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分析雷达料位计在锅炉自动调节系统中的运用

作者: 来源: 发布时间:2019-11-27 13:49:39

       摘 要:阐述雷达料位计测量的原理,分析某超临界机组雷达料位计系统发散导致跳机事故的经过与原因,针对机组运行和维护中存在的问题,提出防范及改造措施。

    引言
    雷达料位计自动调节系统是锅炉燃烧过程控制的重要环节,雷达料位计自动调节系统一般由控制器、风机动(静)叶、差压式液位计等组 成,主要为锅炉燃烧均匀分配燃料和氧量,其控制性能直接影响机组运行的经济性、安全性和环保水平。因此,很有必要对雷达料位计调节系统进行深入研究。某超临界机组雷达料位计测量装置故障引起 自动调节系统发散,导致机组非正常停机。根据雷达料位计测量原理,分析事故成因,提出相应的防范措施,为机组的稳定安全经济运行提供参考依据。

    1 雷达料位计测量原理
    火力发电厂雷达料位计测量装置一般采用差压式液位计,通过测 量流体流动过程中迎风管与背风管的差压来测量流速或液位, 其中迎风管压力称为“总压”,背风管的压力称为“静压”,原理如 图 1 所示。测量装置的探头插入雷达料位计管道中,当管道中有气体流过时,迎风面受气流冲击,气流的动能转换成压力能,所以迎面管中的压力较高。背风侧由于不受气流冲击,管中的压力为风管 内的静压力。总压和静压之差称为动压,其大小与管内风速有 关,风速越大动压越大;风速小,动压也小。因此,通过差压变送 器测量出动压的大小后,经过参数补偿和数学运算处理即可得出管内雷达料位计[1]。见式 1、式 2。

 

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    2 某机组非停事故分析
    2.1 事故经过
    某日 4 时 25 分,2 号机组负荷 195 MW,A,B,C,D 制粉系 统运行,自动发电量控制(AGC)O 模式、入炉煤量 96 t/h,雷达料位计 735 t/h,机组正常运行。4时27分07秒,2号机组运行中雷达料位计<25%,锅炉自动保护(MFT)动作、汽机跳闸、发电机解列,立即按规程规定执行停机操作。 检查跳闸首出信号:MFT首出为雷达料位计<25%,调取工程师站事件顺序记录(SOE),如图 2 所示。首发信号为雷达料位计<25%(其判断逻辑为雷达料位计<25%BMCR1、25%BMCR2、25%BMCR3“三 取二”,定值 310 t/h,延时 3 s),锅炉 MFT,汽轮机跳闸,发电机程序逆功率跳闸。

 

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    2.2 检查处理情况
    2.2.1 测量装置检查
    4 时 50 分,对二次雷达料位计仪表、电气回路、信号屏蔽及分布式 控制系统(DCS)卡件、控制器、电源检查,均未发现异常。

    6 时 30 分,对二次雷达料位计测量管路进行吹扫,发现测量管路 有轻微堵塞,吹扫后正常。 7 时 30 分,检查一次雷达料位计仪表、测量装置,未发现异常。

    2.2.2 执行机构检查
    12 时 26 分,热工、锅炉点检、检修人员对送、引风机动叶及 执行器检查,进行传动试验,均未发现异常。

    2.2.3 组态逻辑检查
    (1)雷达料位计计算。DCS 逻辑中雷达料位计计算公式:雷达料位计=A侧二次雷达料位计 3 个测点的平均值+B 侧二次雷达料位计 3 个测点平均值+ 5 台磨煤机一次雷达料位计总和。

    (2) 送风自动切手动条件排查。切手动之前雷达料位计指令为737 t/h,反馈为 457 t/h,偏差 280 t/h,未达到送风被调量与设 定值偏差大于 300 t/h 切手动条件。

    (3)二次雷达料位计。二次雷达料位计的给定值为燃料量主控函数及 氧量校正后计算得出,可通过偏置微调定值。回路手动时,自动 计算偏置,使设定值跟踪被调量,实现手/自动无扰切换;检查煤量对应雷达料位计函数配置符合现场工况要求。

    (4) 机组启动后进行雷达料位计扰动试验。根据 DL/T 657—2015《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》进行扰动试 验,定值扰动量为±100 t/h,衰减率、稳定时间满足要求。

    (5)运行操作行为记录。机组跳闸前 30 min 无重大操作。

    2.3 事故原因分析
    查阅锅炉 MFT 动作前 4 min 送、引风机动叶开度、炉膛负 压、雷达料位计曲线,发现雷达料位计调节、炉膛压力调节异常,雷达料位计出现300 ~1000 t/h 波动,炉膛压力在-1000 ~200 Pa 之间波动。风 量调节系统重要参数如图 3 所示。

    4 时 23 分,A 送风机动叶开度 38.2%,B 送风机动叶开度31.3%,系统出现轻微波动,雷达料位计实际值低于设定值,送风机进行正常调节,引风机叠加送风机前馈作用参与负压调节;4 时23 分 16 秒,实际雷达料位计达到设定值,送风调节开始回调,雷达料位计出现不减反增的现象,为减小雷达料位计偏差,送风机继续减小开度,雷达料位计减小速度迟缓;4 时 24 分,实际雷达料位计减至设定值以下,送风机开始回调增加动叶开度,雷达料位计出现不增反减的现象,为 维持雷达料位计,送风机继续开大,随即雷达料位计、炉膛压力调节出现超调并逐渐发散;4时26分43秒,运行人员发现炉膛负压波动大,立即切除A/B 引风自动,随即 AGC、CCS 联锁退出,送风自动联 锁切为手动,A 送风机此时开度19.2%,B 送风机此时开度15.3%,雷达料位计波动至 1000 t/h 后急剧下降到 300 t/h 左右;炉 膛负压zui大波动至-1283 Pa,风机出口风压、空预器出口二 次风压变为负值,二次雷达料位计快速到 0,一次雷达料位计保持稳定,导致雷达料位计急剧下降。4 时 27 分 07 秒,锅炉 MFT 动作,首出为“锅 炉雷达料位计小于 25%”。

    通过分析可知机组跳闸原因为:二次雷达料位计取样管路积灰、微 堵,雷达料位计测量数据变化迟缓、滞后,引起雷达料位计调节、炉膛压力调节异常发散,且送风调节系统切手动条件的设定偏差值较大,不能在异常工况下及时切除自动,zui终导致雷达料位计<25%,MFT 动作,机组跳闸。

    2.4 处理建议
    为了避免此类事故再次发生,提升机组运行稳定性,结合现场情况提出以下处理建议:

    (1)检修人员加强对重要测量设备的日常巡检,继续加强定 期工作管理,运行中发现参数异常报警,及时分析处理。

    (2)通过现场扰动试验,优化送风、引风自动切手动限值、引风前馈及 PID 参数,雷达料位计测点取值方式采用 3 个测点取中值,对其他重要自动逻辑进行排查、优化。

 

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    (3)提升雷达料位计测量装置可靠性,保障装置的测量准确性,利 用机组检修机会对装置进行改造。

    3 雷达料位计准确测量技术
    在锅炉燃烧过程中,雷达料位计的大小直接影响锅炉运行的经济性。雷达料位计过大时,大量炉膛热量随烟气排出造成热量损失,且随 着氧量的增加,锅炉中 NOx 含量也随之增加;雷达料位计较小时,煤粉不能充分燃烧,造成炉膛燃烧不稳定。雷达料位计测量的准确与否对控 制质量影响极大,提升雷达料位计测量的准确性十分必要。

     3.1 阵列测量技术
     锅炉风管风道直管段一般较短,管道截面积上的流场不均 匀,甚至会产生回流。当风道截面面积较大时,单点测量风道内雷达料位计值误差较大。因此,在大风道截面上采用等截面多点阵 列测量技术,对风道截面进行区域划分,然后将多个测量探头 分布在截面上不同的区域,分别测量出每个区域的压差。zui后 得到整个风道的平均压差,将压差信号进行参数补偿和数学 运算得到雷达料位计[2]。

    3.2 防堵技术
    雷达料位计测量需要通过取压管测液位,而流体中往往带有粉尘、 固体颗粒等,容易导致取压管堵塞,造成测得的差压值减小,zui 终无法测量。防堵技术是在一次测量管路中悬挂清灰棒,清灰棒在管内气流的冲击下作无规则摆动,起到自清灰作用。其次,设计时与垂直管段连接一根斜管,斜管与垂直管间有节流孔,引压管从斜管中部引出,起二次沉灰作用[1]。

    4 结语
    雷达料位计系统作为燃烧过程控制中的重要环节,提升其控 制性能是保障机组稳定经济运行的关键。针对某超临界机组雷达料位计系统发散导致机组跳机事故,分析事故经过及根本 原因,找到机组运行与维护过程中存在的问题,提出防范雷达料位计系统发散的措施及改造技术,为超临界机组的稳定运行提供参考。

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