雷达料位计安装位置的改进及应用

庄东方 刘 勇 钱 鹏

雷达料位计安装位置的改进及应用

庄东方 刘 勇 钱 鹏

（华电江苏能源有限公司句容发电厂，江苏 镇江 212000）

火力发电厂原煤仓中的料位高度是考核煤场上料作业量的主要依据。但在实际使用中，由于安装缺陷，会造成原煤仓中料位计计数不准确。根据电厂的实际环境和运行情况，选择了最符合要求的LR260雷达料位计，并根据实际操作经验，对该料位计的安装位置进行优化改进，大大提高了料位计的计量准确度，既保证了原煤仓的正常工作，又降低了料位计的维护工作量，使料位计工作稳定，拆卸方便，建议在电厂中推广使用。

原煤仓；雷达料位计；改造应用

1 研究背景

火力发电厂的原煤仓是电厂燃煤的主要储存设备，同时也是确保机组运行的基本保障。料位高度是煤场上料作业量的主要判断依据，也是煤场日常生产管理工作中的重要指标［1］。

句容发电厂拥有2×1 000MW的发电机组，对煤炭的需求十分巨大。现实中发现，该电厂原煤仓内经常充满粉尘，并且还经常伴随有夏季高温下由于煤自燃而产生的烟雾及冬季煤炭在低温下冷凝而产生的水蒸气，这些问题导致电厂投产以来经常发生料位采集误差大等问题，这使电厂的运行人员无法将料位计采集得到的数据作为原煤仓煤位的判断依据，煤位的判定都是依靠现场值班员用强光手电进行估算。为此，燃料部不得不每天派巡检人员到现场检查煤仓煤位，以免发生断料或满仓漫煤现象。在实际运行中，需要实时监控12个高24m、直径8.8m的原煤仓，这增加了原有的工作量，也加大了工作风险，消耗了极大的人力和物力。为改变料位计的应用现状，句容发电厂的相关部门对煤仓料位计进行了改造，先后试验过超声波料位计、激光料位计和雷达料位计，经过一番考察论证和实际运行后，采用了西门子LR260雷达料位计，并根据该料位计在运行中出现的问题对其安装进行改进设计，在后期投入使用中取得了较好的效果，为其他电厂的料位计安装提供了技术支持。

2 料位计应用现状

2.1 超声波料位计

超声料位计利用回波测量的方法判定物料在料仓内的具体位置。但是，由于超声波的穿透力不是特别强，如果在原煤仓内的局部有一团浓度很高的煤粉，会对超声波传播造成反射，导致反射的位置高度和实际矿料表面高度产生较大偏差，使料位计读数出现较大误差。同时，颗粒较小的煤粉很容易和水汽结合成黏糊状的杂物，这些杂物经常积附在料位计探头的发射面，阻碍了超声波的发射与接收，进一步加大了料位计的测量误差［2］。

2.2 激光料位计

激光料位计内置可见的激光瞄准被测介质与高精度高分辨率的计时装置，通过测量红外激光在发射点和被测介质之间往返时间t，利用公式L=t×c/2（c为光速）计算距离［3］。激光料位计属于非接触式的测量装置，由于激光可以穿透玻璃，因此，激光料位计经常采用玻璃作为端盖，测量的精度较为准确。但是，由于原煤仓内的粉尘浓度和湿度过大，玻璃表面经常附有粘附粉尘和与水汽混合而成的煤浆。为保证料位计玻璃表面的清洁，需要运行人员或者检修专员定时擦拭激光料位计。另外，激光料位计对高粉尘煤种的穿透能力较差，且激光料位仪的采购价格相比其他料位仪偏高，从性价比方面来看，该料位计不宜在电厂中广泛使用［4］。

3 雷达料位计

3.1 雷达料位计简介

雷达料位计利用电磁波的特殊性能对料仓内的料位进行检测。通常，雷达料位计主要元件为发射装置及探测装置，雷达料位计工作时，发射装置会发射出一种特殊性质的电磁波，电磁波的物理性质和可见光相似，电磁波以光的速度传播并且其传播速率不受压力、温度等介质的影响。雷达料位计采用发射-反射-接收的工作方式，发射率取决于被测介质的传导率及介电常数。电磁波可以穿透原煤仓中的粉尘，且其遇到障碍物时极易反射，被测介质的导电性能越好，产生的回波信号反射就越好。雷达料位计采用的通讯协议是HART，可以通过通讯器进行组态，通过仪表测量及回波曲线调整参数，实现对故障的判断［5］。

句容发电厂通过实践选用的LR260雷达式料位计由发射及接收装置、信号处理器等几部分组成。西门子提出的K波段测量技术，能在较大程度上提升雷达波在物体表面的反射效果，有利于实现对料位的准确测量。根据波的特性公式波速＝频率×波长可知，与低频率的微波相比，高频率的微波波长更小，这使其在粗糙的固体表面形成更多反射，大幅度提升了微波测量的可靠性。

另外，该料位计采用的微波技术是高频率的，根据相应的增益公式G=η×(π×D/λ)/2（式中η为孔径的系数，D为天线的尺寸，λ为微波的波长）可知，利用K波段的雷达料位计可以采用小喇叭口得到大增益，因此，25GHZ的雷达仅需采用13.3cm的喇叭口天线就能实现较好的性能，同时也方便安装（LR260雷达料位仪如图1所示）。

3.2 雷达料位计原理

雷达式料位计的工作原理是发射-反射-接收（见图2）。雷达传感器天线采用波束的形式发射出24GHz的信号，该信号接触被测介质后发生反射，天线对反射回来的信号进行接收并将其发送给电子部件。微处理器会对该信号进行处理，由智能软件识别正确的回波信号。从发射到接收的时间t和传感器到介质表面的距离是成正比的，与物料的高度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表示雷达波速；t表示雷达波发射到接收的时间间隔。

图1 LR260雷达料位仪简图

图2 雷达料位计原理图

4 LR260雷达料位计的安装改进

在实际运行中发现，原煤仓内的恶劣环境使水汽和煤粉经常粘附在喇叭口的端盖上，影响雷达料位计示数的准确性，造成很大计数误差，因此有必要对该雷达料位计的安装进行改进设计。

4.1安装方式

使用切割机切出180mm和320mm长的角钢各4段，再使用电焊机焊接出如图3所示的支架。

图3 支架简图

相对应地，在原煤仓上割出160mm×160mm的探测孔，将做好的支架垂直安放在孔洞上面，之后将LR260雷达料位计的喇叭口放置在支架180mm×180mm的孔中，安装方式如图4所示。

图4 雷达料位计安装方式

4.2 安装位置

料位仪安装位置将会对到料位仪的使用效果产生直接影响。雷达发生器发出的超声脉冲以8°的锥束射向料面，在声束区内任何能反射声波的物体都会产生回波。句容发电厂的原煤仓是一个圆锥和圆柱体的结合体，从结构方面分析，避开仓壁很重要，特别是锥体和柱体的结合部位与进料口的附近位置，防止仓壁与煤流的反射波对料面的回波进行反射，避免其对测量结果产生影响。通常，料位计的安装需要遵循以下四项原则：①料位计的探头应最大程度地对准出料口；②安装位置应该避开仓壁；③安装位置不能太接近进料口；④隐蔽安装料位计以防止损坏（安装位置如图5所示）。

图5 雷达料位计安装位置示意图

4.3 安装调试

LR260雷达料位仪是一体化产品，采用二线制形式供电，输出的模拟信号范围是4～20mA，同时还提供HART型的数字信号及各种协议的数字通信功能，与计算机的监控系统连接时非常方便，既可以通过手操器直接进行现场调试，也可以通过SIMATIC PDM进行操作。调试原理图如图6所示，快速启动设置如表1所示。

图6 调试原理图

表1 快速启动设置表

5 使用效果分析

①原煤仓在进行加仓作业时，源源不断的煤流会在煤仓内形成空气对流，气流经割出的方形探测孔排出，正好对料位仪的喇叭口端面形成自然吹扫，带走了粘附在喇叭口端面的大部分的煤粉和水汽，不会在喇叭口附近凝结成杂物，有效解决了杂物对雷达料位计测量料位的干扰问题（如图7所示）。

图7 原煤仓内气流

②由于雷达料位计是直接放置在支架上的，没有使用螺栓及其他紧固件进行连接，这大大减少了后期维护检修的工作量。

③对安装位置的改进设计实现了对上料作业量的准确考核，淘汰了误差较大的测量方法。采用该装置可以对原煤仓内的贮煤量进行准确判断，提升煤场内物料消耗核算的可靠性，也方便了对生产作业计划的准确编制，可事先安排上料时间、配比更改时间及设备检修时间，从而实现科学管理。

④操作人员不需要再到下料口附近观察料位，也不需要经常性地对漫煤进行清理，明显改善了操作环境，提高了电厂的生产效益。

6 结语

雷达料位计是目前通用的料位测量仪表中适用范围最广泛、测量最精确、维护也最方便的料位测量仪表。本文提出的雷达料位计安装改进办法提高了煤炭料位的准确测量，保证了生产安全。经过后期10个月的不断改进，在句容发电厂12个原煤仓安装的LR260雷达料位计能正常工作，准确采集料位，运行人员将采集到的数据作为煤位的判定依据，能有效满足生产需要。

［1］王建文.LFMCW雷达料位仪测距原理研究及应用［D］.南京：南京林业大学，2007.

［2］林茂庸，柯有安.雷达信号理论［M］.北京：国防工业出版社，1984.

［3］张直中.雷达信号的选择与处理［M］.北京：国防工业出版社，1979.

［4］MerrillLSkolinik.雷达手册［M］.王军，林强，译.北京：电子工业大学，2003.

［5］赵美凤.智能信号处理在FMCW雷达物位计的应用研究［D］.太原：太原理工大学，2006.

Improvement and Application of the Installation Position of Radar Level Gauge

Zhuang Dongfang Liu Yong Qian Peng
（Huadian Jiangsu Energy Co.,Ltd.Jurong Power Plant，Zhenjiang Jiangsu 212000）

The height of material level in the original coal bunker of thermal power plant is the main basis for checking the amount of loading on the coal yard.But in actual use,due to installation defects,it will result in inaccurate counting of the material level in the original coal bunker.According to the actual environment and practical experience,the most suitable LR260 radar material level meter is selected,the installation of the material level meter is optimized and improved in this paper,the measurement accuracy of the material level meter is greatly improved,the utility model not only ensures the normal operation of the original coal bunker,it also reduces the workload of maintenance,the material level meter is stable.

coal bunker；radar material level meter；transformation and application

TH816

A

1003-5168（2017）09-0063-04

2017-08-02

庄东方（1971-），男，大专，助理工程师，研究方向：电厂输煤系统电控检修；刘勇（1992-），男，本科，助理工程师，研究方向：火电厂燃料电控检修；钱鹏（1993-），男，本科，助理工程师，研究方向：火力发电厂燃料电控检修。