1 研究背景

        火力發電廠的原煤倉是電廠燃煤的主要儲存設備，同時也是確保機組運行的基本保障。料位高度是煤場上料作業量的主要判斷依據，也是煤場日常生產管理工作中的重要指標。

 

        句容發電廠擁有2×1 000MW的發電機組，對煤炭的需求十分巨大?，F實中發現，該電廠原煤倉內經常充滿粉塵，并且還經常伴隨有夏季高溫下由于煤自燃而產生的煙霧及冬季煤炭在低溫下冷凝而產生的水蒸氣，這些問題導致電廠投產以來經常發生料位采集誤差大等問題，這使電廠的運行人員無法將料位計采集得到的數據作為原煤倉煤位的判斷依據，煤位的判定都是依靠現場值班員用強光手電進行估算。為此，燃料部不得不每天派巡檢人員到現場檢查煤倉煤位，以免發生斷料或滿倉漫煤現象。在實際運行中，需要實時監控12個高24m、直徑8.8m的原煤倉，這增加了原有的工作量，也加大了工作風險，消耗了極大的人力和物力。為改變料位計的應用現狀，句容發電廠的相關部門對煤倉料位計進行了改造，先后試驗過超聲波料位計、激光料位計和雷達料位計，經過一番考察論證和實際運行后，采用了西門子LR260雷達料位計，并根據該料位計在運行中出現的問題對其安裝進行改進設計，在后期投入使用中取得了較好的效果，為其他電廠的料位計安裝提供了技術支持。

 

2 料位計應用現狀

2.1 超聲波料位計

        超聲料位計利用回波測量的方法判定物料在料倉內的具體位置。但是，由于超聲波的穿透力不是特別強，如果在原煤倉內的局部有一團濃度很高的煤粉，會對超聲波傳播造成反射，導致反射的位置高度和實際礦料表面高度產生較大偏差，使料位計讀數出現較大誤差。同時，顆粒較小的煤粉很容易和水汽結合成黏糊狀的雜物，這些雜物經常積附在料位計探頭的發射面，阻礙了超聲波的發射與接收，進一步加大了料位計的測量誤差。

 

2.2 激光料位計

        激光料位計內置可見的激光瞄準被測介質與高精度高分辨率的計時裝置，通過測量紅外激光在發射點和被測介質之間往返時間t，利用公式L=t×c/2 （c為光速）計算距離。激光料位計屬于非接觸式的測量裝置，由于激光可以穿透玻璃，因此，激光料位計經常采用玻璃作為端蓋，測量的精度較為準確。但是，由于原煤倉內的粉塵濃度和濕度過大，玻璃表面經常附有粘附粉塵和與水汽混合而成的煤漿。為保證料位計玻璃表面的清潔，需要運行人員或者檢修專員定時擦拭激光料位計。另外，激光料位計對高粉塵煤種的穿透能力較差，且激光料位儀的采購價格相比其他料位儀偏高，從性價比方面來看，該料位計不宜在電廠中廣泛使用。

 

3 雷達料位計

3.1 雷達料位計簡介

        雷達料位計利用雷達波的特殊性能對料倉內的料位進行檢測。通常，雷達料位計主要元件為發射裝置及探測裝置，雷達料位計工作時，發射裝置會發射出一種特殊性質的雷達波，雷達波的物理性質和可見光相似，雷達波以光的速度傳播并且其傳播速率不受壓力、溫度等介質的影響。雷達料位計采用發射-反射-接收的工作方式，發射率取決于被測介質的傳導率及介電常數。雷達波可以穿透原煤倉中的粉塵，且其遇到障礙物時極易反射，被測介質的導電性能越好，產生的回波信號反射就越好。雷達料位計采用的通訊協議是HART，可以通過通訊器進行組態，通過儀表測量及回波曲線調整參數，實現對故障的判斷。

 

        句容發電廠通過實踐選用的LR260雷達式料位計由發射及接收裝置、信號處理器等幾部分組成。西門子提出的 K 波段測量技術，能在較大程度上提升雷達波在物體表面的反射效果，有利于實現對料位的準確測量。根據波的特性公式波速＝頻率×波長可知，與低頻率的微波相比，高頻率的微波波長更小，這使其在粗糙的固體表面形成更多反射，大幅度提升了微波測量的可靠性。另外，該料位計采用的微波技術是高頻率的，根據相應的增益公式 G=η×(π×D/λ)/2 （式中 η 為孔徑的系數，D 為天線的尺寸， λ 為微波的波長）可知，利用K波段的雷達料位計可以采用小喇叭口得到大增益，因此，25GHZ的雷達僅需采用13.3cm的喇叭口天線就能實現較好的性能，同時也方便安裝（LR260雷達料位儀如圖1所示）。

3.2 雷達料位計原理

        雷達式料位計的工作原理是發射-反射-接收（見圖2）。雷達傳感器天線采用波束的形式發射出24GHz的信號，該信號接觸被測介質后發生反射，天線對反射回來的信號進行接收并將其發送給電子部件。微處理器會對該信號進行處理，由智能軟件識別正確的回波信號。從發射到接收的時間t和傳感器到介質表面的距離是成正比的，與物料的高度h成反比，即 h=H-v×t/2 。式中，H表示料槽高；h表示物料高度；v表示雷達波速；t表示雷達波發射到接收的時間間隔。

4 LR260雷達料位計的安裝改進

        在實際運行中發現，原煤倉內的惡劣環境使水汽和煤粉經常粘附在喇叭口的端蓋上，影響雷達料位計示數的準確性，造成很大計數誤差，因此有必要對該雷達料位計的安裝進行改進設計。

 

4.1 安裝方式

        使用切割機切出180mm和320mm長的角鋼各4段，再使用電焊機焊接出如圖3所示的支架。

        相對應地，在原煤倉上割出160mm×160mm的探測孔，將做好的支架垂直安放在孔洞上面，之后將LR260雷達料位計的喇叭口放置在支架180mm×180mm的孔中，安裝方式如圖4所示。

4.2 安裝位置

        料位儀安裝位置將會對到料位儀的使用效果產生直接影響。雷達發生器發出的超聲脈沖以8°的錐束射向料面，在聲束區內任何能反射聲波的物體都會產生回波。句容發電廠的原煤倉是一個圓錐和圓柱體的結合體，從結構方面分析，避開倉壁很重要，特別是錐體和柱體的結合部位與進料口的附近位置，防止倉壁與煤流的反射波對料面的回波進行反射，避免其對測量結果產生影響。通常，料位計的安裝需要遵循以下四項原則：①料位計的探頭應zui大程度地對準出料口；②安裝位置應該避開倉壁；③安裝位置不能太接近進料口；④隱蔽安裝料位計以防止損壞（安裝位置如圖5所示）。

        注：A.進料口；B.出料口；1.倉壁干擾；2.位置適合；3.進料干擾。

 

4.3 安裝調試

        LR260雷達料位儀是一體化產品，采用二線制形式供電，輸出的模擬信號范圍是 4～20mA，同時還提供HART型的數字信號及各種協議的數字通信功能，與計算機的監控系統連接時非常方便，既可以通過手操器直接進行現場調試，也可以通過SIMATIC PDM進行操作。調試原理圖如圖6所示，快速啟動設置如表1所示。

5 使用效果分析

        ①原煤倉在進行加倉作業時，源源不斷的煤流會在煤倉內形成空氣對流，氣流經割出的方形探測孔排出，正好對料位儀的喇叭口端面形成自然吹掃，帶走了粘附在喇叭口端面的大部分的煤粉和水汽，不會在喇叭口附近凝結成雜物，有效解決了雜物對雷達料位計測量料位的干擾問題（如圖7所示）。

        ②由于雷達料位計是直接放置在支架上的，沒有使用螺栓及其他緊固件進行連接，這大大減少了后期維護檢修的工作量。

        ③對安裝位置的改進設計實現了對上料作業量的準確考核，淘汰了誤差較大的測量方法。采用該裝置可以對原煤倉內的貯煤量進行準確判斷，提升煤場內物料消耗核算的可靠性，也方便了對生產作業計劃的準確編制，可事先安排上料時間、配比更改時間及設備檢修時間，從而實現科學管理。

        ④操作人員不需要再到下料口附近觀察料位，也不需要經常性地對漫煤進行清理，明顯改善了操作環境，提高了電廠的生產效益。

 

6 結語

        雷達料位計是目前通用的料位測量儀表中適用范圍zui廣泛、測量zui精確、維護也zui方便的料位測量儀表。本文提出的雷達料位計安裝改進辦法提高了煤炭料位的準確測量，保證了生產安全。經過后期10個月的不斷改進，在句容發電廠12個原煤倉安裝的LR260雷達料位計能正常工作，準確采集料位，運行人員將采集到的數據作為煤位的判定依據，能有效滿足生產需要。

 

版權：華電江蘇能源有限公司句容發電廠（莊東方 、劉 勇、 錢 鵬）

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