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热工仪表培训教材21

发布时间：2010/5/20 阅读次数：1193 字体大小: 【小】【中】【大】

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热工仪表培训教材21

接插入烟道高温部分，反应速度快，因此，火电厂中多采用直插式测量系统。
由于工作温度对测量有很大影响，根据工作温度处理方式的不同，氧化锆氧量计的测量系统可分为补偿式与定温式，因此，这里简单介绍直插定温式和直插补偿式两种测量系统。
1.直插定温式测量系统
直插定温式测量系统是采用控温电炉加热方式使氧化锆管维持恒温的测量系统，该系统由氧化锆探头、温度控制器、空气泵及显示仪表等组成。
氧化锆探头结构主要由陶瓷过滤器、氧化锆管、恒温室、热电偶、气体导管及接线盒组成，过滤器处于恒温室前端，氧化锆和热电偶置于恒温室内部，恒温室衬套内装有一组均匀排列的加热电阻丝，衬套外边是一个用绝热材料制成的保温筒。
在一端封闭的氧化锆管内外，分别通过空气和被测烟气，管外的铂铑-铂热电偶测定氧化锆管的工作温度，并通过控制设备把定温炉的温度控制在800℃。多孔陶瓷过滤器用来防止炉烟尘粒污染氧化锆，用空气泵抽吸烟气和空气，使它们的流速在一定范围内，同时使空气与烟气侧的总压力大致相等。
2.直插补偿式测量系统
直插补偿式测量系统中的氧化锆管直接插入锅炉烟道的高温部位或插入旁路烟道中，插入深度约1～1.5m，工作温度在700～800℃之间，热电偶的热电势随测量端温度的变化量与氧化锆氧浓差电动势随气体温度的变化量基本相等，二者之差基本与温度无关，据此实现温度补偿。
6.2 烟气中飞灰含碳量的测量
锅炉的飞灰含碳量是反映锅炉燃烧是否经济的重要指标，在实际的燃烧系统中可以通过飞灰含碳量的测量来调整风煤比从而提高机组运行的经济性。传统的测量飞灰中含碳量的方法是采用对飞灰取样后在实验室进行分析测量，是一种离线的测量方法，对于实际生产的指导存在一定的滞后性。利用微波谐振腔来检测飞灰中含碳量是一种新的方法。
6.2.1 基本原理
微波电路中的谐振腔是一个电磁振荡系统，当腔内有外来介质时，谐振腔的某些参数（如谐振频率、品质因素等）会发生相应的变化，检测外来介质进入前后这些腔体参数的变化就可以间接测量出引入的外来介质的性质和含量。微波谐振腔法测量飞灰含碳量正是基于这种原理的一种在线检测的方法。
假定在扰动前的谐振腔中的电场和磁场的关系为：
（6-5）
（6-6）
当扰动引入后电磁场变为：
（6-7）
（6-8）
其中， ——腔中位置的函数；
——场中附加改变量；
——角频率改变量。
当将介质放入微波谐振腔中时，由于不同含碳量的飞灰引起的介质损耗（）不同，；因此谐振腔的谐振曲线将呈现出不同的状态。不同的飞灰含碳量的飞灰得到的频率偏移和峰值功率跌落是不同的，由此可以构造出飞灰的含碳量与谐振腔的频率偏移和峰值功率跌落之间的关系：
6.2.2 测量电路
微波谐振腔法测飞灰含碳量的测量系统由一个S波段的微波扫频信号源、隔离器、衰减器、微波耦合器、矩形谐振腔、检波器、D/A转换卡、A/D转换卡、信号预处理单元、、计算机、显示器等组成，灰样测试管穿过谐振腔宽面中心轴线，因为此处微波集中，微扰的作用最强。为了减少微波功率的损耗，测试管采用了相对介电常数较小的原料，如聚四氯乙烯、石英等。
测量时首先由计算机经D/A转换卡发出频率调制电压，以此控制扫描信号源的压孔振荡器，改变微波信号源的输出频率，同时检波器采集的信号经过预处理后由A/D转换卡将模拟信号转换为数字信号送入计算机，然后由相应的软件计算出谐振功率的峰值和谐振频率，根据飞灰的含碳量与谐振腔的谐振腔的频率偏移和峰值功率跌落之间的关系即可得到飞灰中的含碳量。
采用微波谐振腔法测量飞灰中的含碳量时，尽管每次测量都需要检测空腔和装入灰样两种情况下的谐振功率峰值和谐振频率，但是相对于传统方法具有方便、准确、快速和可连续测量等优点，对于合理地调整锅炉燃烧、降低供电煤耗等都有重要的意义。目前，该方法已经在电厂的实际应用中取得了不错的效果。
6.2.3 锅炉飞灰含碳量监测
采用WCT-2型微波测碳系统来测量燃烧煤粉的锅炉飞灰含碳量，以指导锅炉燃烧调整。锅炉内未被燃烧的煤粉在高温条件下转化为石墨微粒，而石墨粉是吸收微波的良好材料。在微波电磁场中，石墨感生了微波电流，此电流流过石墨体积电阻而产生焦耳热，从而把微波电磁场的能量转化成了热能，飞灰中的石墨微粒浓度越高，它吸收微波能量的作用就越强，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。
仪器安装在除尘器前的尾部水平烟道下面。该系统由飞灰采集装置和测碳仪两大部分组成，灰经取样管进入微波测碳仪主机，由排灰机排出的飞灰利用烟道的负压，经抽灰管吸回烟道内。
WCT-2型微波测碳仪的输出信号为与飞灰含碳量成正比的模拟电压0～5V或电流4～20mA，供显示仪表指示。飞灰含碳量的测量范围有15%、30%和45%三种，均方根相对误差不大于测量范围的2.5%。
6.3 烟气中一氧化碳的测定
一氧化碳是大气中主要污染物之一，它主要来锅炉及冶炼等工业废气，其检测方法有气相色谱法和检气管法等。
检气管法是将含有一氧化碳的气体注射进入五氧化二碘和三氧化硫的检气管内发生反应，根据管内生成绿色络化物的长度，确定气样中一氧化碳的含量。此法仅适用于一氧化碳浓度较高的情况。
气相色谱分析仪是将气样中各成分进行分离后，分别加以测定，所以能对被测气样进行全分析；其特点是分析速度快、灵敏度高，能分析气样中的微量元素。
6.3.1 气相色谱分析仪的工作原理
气相色谱分析仪由载气源、流量控制器、进样装置、色谱柱、检测器、流量计、恒温箱和记录仪等部分组成。
当一定量的气样在纯净的载气携带下通过具有吸附性能的固体表面,或通过具有吸附性能的液体表面（这些固体和液体称为固定相）时，由于固定相对流动相所携带气样的各成分的吸附能力或溶解度不同，气样中各成分在流动相和固定相中的分配情况是不同的，可以用分配系数Ki表示，即

式中φs—成分i在固定相中的浓度；φm—成分i在流动相中的浓度。
显然分配系数大的成分不易被流动相带走，因而在固定相中停留的时间较长，而分配系数大的成分在固定相中停留的时间则较短。固定相是充填在一定长度的色谱柱中，流动相与固定相之间做相对运动。气样中各成分在两相中的分配在沿色谱柱长度上反复进行多次，使得即使分配系数只有微小差别的成分也能产生很大的分离效果，也就是能使不同成分完全分离。分离后的各成分按时间上的先后次序由流动相带出色谱柱，进入检测器检出，并用记录仪记录下该成分的峰形，各成分的峰形在时间上的分布称为色谱图。由于流动相为气体，故称为气相色谱。
检测器是测量经色谱柱分离出来的各种成分含量的部件气相色谱仪中应用最多的检测器有热导检测器和氢火焰电离检测器等。其中，热导检测器结构简单，制造、维修方便，线性范围宽，可检测有机化合物，对被测气体没有破坏作用，应用较为广泛。
热导检测器的原理是被测气体顺序通过热导室，其含量在这里转换成铂丝电阻值的变化，然后用电桥将电阻信号转换成电动势信号输出。
检测器输出的电动势值与被测组分含量之间的关系可根据色谱图上色谱峰的面积或高度进行计算。但要先在相同测量条件下，用成分及浓度相近标准气样输入色谱仪，得到色谱曲线图，确定出相应成分的单位峰面积或单位峰高所代表的含量，即求出检测器对各成分的灵敏度，则可根据记录下的色谱定量分析各成分含量，计算公式为；

式中φ、A、S——所分析成分的含量、对应的峰面积及灵敏度；Ai、Si——所分析各成分的峰面积及灵敏度。A的计算公式为
6.4 电导率分析仪表
6.4.1 电导率测量的基本概念
电导率是物体传导电流的能力。电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（通常为正弦波电压），然后测量极板间流过的电流。根据欧姆定律，电导率(G)--电阻(R)的倒数，由导体本身决定的。电导率的基本单位是西门子（S），原来被称为欧姆。因为电导池的几何形状影响电导率值，标准的测量中用单位电导率S/cm来表示，以补偿各种电极尺寸造成的差别。单位电导率（C）简单的说是所测电导率（G）与电导池常数(L/A)的乘积.这里的L为两块极板之间的液柱长度，A为极板的面积。
水溶液的电导率直接和溶解固体量浓度成正比，而且固体量浓度越高，电导率越大。电导率和溶解固体量浓度的关系近似表示为：1.4μS/cm=1ppm或2μS/cm=1ppm（每百万单位CaCO3）。利用电导率仪或总固体溶解量计可以间接得到水的总硬度值，如前述，为了近似换算方便，1μs/cm电导率 = 0.5ppm硬度。电导率是物质传送电流的能力，与电阻值相对，单位Siemens/cm (S/cm)，该单位的10-6以μS/cm表示，10-3时以mS/cm表示。但是需要注意：（1）以电导率间接测算水的硬度，其理论误差约20-30ppm（2）溶液的电导率大小决定分子的运动，温度影响分子的运动，为了比较测量结果，测试温度一般定为20℃或25℃（3）采用试剂检测可以获取比较准确的水的硬度值。
水的电导率与其所含无机酸、碱、盐的量有一定关系。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增加，因此，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。不同类型的水有不同的电导率。新鲜蒸馏水的电导率为0.2-2μS／cm，但放置一段时间后，因吸收了CO2，增加到2—4μS/cm；超纯水的电导率小于0.10/μS/cm；天然水的电导率多在50—500μS/cm之间，矿化水可达500—1000μS/cm；含酸、碱、盐的工业废水电导率往往超过10 000μS/cm；海水的电导率约为30 000μS/cm。
电极常数常选用已知电导率的标准氯化钾溶液测定。不同浓度氯化钾溶液的电导率(25℃)列于下表。溶液的电导率与其温度、电极上的极化现象、电极分布电容等因素有关，仪器上一般都采用了补偿或消除措施。
浓度（mol/L）电导率（μS/cm）
0.0001 14.94
0.0005 73.90
0.001 147.0
0.005 717.8
0.01 1413
0.02 2767
0.05 6668
0.1 12900
水样采集后应尽快测定，如含有粗大悬浮物质、油和脂，干扰测定，应过滤或萃取除去。
6.4.2 DDG-2001型在线电导率仪表
DDG-2001中文在线电导率仪为高智能在线连续检测仪，由传感器和二次表两部分组成。可以广泛地用于电站锅炉给水、蒸汽冷凝水和纯水电导率值连续监测。传感器采用纯钛制作，使用寿命长，耐腐蚀，测量准确。
测量原理：为避免电极极化，仪器产生高稳定度的正信号加在电导池上，流过电导池上的电流与被测溶液的电导率成正比，二次表将电流由高阻抗运算放大器转化为电压后，经程控信号放大、相敏检波和滤波后得到反映电导率的电位信号；微处理器通过开关切换，对温度信号和电导率信号交替采样，经过运算和补偿后，得到被测溶液在25摄氏度的电导率和当时的温度值。
6.5 9210硅、9073钠分析仪表
1. Polymetron化学仪表中的9210硅分析仪利用的原理是比色分析法。
比色分析的基本原理：（1）具有单一波长的光称为单色光，其波长范围越小，光的纯度越高。
光的吸收定律：当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度与溶液中的有色物质的浓度和液厚度的乘积成正比。
A = KCL A：吸光度 K：吸光系数
C：溶液浓度 L：液层厚度
用眼睛比较被测溶液的标准溶液颜色深浅的比色方法
叫做目视比色法。
用光电元件比较被测溶液同标准溶液颜色深浅的比色方法
叫光电比色法。
9210硅分析仪工作原理：在酸性介质中，硅酸盐与钼酸钠反应生成硅钼黄（硅钼酸盐），然后用还原剂将硅钼黄还原成硅钼蓝，此兰色的深浅程度与硅酸盐的含量成正比。
9210硅表的特点：
（1）采用注射泵（脉冲泵）间歇式加药。延长泵的寿命，可长时间运行。
（2）节约试剂：正常工作每桶2升试剂可用45天。
（3）维护量和维护费用大大降低。
（4）自动计算试剂用量，给维护带来便利。
（5）采用光纤传输LED光，使反应后测量精度更高（±0.5ppb）。
（6）采用插接件插接水样，使用方便灵活。
（7）可以进行现场手工加样测量水样。
（8）测量槽底部安装加热器和温控装置，可自行加热到正常温度。
（9）软件功能更加强大：直接通过仪表观测到历史数据和历史曲线。可由用户自行设定水样名称。
（10）先进的零点校准方式。校准后可与参照值比较校准结果，使校准有据可依。
（11）4~20毫安输出和报警输出可进行自由编程
9210硅分析仪流程：
9210硅分析仪可分析6个不同的水样，分别由6路水样的电磁阀进行控制。每个样品的流量能通过针型阀调节。被分析的水样在一个固定的环路内环流，每个水样测量周期约为10分钟。样品阀打开，进入测量池每个水样之间测量前经过3次清洗。样品装满，进样阀关闭，加药泵顺序加入R1：硫酸+钼酸钠，R2：草酸，R3:硫酸亚铁铵。测量池配有加热器和磁力搅拌器以保证试剂和样品的充分混合和完全反应。反应完全后由光度计测量。
2. SODIMAT-9073型钠表
SODIMAT-9073型钠表用于测量高纯度工业水中的钠。它是利用一个钠敏玻璃电极测量水样中的钠，该水样经预处理后PH>10，这是非常必要的。因为钠玻璃电极易受H+离子的干扰。所以微量钠的测量中需要把水样中的H+的含量调整到低于钠含量几个数量级。

第七章机械量测量技术
所谓机械量指的是以位移为基础的量，包括位移、速度、加速度等。由于汽轮机的监视保护系统中包含了这些量，如汽轮机的转速、加速度、汽缸的膨胀值，转子的轴向位移等，以汽轮机为例介绍机械量的测量。也可用于测量大型风机和水泵的相应机械量。
7.1 汽轮机状态监测的基本参数
大型汽轮机是火力发电厂最重要的设备之一，任何因故障而酿成的事故都会造成重大的经济损失，为了确保汽轮发电机组的安全经济运行，在机组上装设了各种安全监视和保护装置，对各种重要热工参数、振动和位移机械量等进行监视和控制。当汽轮机在启停和运行过程中出现异常或故障时，汽轮机安全监视保护装置立即起作用，驱动信号报警控制系统，发出声光报警信号，以提醒运行人员注意并及时采取相应措施，避免发生事故或使事故扩大化，如果故障未及时消除，则驱动信号保护控制系统，立即关闭主汽门和调速汽门，实行紧急停机，以保护机组的安全。
汽轮机热工监视和保护装置的发展和汽轮机的容量、热力参数以及自动化程度密切相关。开始，由于汽轮机的容量较小，工作参数较低，需要监视和保护的内容很少，而且要求也不高，因而有些保护项目未被人们十分重视，随着机组容量不断增大，蒸汽机参数越来越高，需要监视和保护的项目也越来越多。汽轮机采用高参数后，金属承受的压力很大，机组的金需材料又多在接近极限值的情况下工作，运行中产生接近极限值的热应力，就很容易造成汽轮机的损坏。同时，大功率机组为了提高其运行经济性，其级效率都设计得很高，径向间隙、轴向间隙都选择的很小。运行中如控制不当，很容易发生转动部件与静止部件间的摩擦，造成大轴弯曲，振动过大等，进而发展为严重破坏事故，大功率机组一旦损坏，恢复周期长，影响生产，造成的损失是巨大的。因此，为保护大功率机组的安全，需要监视和保护的项目也就增多。而且对各种热工监视和保护装置也提出了更高的要求，对于运行中的汽轮机要有效而准确地进行监视。在正常情况下，保护装置不应发生误动动作；当被监视的参数超过允许极限值时，保护装置应能够准确可靠地动作，关闭主汽门和调速汽门，实现紧急停机，以免机组损坏并且防止事故的进一步扩大。
汽轮机监视和保护装置是实现汽轮机组运行自动化的基础，没有完善可靠的监视保护装置，汽轮机的自启停就根本无法实现。因此，现在汽轮机监视和保护装置不仅被人们重视，成为汽轮机的重要组成部分，而且已逐渐向更加完善化的方向发展。
目前，汽轮机热工监视和保护的项目有：
(1)凝汽器真空低保护；
(2)润滑油压低保护；
(3)转速监视与超速保护；
(4)转子轴向位移监视与保护；
(5)高压加热器水位监视与保护；
(6)转子与汽缸的相对胀差监视；
(7)汽缸热膨胀监视；
(8)汽轮机振动监视；
(9)大轴弯曲(偏心度)监视；
(10)油箱油位监视；
(11)轴承温度与润滑油温度监视；
(12)推力瓦温度监视；
(13)汽缸应力监视；
(14)汽轮机各部件温差监视。
其中汽轮机轴系监视保护项目主要包括汽轮机振动的监测，转子轴向位移监测，转速监测，缸胀及胀差监测，偏心监测等。
由于汽轮机的型式、结构以及组成不尽相同，因而各种型式的汽轮机所配置的监视和保护置，其项目和要求也不尽相同。有的监测项目，如轴向位移，当被测参数超过允许极限值时，保护装置动作，立即关闭主汽门和调速汽门

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