Система измерения расхода угольной пыли в пылепроводах к горелкам котла ГРЭС
В ближайшей перспективе прогнозируется повышение роли угля в топливно-энергетическом балансе страны, что обусловлено его крупными запасами. Однако экологические ограничения требуют разработки и внедрения новых экологически чистых угольных технологий, обеспечивающих высокую полноту использования топлива при максимально низкой вредной нагрузке на окружающую среду.
На современных тепловых электрических станциях твердое топливо при сжигании в камерных топках предварительно измельчают и в виде пыли в смеси с воздухом вдувают в топочную камеру, где оно сгорает, находясь в потоке газов во взвешенном состоянии. Для превращения крупных кусков влажного топлива в пригодную для сжигания сухую угольную пыль твердое топливо подвергают процессу подготовки в системе пылеприготовления, заключающемуся в предварительном грубом дроблении на куски в несколько десятков миллиметров, подсушке и дальнейшем размоле до пылевидного состояния с размером частиц в несколько десятков или сотен микрометров.
Для пылеугольных энергоблоков остается актуальной создание системы непрерывного измерения пылевидного топлива поступающего по пылепроводам к горелкам котла, которая была бы не только надежной, простой и высокоточной, но также и экономически целесообразной. Стабилизация подачи угольной пыли обеспечивает необходимую полноту сгорания топлива, дает значительную экономию и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
При сжигании твердого топлива в котлах энергоблоков применяется несколько видов схем авторегулирования по соотношению:
- топливо - воздух;
- пар - воздух;
- теплота - воздух;
- задание нагрузки - воздух.
Последние три схемы регулирования отличаются простотой и надежностью, но не являются точными.
При использовании схемы авторегулирования по соотношению топливо-воздух (если качество топлива постоянное или имеется информация об изменении его состава) его расход и количество воздуха, необходимое для обеспечения требуемой полноты сгорания, связано прямой пропорциональной зависимостью. Следовательно, есть возможность поддерживать прямое соотношение топливо-воздух таким, которое позволит при полном сгорании топлива держать коэффициент избытка воздуха оптимальным и постоянным.
Значение коэффициента избытка воздуха оценивается по содержанию свободного кислорода (О2) в газах покидающих топочную камеру. Поддержание оптимально свободного кислорода (О2) ведет к снижению таких вредных выбросов, как оксиды азота (NOx), концентрация которых в дымовых газах парового котла зависит, в первую очередь, от коэффициента избытка воздуха в топке и от вида сжигаемого топлива.
Измерение точного количества воздуха, подаваемого в топку котла, в настоящее время не вызывает затруднений.
Непрерывное точное измерение расхода пылевидного топлива поступающего по пылепроводам к горелкам котла в настоящее время является практически нерешенной проблемой.
Для устранения неравномерности подачи пыли на горелочные устройства предлагается создать систему измерения расхода угольной пыли в пылепроводах к горелкам котла, которая точно и непрерывно вела бы измерение расхода во всём рабочем диапазоне нагрузок энергоблока и позволяла управлять процессом подачи воздушно-топливной смеси при её интеграции в АСУ ТП.
Сигнал по расходу топлива должен отвечать требованиям, которые предъявляются к процессу горения:
- Стабильность характеристик в широком диапазоне изменения параметров объекта и во времени, погрешность измерения в процессе эксплуатации не должна превышать 5%.
- Изделие не должно реагировать на изменения давления, температуры и вибрации.
- Высокая надежность - безотказная работа преобразователя в течение 2 лет.
- Автоматизация процесса измерения и регистрации результатов. Связующий компонент изделия должен обладать набором стандартных цифровых интерфейсов для связи с удаленными объектами и с персональными переносными компьютерами, результаты измерений должны передаваться в АСУ ТП ТЭС по стандартным протоколам.
- Простота и технологичность конструкции, монтажа, эксплуатации.
Существуют большое количество методов измерения расхода сыпучих материалов: механический, радиоизотопный, ультразвуковой, оптический. Использование бесконтактных расходомеров при пневматическом транспортировании сыпучих материалов имеет некоторые преимущества перед контактными: не нарушается структура потока; нет необходимости замены датчиков при их изнашивании; не нарушается целостность пневмотрассы. Бесконтактные методы измерения зависят от температуры, давления и влажности вещества (оптический метод), концентрации вещества (ультразвуковой метод) или являются небезопасным (радиоизотопный).
Расходомер сыпучих материалов SolidFlow, созданный в 1994 году немецкими специалистами компании SWR engineering, успешно применяется в задачах измерения расхода угольной пыли в цементной и угольной промышленности. На сегодняшний день датчик работает на множестве цементных заводах в Германии (Lafarge, Holcim, Heidelberger Zement, Portland Zement) и угольных электростанциях (Mainova AG, E.ON, RWE Energy AG, Bewag).
Прибор использует в своей работе последние достижения микроволновых технологий и используется только в металлических трубопроводах. Измерительное поле образуется при специальном взаимодействии микроволн со стенками трубопровода. Электромагнитная энергия рассеивается частицами материала и принимается сенсором, затем этот сигнал обрабатывается по частоте и амплитуде.
Сенсор работает в режиме счетчика, который подсчитывает количество движущихся частиц в единицу времени. Благодаря частотной селекции принимаемого сигнала, измеряются только движущиеся частицы, а сигнал от неподвижных отложений подавляется.
Измерительная система измерения расхода состоит из сенсора, монтируемого в канал, и модуля обработки (трансмиттера), устанавливаемого на расстоянии до 1000 м от места монтажа. Для трубопроводов диаметром до 250 мм устанавливается один сенсор, свыше 250 мм - два или три сенсора, подключенных к одному трансмиттеру. Максимальный диаметр канала для установки прибора SolidFlow - 700 мм.
Основные преимущества расходомера SolidFlow: бесконтактный метод измерения расхода, непрерывный учет материала, легкий монтаж (не требует изменений схемы процесса), компактность системы, интеграция в систему АСУТП (стандартный сигнал 4-20 мА, открытый протокол MODBUS RS485).
В октябре 2014 года SWR engineering выпустила обновленную, улучшенную версию расходомера SolidFlow, специально созданную для измерения потока сыпучих материалов в пневмотранспорте.
Ведущий инженер технической поддержки
ООО "МСС-СИСТЕМС"
Малышев Павел Сергеевич
swrsystems.ru
mail@swrsystems.ru
pavel_swr@mail.ru