电厂中储式煤粉仓经济型流量式料位计的设计和应用
2020-12-28肖军飞
摘 要：通过流量式料位计的设计安装和使用，基本证明流量式料位计用于测量粉仓料位切实可行，而且与使用量较大的浮筒法测量有明显的优点，经济、实用，维护量小，连续测量，实时显示。为粉仓料位提供一种新的测量手段。
关键词：粉仓料位;浮筒式料位计;流量式料位计;煤粉密度和重度不稳定;测量误差;标度变换
在火电厂中，由于中储式制粉系统运行灵活，节能效果明显而得到广泛应用。但由于受中储式制粉系统的粉仓内高温、潮湿及粉尘的影响，辐射式、超声波、电容式料位计在粉仓料位测量中难以适应，流量式料位计由于煤粉的塑性严重，易堵塞取样管而不能使用，现在粉仓广泛使用的是浮筒式（或称重锤式）料位计。浮筒式料位计受粉仓的温度、粉尘影响较小，但不论是手动驱动还是电动执行机构驱动的浮筒型料位计，都存在钢丝绳与滑轮之间的机械摩擦，长时间在高粉尘环境中运行，其日常维护量大，不能连续测量的缺点便显现无遗。对此，通过创新思路在这方面进行了有益的探索和实验。成功设计、安装并试运行了一种流量式料位计，解决了浮筒式料位计不能连续测量，维护量大的缺点。对提高锅炉稳定燃烧有重要的意义。
1 流量式料位计的工作原理及组成
1.1 流量式料位计的工作原理
根据流体力学的定义，流过一固定截面的流体流量Q=ρυS。其中Q为流量;ρ是流体密度;υ是流速;S是通过流体的面积。当在一定温度、压力下，流体的密度ρ基本不变，如果保持流速υ也稳定，则流体流量Q与其通流面积S成正比。
据此，我们按图1设计，将在管壁上开有槽形孔7的取样管6插入被测料位或液位中，被测料位或液位将淹没或堵塞部分取样管6的槽形孔，在保持槽形孔7孔口流速不变的情况下，其流量Q=ρυS=ρυK（h-h1）。于是在一定流速下，被堵塞的槽形孔7长度：也就是料位高度h1=h-（Q/ρυK），这样就测量出料位或液位。
1.2 流量式料位計的组成
本流量式料位计由压力变送器1、取样管2、差压变送器3、文丘里流量孔板4、电动调压阀5、PID调节器7、风机7组成。其中，由文丘里流量孔板4、流量变送器3组成本料位计的料位信号输出核心部件。压力变送器1、电动调压阀5、PID调节器7组成取样管喷口流速稳定系统，风机6用于为测量系统提供被测介质。
2 流量式料位计在实际应用中存在的问题与解决
2.1 本流量式料位计在实际应用中存在的问题
流量式料位计安装在锅炉一个粉仓上，安装后通过观察发现，其与浮筒式粉位计测量数据相比，在本粉仓两套制粉系统全停的情况下，测量数据与浮筒式料位计测量值趋势一致，但当启动或停止制粉系统时，误差达到±50cm，
对实用性影响较大。
2.2 产生较大测量误差的原因分析
2.2.1 粉仓负压对测量准确性的影响
υ2将减小，而根据流量式料位计的测量公式Q=ρ υS可知：在υ变化时，Q与S，也即流量Q与被测料位高度h1的对应关系非单调函数，所以导致料位测量时出现较大的误差。
2.2.2 风压沿程损失hw对测量准确性的影响
由不可压缩的连续流体的伯努利方程：
从中推导，如果在Z1、Z2、p1、p2不变时，υ1增大，则hw增大，hw的增大势必造成υ2沿取样管开口各点不均和p2的不一致，从而使测量到的Q不完全符合ρυS的计算公式，产生一定的测量误差。
2.2.3 标度变换引起的测量误差
由于浮筒式粉位计测量的0m料位标定在在粉仓底部，而流量式料位计0位在取样管出口，因本仪表取样管出口并未到达粉仓底部，其与粉仓底部有数米的差距h1。当用粉仓底部为本仪表的0位时便出现了较大的测量误差。
2.3 降低测量误差采取的技术措施
①对于粉仓负压所产生的测量误差，从稳定p2的角度出发，将压力变送器1改为差压变送器，并在PID调节器7和电动调门5的控制下使风的喷口处压力p2稳定，从而减小由于粉仓负压变化造成的测量误差;
②对于由于流量变化时沿程损失hw造成的测量误差，采用实测插值补偿法，即：h1=h-（Q/ρυK）+h插值，从而消除此项测量影响因素;
③对于标度变换引起的误差，通过DCS组态，将粉仓料位计算公式修改为h=h1+h安装高差。即可解决由标度变换引起的误差。
2.4 改进后的料位计使用效果
经改进后，实际使用对比观察，本料位计测量值与浮筒式粉位测量值基本一致，两测量值差小于仪表量程的10%。基本满足了现场实际使用的最低要求。
3 结论
①流量法测量粉仓粉位原理可行，经济实用;
②流量法测量粉仓料位对使用系统要求高，必须有DCS系统进行多参数运算补偿;
③流量式料位计优点明显，无机械摩擦、磨损，维护量小，维护方便简单。连续测量，实时显示。
参考文献：
[1]孙文策，刘宏升.工程流体力学[M].大连：大连理工大学出版社，2012.
作者简介：
肖军飞（1971- ），男，汉族，湖南新田人，大学本科，工程师，目前在发电厂从事人力资源管理工作。
