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案例頻道1、概述：
CTY-II鍋爐飛灰含碳量監(jiān)測裝置是用于電站鍋爐煙氣飛灰含碳量在線連續(xù)監(jiān)測的儀器。它是利用安裝于鍋爐尾部煙道內(nèi)的灰樣收集器，適時收集待測灰樣。利用介質(zhì)微波檢測傳感器將灰樣的含碳量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電壓信號。經(jīng)微機處理單元運算，向系統(tǒng)傳送飛灰含碳量數(shù)據(jù)，為鍋爐運行提供燃燒調(diào)整以及熱效率計算的依據(jù)。
使用本裝置對鍋爐經(jīng)濟運行，節(jié)約能源將起到很大的促進作用。
2、工作原理：
CTY-II鍋爐飛灰含碳量監(jiān)測裝置由智能取樣裝置、現(xiàn)場電控單元、系統(tǒng)主機單元通過現(xiàn)場總線連接組成。
兩套智能取樣裝置分別安裝在甲、乙側(cè)煙道除塵器前，尾部煙道水平段下方。智能取樣裝置為帶有微處理器的智能化設(shè)備，能夠自動完成煙道飛灰的采樣、檢測、排灰、故障報警等功能，并將檢測的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，通過現(xiàn)場總線傳送到現(xiàn)場電控單元。壓縮空氣氣源通過預(yù)留的馬壓嘴口接入。
現(xiàn)場電控單元向智能取樣裝置提供控制電源，并通過現(xiàn)場總線與智能取樣裝置連接起來，可完成現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置，含碳量顯示、數(shù)據(jù)標定及仿真試驗等功能，留有兩通道隔離的模擬量輸出4～20mA，向其他系統(tǒng)（如DCS等）傳送含碳量信號。一通道隔離的開關(guān)量輸入，接受外部來的投油保護接點信號。一通道隔離的開關(guān)量輸出，指示系統(tǒng)運行正常/故障報警狀態(tài)。通過高速現(xiàn)場總線與系統(tǒng)主機單元通訊，相互傳遞數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)主機單元完成對含碳量數(shù)據(jù)的顯示、記錄及分析處理，并能夠以圖形方式顯示實時含碳量曲線、年月周日平均含碳量或某一段時間內(nèi)的歷史曲線等，通過系統(tǒng)主機單元可對現(xiàn)場電控單元和智能取樣裝置進行參數(shù)設(shè)置。
3、引用規(guī)范和標準：
GB11920-98 電站電氣部分集中控制裝置通用技術(shù)條件
GB4720-84 低壓電器電控設(shè)備
JB616-84 電力系統(tǒng)二次電路用屏（臺）通用技術(shù)
IEC144 低壓開關(guān)和控制設(shè)備的外殼防護等級
ANSI488 可編程儀器的數(shù)字接口
ISA-55．2 過程運算的二進制邏輯圖
ISA-55．3 過程操作的二進制邏輯圖
ISA-55．4 儀表回路圖
SAMA PMS 22．1 儀表和控制系統(tǒng)功能圖表示法
NEMA-ICS4 工業(yè)控制設(shè)備及系統(tǒng)的端子板
NEMA-ICS6 工業(yè)控制設(shè)備及系統(tǒng)的外殼
TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議
IEEE802 局域網(wǎng)標準
4、系統(tǒng)功能：
4．1 實時含碳量數(shù)值及曲線顯示
系統(tǒng)能隨時跟蹤鍋爐煙道飛灰含碳量的變化，顯示含碳量的數(shù)值和發(fā)展趨勢，供電廠相關(guān)人員及時調(diào)整鍋爐的燃燒，控制含碳量的數(shù)值。
4．2 平均含碳量數(shù)值及曲線顯示
系統(tǒng)能根據(jù)電廠的運行要求，處理、顯示一時間段內(nèi)的平均含碳量數(shù)值。
4．3 歷史含碳量曲線顯示，可保留一月內(nèi)的快速趨勢和一年的歷史趨勢。
4．4 系統(tǒng)報警及狀態(tài)顯示。
4．5 含碳量模擬信號輸出。
4．6 數(shù)據(jù)外存功能。
4．7 在線標定功能。
4．8 同步留灰功能。
4．9 在線防真功能。
4．10 現(xiàn)場總線接口。
5、技術(shù)指標
a) 測量范圍0～20％含碳量
b) 輸出模擬量信號：4~20mA
c) 輸出一路數(shù)字信號
d) 輸出開關(guān)量信號：干接點
e) 測量周期：2~30 分鐘可調(diào)
f) 測量精度 ±0.4％ （含碳量在0～ 10％時）
±0.6％ （含碳量在10～ 20％時）
6、特點：
l 系統(tǒng)采用智能化前端設(shè)備及現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)控制、采樣、傳輸、處理的全程數(shù)字化，有效的保證了數(shù)據(jù)的完整性、實時性和可靠性。方便了操作使用及維護。提高設(shè)備的可用率。
l 現(xiàn)場電纜連接全部采用IP67防護等級的連接器，保證可靠連接的要求。
l 系統(tǒng)主機單元采用工業(yè)控制計算機，配以彩色液晶顯示器，使用工業(yè)圖形組態(tài)軟件平臺，顯示操作界面更加科學(xué)化、人性化，具備豐富的圖形處理功能。
l 智能取樣裝置中的電磁閥均采用進口品牌，保證其動作的可靠。
l 取樣頭采用高抗磨損的不銹鋼金屬材料。
l 微波檢測單元采用波導(dǎo)管傳輸微波，減少傳輸損失，采用導(dǎo)波管隔離器，防止微波反射干擾，提高檢測的精度和穩(wěn)定性。
l 完善的系統(tǒng)故障在線檢測和診斷功能
l 設(shè)備壽命管理功能，可顯示閥門動作次數(shù)，便于系統(tǒng)維護。
l 具有在線仿真功能，方便系統(tǒng)調(diào)試和維護。
三.飛灰含碳量在線檢測裝置電源與氣源要求及安裝方案
1、安裝位置：
每套CTY-II飛灰含碳量在線檢測裝置包含三部分：智能取樣裝置（包含取樣頭、取樣管、收灰單元、排灰單元等）2套，現(xiàn)場電控單元1套，系統(tǒng)主機單元1套。其中智能取樣裝置和現(xiàn)場電控單元安裝在現(xiàn)場，系統(tǒng)主機單元安裝在集控室。
智能取樣裝置安裝在鍋爐除塵器前，尾部煙道水平段下方。現(xiàn)場電控單元的安裝靠近飛灰取樣裝置。左、右側(cè)煙道各安裝一臺智能取樣裝置。
2、智能取樣裝置和現(xiàn)場電控單元安裝：
飛灰取樣頭安裝于鍋爐除塵器前的尾部煙道的底部。
安裝時在煙道底部中心線上開取灰孔，然后將飛灰取樣頭基座焊接在煙道下方。焊接要求周邊密封，不允許有漏風(fēng)。詳細內(nèi)容請參照飛灰取樣頭基座安裝圖。
智能取樣裝置機柜尺寸為550mm×600mm×1500mm（寬×深×高），機柜要求安裝在飛灰取樣頭的正下方，飛灰取樣頭至機柜集灰器部件的取樣管要保證垂直。機柜頂部距煙道底部應(yīng)留有1m空間。若煙道較高時，應(yīng)制做牢固的機柜安裝支撐架。支撐架頂面距煙道底部為2.5m間距，并在機柜的前面和后面留有足夠的人員工作面積。
現(xiàn)場電控單元機柜尺寸為550mm×600mm×1500mm（寬×深×高），靠近智能取樣裝置，便于現(xiàn)場操作。
機柜安裝地腳開孔尺寸參照附圖。
3、現(xiàn)場氣源：
智能取樣裝置要求有壓縮空氣氣源，可采用現(xiàn)場儀用壓縮空氣氣源。
智能取樣裝置留有氣源輸入馬壓嘴接口。
4、電氣安裝：
智能取樣裝置機柜與現(xiàn)場電控單元機柜、現(xiàn)場電控單元機柜與系統(tǒng)主機單元機柜和外部電氣信號連接現(xiàn)場采用IP67防護等級的航空插頭；系統(tǒng)主機單元與外部電氣信號連接采用接線端子連接，智能取樣裝置、現(xiàn)場電控單元與系統(tǒng)主機單元采用現(xiàn)場總線連接。現(xiàn)場電控單元供電電源為單相220VAC 50Hz 200VA，系統(tǒng)主機單元供電電源為單相220VAC 50Hz 1KVA。詳細內(nèi)容請參照系統(tǒng)接線圖。
5、接地：
智能取樣裝置、現(xiàn)場電控單元、系統(tǒng)主機單元要求有可靠的電氣接地。
四、關(guān)于負壓排灰及微波測量原理說明：
煙道飛灰通過取樣槍進入集灰器，14級紅外式灰位檢測器可以準確檢測灰位高度，當(dāng)集灰器收滿飛灰后，微波檢測單元開始檢測飛灰含碳量，檢測完后（大約3毫秒），集灰器下端的排灰電磁閥打開，集灰器下端通過空氣過濾器與大氣連通，由于煙道為負壓，飛灰經(jīng)由原取樣回路迅速排入煙道（大約2秒），灰位檢測器可準確檢測排灰狀況，排灰完成后集灰器下端的排灰電磁閥關(guān)閉，負壓消失，又進入收灰過程。
當(dāng)機組在啟動/停機過程時，有時負壓比較小，不足以在規(guī)定時間內(nèi)將灰排出。這時集灰器下端的排灰電磁閥關(guān)閉，動力排灰電磁閥打開，利用現(xiàn)場提供的儀用壓縮空氣，將飛灰反吹回?zé)煹馈Ｅ呕彝瓿珊螅瑒恿ε呕译姶砰y關(guān)閉，又進入收灰過程。徹底解決了堵灰問題。
特點：電磁閥只通過空氣或儀用壓縮空氣，不通過飛灰，提高了電磁閥的壽命。
現(xiàn)有個別飛灰含碳量檢測裝置的廠家因解決不了防堵問題，而將微波檢測裝置和發(fā)射裝置直接安裝在煙道兩側(cè)測量，并引入蒸氣流量信號校正，說明如下：
微波是一種高頻電磁波，是一種電磁能量，頻率大約為9GHz，它不同與超聲波，因為超聲波只是一種機械能，它只對被測介質(zhì)的體積有反應(yīng)。 鍋爐飛灰中含有未燃盡的碳微粒，由于碳具有導(dǎo)電性，它對微波具有吸收作用，吸收要求被測介質(zhì)在靜止狀態(tài)，需要一個短的時間過程。吸收作用來自兩個方面；
1、被測飛灰樣本的多少。同樣含碳量的灰樣，被測樣本越多，對微波的吸收就越多。
2、被測飛灰樣本的含碳量。在同樣多的灰樣下，含碳量越多，對微波的吸收也就越多。
CTY-II飛灰含碳量在線監(jiān)測裝置，通過取樣器每次將灰樣收集在固定大小的集灰器內(nèi)，每次測量取同樣多的灰樣，這就剔除了灰樣多少的因素對微波的吸收作用。只留下樣本的含碳量對微波的吸收作用。
所有的微波檢測設(shè)備只能對飛灰含碳量測出一個相對線性關(guān)系值，含碳量的絕對值，需要通過人工對同一飛灰樣本（儀器測量過的樣本）進行化學(xué)分析一次，測出含碳量的絕對值，對微波檢測設(shè)備進行一次標定，這樣微波檢測設(shè)備每次就可以測量出飛灰含碳量的絕對值。
如果將微波發(fā)射和檢測設(shè)備直接安裝在煙道兩側(cè)，隨著機組負荷的變化煙道飛灰量是個變量，兩相介質(zhì)流場也是個變量，微波無法區(qū)分是灰樣多少的變化還是飛灰中含碳量的變化引起檢測信號的變化，直接影響含碳量的測量。 鍋爐蒸汽流量和煙道飛灰量不具備唯一的對應(yīng)關(guān)系，煙氣中飛灰的濃度和風(fēng)量、燃煤的揮發(fā)份都有直接的關(guān)系。用鍋爐蒸汽流量只能粗劣地補償煙道的飛灰量，每次瞬間測量的飛灰量根本無法確定，樣本不確定，何談測量精度？實際測出的是煙氣中煙塵的濃度，而不是含碳量。這種引入外部信號校正飛灰含碳測量裝置的做法已經(jīng)失去了在線測量的意義。
人工標定無法做到取同一個飛灰樣本，也就無法標定設(shè)備。如果設(shè)備不能標定，它所測出的值就失去了實際意義。國內(nèi)外許多廠家做過大量的試驗，將微波發(fā)射和檢測設(shè)備直接安裝在煙道兩側(cè)，都是由于被測樣本不確定，放棄了該方案。我國的熱工所、中試所和電廠的化學(xué)分析，都是采用取樣定量分析法。因此，將微波發(fā)射和檢測設(shè)備直接安裝在煙道兩側(cè)來測量飛灰含碳量，原理上就有缺陷，所謂新技術(shù)更無從談起。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號