发电厂热工设备介绍

第一部分发电厂热工设备介绍热工设备（通常称热工仪表）遍布火力发电厂各个部位，用于测量各种介质的温度、压力、流量、物位、机械量等，它是保障机组安全启停、正常运行、防止误操作和处理故障等非常重要的技术装备，也是火力发电厂安全经济运行、文明生产、提高劳动生产率、减轻运行人员劳动强度必不可少的设施。热工仪表包括检测仪表、显示仪表和控制仪表。下面我们对这些常用仪表原理、用途等进行简单介绍，便于新成员从事仪控专业工作有个大概的了解。一、检测仪表检测仪表是能够确定所感受的被测变量大小的仪表，根据被测变量的不同，分为温度、压力、流量、物位、机械量、成分分析仪表等。1、温度测量仪表：温度是表征物体冷热程度的物理量，常用仪表包括双金属温度计、热电偶、热电阻、温度变送器。常用的产品见下图：双金属温度计热电偶铠装热电偶热电阻（Pt100）端面热电阻（测量轴温）温度变送器1）双金属温度计原理：利用两种热膨胀不同的金属结合在一起制成的温度检测元件来测量温度的仪表。常用规格型号：WSS-581，WSS-461；万向型抽芯式；φ100或150表盘；安装螺纹为可动外螺纹:M27×22）热电偶原理：由一对不同材料的导电体组成，其一端（热端、测量端）相互连接并感受被测温度；另一端（冷端、参比端）则连接到测量装置中。根据热电效应，测量端和参比端的温度之差与热电偶产生的热电动势之间具有函数关系。参比端温度一定时热电偶的热电动势随着测量温度端温度升高而加大，其数值只与热电偶材料及两端温差有关。根据结构不同，有普通型热电偶和铠装型热电偶。根据被被测介质温度高低不同，一般热电偶常选用K、E三种分度号。K分度用于高温，E分度用于中低温。3）热电阻原理：利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。热电阻一般采购铂热电阻（WZP），常用规格型号：Pt100，双支，三线制，铠装元件Ø4，配不锈钢保护管，M27×2外螺纹。4）温度变送器原理：将变送器电路模块直接安装在就地温度传感器的接线盒内，将敏感元件感受温度后所产生的微小电压，经电路放大、线性校正处理后，变成恒定的电流输出信号（4～20mA）。由于该产品未广泛普及，所以设计院一般很少选用。2、压力测量仪表：用于测量气体、液体压力或差压的仪表，常用仪表包括压力表、压力变送器、差压变送器。压力表压力变送器差压变送器（配阀组）1）压力表常用一般有两种，一种弹簧管压力表，原理：由弹性元件制成，当承受压力时，弹性元件在其弹性极限内产生一个可测量的变形，此变形通过传动机构放大后，使指针在刻度盘上指示出相应的压力值。另一种是隔膜式压力表，原理：由膜片隔离器、连接管、普通压力表组成，根据被测介质的要求，在其内腔填充造当的工作液。被测介质的压力作用于隔膜片上，使之产生变形，压力内部填充的工作液，借助工作液的传导，压力表显示被测压力值。弹簧管压力表是最常用的压力表，广泛测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、气体和蒸汽的压力。隔膜式压力表应用于被测介质有腐蚀性、高黏度、易结晶、温度较高的液体的压力。2）压力变送器原理：接受被测压力信号，并按一定规律转变为相应的电信号输出（4~20mA）。目前随科技水平不断提高，都采用的智能化变送器。我们安装中常见的产品有罗斯蒙特、日本横河E、重庆川仪、霍尼威尔等。3）差压变送器原理：测量元件在被测压力（差压）作用下，产生微小的位移，从而改变电子器件的参数，再经电子电路转换为4~20mA模拟电信号输出。差压变送器一般配有三阀组，可以用来测量容器的液位，与节流装置配合可测量流量。3、流量测量仪表测量单位时间内通过管道的流体的质量或体积的仪表，火电厂最常用的是差压流量测量（流量与差压的平方根成正比）。原理：通过差压仪表测量流体流经节流装置时所产生的静压差，一般电厂经常安装的流量测量仪表有以下几种：流量变送器（同差压变送器），插入式流量计、超声波流量计等。流量变送器通过节流孔板测差压威力巴流量计插入式流量计4、物位测量仪表在火力发电厂中，测量液位的仪表种类很多，最常用的是通过差压变送器测量水位的。其他常用的还有导波雷达液位计、超声波液位计等。单、双室平衡容器用于测量压力容器水位（差压式）导波雷达液位计超声波液位计1）差压式液位计原理：在容器上安装平衡容器，利用液体静力学原理使水位转换成差压。2）导波雷达液位计原理：依据时域反射原理，当遇到被测介质表面时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度。3）超声波物位计原理：超声波物位计的工作原理是由探测器发出高频超声波脉冲遇到被测介质表面被反射回来，部分反射回波被同一探测器接收，转换成电信号。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与探测器到被测介质表面的距离成正比。即可测出容器内料位。超声波物位计属于非接触测量，电厂常用于废水池、机组排水槽、排泥水池等液位的测量。5、机械量监视仪表机械量监视仪表是用于对汽轮机及大型旋转机械的位移、轴偏心、转速和轴振动及轴瓦振动等机械量进行监视和保护的。这里主要介绍一下汽轮机的监视仪表。汽轮机的监视仪表简称TSI（Turbinesupervisorginsrtument），测量项目如下：1）汽轮机位移测量：包括转子的轴向位移，相对膨胀，汽缸的热膨胀。轴向位移：测定汽轮机转子推力盘对于推力轴承支架的相对轴向位置的位移。相对膨胀：也称差胀，测量转子轴向相对于汽缸的热膨胀。汽缸绝对膨胀：测量汽缸相对于基础的轴向膨胀也称缸胀。2）汽轮机轴状态测量：包括相对振动、绝对振动、偏心、键相相对振动：指转子相对于汽缸的振动（由于振动探头支架往往都是固定在轴瓦或者是轴承座上，所以相对振动也可理解为转子相对于轴瓦或者轴承座的振动）也称轴振。绝对振动：指汽缸相对于地面的振动也称瓦振。偏心：测量在低转速下轴的弯曲，这个弯曲可能是原来就有的机械弯曲，或者是热弯曲，重力导致的弯曲或者上述这些弯曲兼而有之。键相：通过在被测轴上设置一个凹槽称为键相标记，当这个凹槽转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲，轴每转一周，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速，通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定出振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断。3）汽轮机转动状态测量：包括转速、零转速转速：用来反映转动机械在单位时间内转动的圈数(轴的转速)。零转速：指汽轮发电机组在开、停车时，为防止转子因受热不均而发生轴弯曲事故，所采用的一种特定的转速，也称为盘车转速。由于该转速非常低(测量啮合盘车齿轮转速)，通常只有每分钟几转，所以称为“零转速”。汽轮机停车时，当转子转速下降到与预置的零转速值相一致时，零转速表自动地将盘车电机投入，使盘车齿轮正确地啮合上正在降速的转动轴，使其不至于立刻停下来，以达到盘车的作用。另外还有些行程测量，主要测量汽轮机调速系统的行程指示，如调速汽门的开度、油动机的行程，其中上述的汽缸热膨胀也是采用行程测量的。电涡流传感器（测振动、轴位移等）磁阻式传感器（测量转速）汽缸的热膨胀位移转感器（测阀门开度）6、炉膛监视仪表常见的仪表有炉膛火焰监视、火焰检测探头，炉管泄漏等。炉膛火焰监视仪表火焰检测探头炉管泄漏装置1）炉膛火焰监视仪表测量原理：利用光学成像系统和光电子耦合技术制成，光学传输部分采用优质光学石英材料在1100℃高温下能正常工作，它的功能与照像机基本相同，把采集到的图像通过凹凸镜片组传输到转像棱镜，经棱镜反射到光学图像传输系统。2）火焰检测探头测量原理：炉膛内燃料燃烧产生的光线穿过火检探头前部的凸透镜片，落在光导纤维的端部，光信号经过光导纤维传输至炉墙外侧的火检探头，火检探头内的硅光电池将光信号转换成正比于火焰强度的电脉冲信号，在信号处理器内被检测火焰的电脉冲信号转换成4~20mA模拟量信号。3）炉管泄漏装置测量原理：由采集系统（声波传导管、声纳传感器）和检测系统组成，声波传导管固定在炉壁上，使传感器与炉内连通，保证真实采集锅炉炉管泄漏所产生的声频信号。当锅炉正常工作时，声纳传感器接收声音为炉内背景噪音，其频率集中在低频段，当炉管发生泄漏时，炉膛噪音强度明显加强，且频率集中在中高频段，传感器将锅炉噪音强度、频谱灵敏地转换成电信号，传输至监视系统。7、成分分析仪表在发电厂，为保证机组安全、经济运行，需对某些气体、液体的成分进地连接的测定。我们通常安装的仪表有：氧化锆烟气氧量分析、锅炉飞灰含碳量、氢纯度分析仪、工业电导率分析。另外一些化学仪表，如汽水取样系统的酸、溶解氧、硅酸根等分析仪。氧化锆烟气氧量氢纯度分析仪工业电导率1）氧化锆烟气氧量分析仪表原理：由氧化锆探头、控制器、显示仪表等组成，氧化锆是一种金属氧化物的陶瓷制成的管子，其内外侧熔烧上铂电极，内侧通入参比空气，外侧与被测烟气接触，在一定温度下，当两侧氧分压（氧浓度）不同时，在两电极间产生浓差电动势，测得此电动势即可测定烟气中的含氧量。2）锅炉飞灰含碳量测量原理：锅炉内未被燃烧的煤粉在高温下转化为石墨微料，而石墨粉是吸收微波良好的材料，在微波磁场中，石墨感生了微波电流，此电流流过石墨体积电阻而产生的焦耳热，从而把微波磁场中的能量转化成热能，飞灰中的石墨微粒浓度越高，它吸收微波能量的作用越强，反之亦然，因此，可由测量飞灰吸收微波能量的多少来测量煤粉含碳量。3）氢纯度分析仪原理：被测气体从一定压力的氢管道中取出，经调节器进入氢量发送器，发送器内通电加热的铂丝作为敏感元件，用以测量被测气体热导率的变化，当被测气体的含氢量变化时，热导率随之变化，铂丝电阻值就发生变化，其所在的电桥便产生不平衡电压，此电压通过显示仪表指示含氢量。4）工业电导率原理：由发送器、转换器、显示仪表组成，溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板，由测量到的电导池常数K和两电极板之间的电导G而求得电导率σ。转换器把发送器电极所感受到电导率的变化，转换成0~10mA直流电流输出。二、显示仪表显示仪表是接受变送器或传感器的输出信号，用以显示被测变量的值。目前基本上都采购数字显示仪表（包含模/数转换器），一般就是检测仪表本身也带显示仪表，如一些变送器，成分分析仪表。另外一些仪表附带二次显示表，如转速表。三、控制仪表控制仪表是自动控制被控量的仪表或装置，由各种不同的、相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。控制仪表包括调节仪表、开关量仪表、控制系统及装置（计算机监视系统、炉膛安全监视系统、汽轮机电液控制系统等）。下面对火电厂常见控制仪表或装置作一简单介绍。1、调节仪表常见设备有气动执行机构、电动执行机构。气动执行机构电动执行机构1）气动执行机构以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助阀门定位器、转换器、电磁阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收自动控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等工艺参数。气动调节阀动作分气开型和气关型两种。2）电动执行机构以电动机为驱动源，以直流电流为控制及反馈信号。当上位仪表或计算机发出控制信号后，电动执行机构按照信号大小比例动作，通过输出轴使阀门或风门开到相对应的开度，并将系统开度信号反馈回控制室内，从而完成系统的调节功能。目前常用的电动执行机构有ROTORK、SIPOSS、RAGA（瑞基）、AUMA、LIMITORQUE。2、开关量仪表在热工信号、自动保护、联动等系统中，检测和控制用的信息仅具有“有”和“无”两种状态信息，即开关量信息，这类控制又称为开关控制。开关量仪表一般是以触点闭合或断开的形式输出开关量信息的。它有两种转换方式：一种是被测物理量较小时触点闭合，被测物理量升高时触点断开；另一种是被测物理量较小时触点断开，被测物理量升高时触点闭合。常见仪表有温度开关，压力、差压开关，流量开关（利用差压开关接收节流装置的差压值），液位开关，行程开关。温度开关压