、燃烧器出口气流速度最佳、过量空气系数在允许的范围内最小，达到优化过炉燃烧的目的。多年来，由于没有理想的测量设备，国内直吹式制粉系统大多没有安装在线系统；部分安装了风粉在线系统的厂家，也因为设备本质缺陷而闲置不用。根据我们的市场调研，传统风粉在线系统大多是采用差压式原理开发的，设备易堵塞、易磨损、维护量非常大，更主要的是测量数据的准确性与稳定性存在问题。D/3-SCM交流电荷感应式锅炉风粉在线监测系统，是宁夏华海控制设备有限公司在多年D/3系列产品成功应用的基础上，自主研发生产的新一代专利产品，采用目前国际上最先进的交流电荷耦合技术、数字信号处理技术、现场总线技术，能够在线、高精度、免维护测量煤粉浓度或质量流量、煤粉绝对流速、粉管之间煤量分布、煤粉不稳定流现象等。无需配置其它传统的差压测速设备（包括变送器），不存在设备堵塞、无需吹扫，免维护设计，信号连续稳定，代表性强，是目前直吹式制粉系统在线测量的最佳选择。1.1产品应用范围：D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统适用于煤粉锅炉所配各类中储、直吹式制粉系统。1.2D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统的主要功能：实时检测管道内煤粉浓度或质量流量实时检测管道内煤粉绝对流速实时监测各煤粉管道煤量分配实时监测煤粉管道不稳定流现象通过对炉燃烧器的各个粉管内煤量及流速的测量，可监视每个燃烧器燃料平衡和风煤配比，为锅炉实现以单个燃烧器为基础的均衡、充分、高效燃烧提供有力手段，从而大大减少目前出于环保压力而广为采用的锅炉低NOx燃烧系统所带来的未燃烬碳和污染物排放量；通过所计算出的风粉混合管内煤粉流速值，可推导出各个风粉混合管内的绝对煤粉量，从而可以检查一次风量是否适当，是否存在堵粉等现象。通过检测各个粉管内煤粉传输中的诸如粉量突增、突减等非稳定煤流现象，可及时获知燃烧性能劣化和压力的波动。1.3D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统的主要特点：所有数据均是连续、实时的实现跨越整个管道截面的数据测量，测量值代表性强测量数据不受煤种、湿度、灰分、煤粉黏性、管道压力、温度的影响各煤粉管道实现同步测量，数据传输采用现场总线技术探头采用耐磨钨钴合金，洛氏硬度>95,长寿命免维护设计，无需额外配置吹扫设备，不存在设备堵塞问题对直管段要求更少，环境适应性强安装简便，磨煤机停运时间短1.4D/3-SCM锅炉风粉在线监测系统应用的意义：D/3-SCM实时提供的数据是燃煤锅炉良好煤粉分配与控制的基础，其意义如下：提高锅炉燃烧效率稳定燃烧降低管道磨损降低飞灰含碳减少未燃尽的碳提高灰渣再利用价值降低NOx、COx排放平衡风粉分配平衡再热器、过热器温度场分布平衡锅炉氧量场分布，减少过量空气系数最低（但是安全的）运输速度减少所需要的空气量减少所需要的空气压力提高磨煤机煤粉输出量的潜力改善燃烧改善煤粉着火条件消除火焰脱火现象降低飞灰残渣2、D/3-SCM的基本测量原理简介：D/3-SCM的基本测量原理包括三个方面：2.1交流电荷感应原理：每一种物质都在«电荷感应序列»中占有一个席位：+++++空气，大部分气体，干燥的人手皮肤，石棉，兔子皮毛++++醋酸盐，玻璃，云母+++人类头发，尼龙，羊毛，皮草++铅，丝绸，铝，纸，棉花+钢材，木材，琥珀，蜡，硬橡胶聚酯薄膜，镍，铜，银-生产线路板的UV保护材料--黄铜，黄金，白金，硫磺人造纤维，假象牙，聚丙烯氰纤维，苯乙烯，聚丙烯树脂，聚偏氯乙烯纤维，聚氨脂，聚脂聚乙烯，聚丙烯硅树脂，聚四氟乙烯，硅橡胶交流电荷感应技术的原理依据是每一种物质都在«电荷感应序列»中占有一个席位，在动态状态下，任何两种不同物质将相互感应产生电荷。流体可以是空气（如火电厂的二次风）或气固两相流（如火电厂的一次风粉、含尘烟气等），我们称为介质流。当管道中的介质流经过应用耦合技术的探头时，探头所接收到的电荷信号来自介质对探头的撞击电荷、摩擦电荷和感应电荷。由于安装在管道上探头的表面积相对于管道面积非常小，大部分接收到的电荷信号来自于感应电荷。煤粉浓度越高和流速越大，感应、摩擦、撞击所产生的电荷信号越强。如下式所示，电荷信号强度是煤粉浓度和风粉流速的二元函数，它既受煤粉浓度大小的影响，也受风粉流速变化的影响。E=f(N,V)其中：E—电荷感应信号强度 N—煤粉浓度V-- 风粉流速D/3-SCM系统就是基于此原理，通过插入式金属探头，也就是我们的上下游传感器，安装在需要测量的送粉管道上，当煤粉介质流经上下游传感器时，传感器探头就会产生如下图中的电荷感应信号；系统就是利用这组感应信号进行煤粉流参数测量的。2.2交流电荷耦合技术目前基于电荷感应技术有两种：交流耦合和直流耦合技术。直流耦合技术完全滤除以上所有的交流信号，只对煤粉颗粒对探头的撞击和摩擦以直流电导方式传进探头，这产生一个正负电荷平均值，经过系统的放大、分析和处理来显示煤粉瞬时总量。国内目前采用单探头方法的煤粉浓度监测系统，都是采用直流耦合技术，用煤粉瞬时总量值代表煤粉浓度，系统中没有剔除掉流速的信号变量影响，在假设风粉流速不变的前提下，测量参数才有意义，因此不能获得稳定的煤粉浓度信号。交流电荷耦合技术是测量一次风粉流经探头时的感应电荷围绕电荷平均值的交流扰动量（不是直流耦合技术的撞击和摩擦电荷），作为煤粉流参数测量的基础信号。在交流耦合技术中，感应电荷的正负平均值被滤除，然后系统探测剩余扰动信号的电场、波峰值、均方根值、动量以及其他各种混合变化。由于直流耦合技术的信号接收来自煤粉颗粒与探头的直接撞击所产生电子传导，电荷的正负平均值将接近零。如果发生以下任何一种或多种情况时，直流耦合技术探头所接收的信号显示就非常不准确：●探头部分表面被粉尘覆盖；●探头材质与粉尘颗粒性质接近；

●探头材料不单纯，导致对同一种粉尘颗粒同时产生正和负电荷；

●头镀上一层非导电体，直流电受到绝缘不能传导进监测系统；

●由于粉尘颗粒在烟道内壁的碰撞，在撞击探头时已经达到电荷平衡状态，没有产生电导现象。以上的任何一种因素都能使总直流电荷正负抵消导致直流耦合技术的系统失效。而交流耦合技术的系统本身探测的是一种不规则的扰动性，在以上情形下保证了探头能够即时接收到可测、有效地交流电荷信号。2.3煤粉流速（流量）测量原理利用交流耦合技术对风粉流速的测量原理是：由一对与煤粉管道垂直并且相互平行的传感器完成的。如下图所示：交相关数学模型求出时间差交相关数学模型求出时间差∆t感应电荷信号传感器分为上游传感器和下游传感器，根据交流电荷感应原理，即煤粉粒子在流经一对传感器时，在上下游传感器探头上感应等量随机电荷信号，两组随机信号在信号处理单元中经过交相关数学模型计算后就能获得二个信号的高精度时差（煤粉经过二个传感器所用时间）△t；上下游传感器之间的距离是恒定的L，利用公式：V(m/s)＝L(m)÷△t(s)可以准确的计算出煤粉绝对流速。在输入风道的截面积后就可测得体积流量；当装置接入煤粉管道温度和压力变送器后就可以计算出标准状况下的体积流量。采用交流电荷感应技术测量流速，由于只关心介质通过上下游传感器时产生的电荷信号的时差，因而测量精度不受介质成份的变化及周边环境(如：温度、压力、湿度、电磁干扰等)变化的影响，而且不需要现场标定；区别于传统的△P测量（如皮托管、多喉径、威力巴等）具有零漂移，纯线性特征；不需要吹扫，工业应用具有免维护特性；由于交流技术信号来自于煤粉的大面积感应电荷，受管道紊流影响少，可在很少的直管段上、大管道上实现高精度稳定的流量测量。2.4煤粉浓度或质量流量测量原理对于燃煤锅炉一次风煤粉浓度的测量，不需要增加额外的硬件设备，而是利用流速测量配置中的上下游传感器的交流电荷扰动量信号，与煤粉瞬时总量相关性的原理，除去同一时刻、同一测点的一次风瞬时流速，如下式所示：煤粉浓度=煤粉总量÷（流速x管道截面积） [mg/m³]=[mg/s]÷[m/sxm²]便可以准确地测得一次风管中煤粉的相对浓度值，经总量标定法现场标定后得到煤粉浓度的绝对值（所有的浓度测量设备，都需要安装后进行现场标定）。有了流速值、煤粉浓度值、管道面积就可计算出煤粉的质量流量。如果系统引入给煤机的煤量信号，D/3-SCM可自动算出各煤粉管道内的煤粉质量流量，而无需人工标定。2.5煤粉管道煤量平衡监测原理D/3-SCM同步采样磨煤机出口各煤粉管道的煤粉浓度、流速，在系统的上位机上或DCS上就可显示各个粉管的煤量分布的信息。2.6煤粉管道不稳定流现象监测原理D/3-SCM系统信号处理单元的高速数据采集，连续采集交流电荷感应信号，在上位机以包络线方式再现信号强度，通过连续的数据曲线可直观地显示一次风管道内煤粉流不稳定现象，这种不稳定现象有可能使锅炉运行出现故障。曲线的不同形式还可以用来检测由于磨煤机来的一次风不足而导致的煤粉沉积、一次风管道内能够导致炉膛压力和尾气排放波动的突发状况。3．D/3-SCM风粉在线监测系统设备描述3.1D/3-SCM基本测量单元D/3-SCM基本测量单元由上、下游传感器、信号处理单元和安装底座组成。传感器和安装底座 信号处理单元传感器分为上游传感器和下游传感器（可互换），安装底座垂直于煤粉管道安装，安装底座采用数控加工，标准距离为200mm，自然保证了上、下游传感器相互平行。传感器由传感器探棒（耐磨合金）、刚玉绝缘体、保护套管、固定螺母、电气壳体、信号放大板和接线端子组成。传感器探棒主要作用是感应煤粉流过时产生的电荷信号，信号调理板将电荷信号放大转换成电压信号，以差分电压方式送给信号处理单元，调理板由信号处理电源供电，采用双电源直流供电。信号调理板安装在电器壳体内，接线端子如下图所示。调理板供电±15V直流电流小于10mA端子V+\V-\GND输出信号电压差分±5V端子A/B信号处理单元由输入信号调理板、输出信号调理板、主控制板、显示板、OLED高亮显示器、电源板、薄膜键盘、总线接口板、铝合金壳体等构成。 输入信号调理板给传感器供电并接收传感器的差分电压信号，经过电特性隔离，将信号传给主控制板。输入信号调理板可接收两路或四路传感器信号。输出信号调理板主要功能是将主控制板输出的流速和浓度模拟信号转换成4～20mA电流环信号，输出给DCS。输出信号调理板可输出两路或四路4～20mA电流环信号。主控板主要功能是数据采集、数学模型计算、输出信号、显示控制、界面管理等。总线接口板是选装板，为了节省DCS模拟通道，风粉在线建议选用现场总线方式连接，总线板采用CAN多主双绞线差分方式，将信号处理单元连接在一起，通过协议转换器将CAN总线转成MODBUS总线，以RTU方式与DCS通讯。模板连接图参考下图：单通道信号调理板端子接线图（2路传感器输入，1路4～20mA电流环输出）3.2分散布置系统方案 每根风管独立安装，流速和煤粉浓度数据采用4～20mA电流环传输，报警信号采用开关量传输。信号处理单元就地安装。信号处理单元安装在就地电控箱内。系统连接如下图所示：现场安装参考图片如下：

3.3多点集中布置系统方案示意如下图所示：系统配置示意图信号传输采用现场总线技术，稳定可靠且节省电缆和DCS模拟通道，信号处理单元集中安装在现场控制柜内，是优选推荐方案。现场控制柜、上位机根据具体应用选配。3.3.1方案描述：每个测点由一对传感器探头与一台信号处理单元组成；每对传感器探头分别垂直平行安装在每根送粉管道的中轴线上，传感器探头采用高强度耐磨钨钴合金材料制造，设计寿命不低于5年；信号处理单元统一安装在现场的电控柜内，通过专用电缆与传感器探头连接。电控柜内的信号处理单元，通过内部CAN总线连接，将信号送往协议转换器。协议转换器通过标准的以太网TCP/IP协议与上位机通讯；可以满足同时与专用上位机与DCS通讯，协议转换器安装在现场电控柜内。现场电控柜选用标准柜，就地安装；可以为每台信号处理单元及协议转换器提供220VAC的供电需求。现场传感器探头与信号处理单元、信号处理单元之间及协议转换器的连接电缆，统一采用RVVP2×1.5电缆，协议转换器与上位机的通讯电缆采用以太网标准的五类网线连接；并且所有电缆必须按照电厂要求走专用的桥架与线槽。现场安装参考图片如下：

4、D/3-SCM主要技术指标：测量精度煤粉浓度优于1%煤粉流速小于1%（典型）重复度0.1%测量范围煤粉浓度0～2kg/kg煤粉流速2～60m/s上下游传感器数量/送粉管道2/组适用管道压力2MPa适用介质温度范围0～500探头材料特制钨钴合金寿命大于5年防护等级IP68环境温度范围<85环境湿度范围0～100%RH环境海拔高度3000mMAX安装方式底座螺纹安装信号处理单元测点数每个信号处理单元可测量一支粉管的煤粉浓度、流速参数显示操作界面中文点阵OLED显示和薄膜按键信号输出方式标配4～20mA电流环，选配现场总线接口（MODBUS）电源需求AC85～26447～63Hz15W环境温度范围-20～85环境湿度范围0～90%RH海拔高度3000mMAX防护等级IP65机械规格251×192×85mm(H×W×D)重量1.5Kg安装方式壁挂设备存储环境温度范围-20～85湿度范围 0～90%RH海拔高度6000mMAX信号处理单元柜上位机柜机械规格2200×800×600mm(H×W×D)防护等级IP565、设备安装5.1传感器安装：传感器探头安装在传感器安装底座上，安装底座的详细开孔图如下所示：一对传感器探头必须相互平行且垂直与送粉管道中轴线。5.2分散布置单台信号处理单元详细安装图5.3分散布置单台设备接线图5.4多点集中布置现场控制柜参考图5.5现场测点的总体安装连接示意图

6、设备调试6.1现场调试宁夏华海控制设备有限公司负责D/3-SCM设备的现场信号值检测、系统参数设定以及信号处理单元的内部通讯连接等工作。宁夏华海公司负责内部通讯连接与调试，并将信号送往协议转换器。宁夏华海负责煤粉细度在线监测系统流速/流量测量值的调试，确保测量值的准确性与稳定性；D/3-SCM设备采用交流耦合技术与数字信号处理算法，可以