差壓變送器在發(fā)電機集電環(huán)上的應(yīng)用
產(chǎn)品說明：機組運行過程中，碳刷與滑環(huán)摩擦?xí)a(chǎn)生細小的碳粉。目前，集電環(huán)裝置中滑環(huán)與碳刷摩擦產(chǎn)生的熱量與碳粉采用風(fēng)管出風(fēng)的方法排出，其碳粉顆粒物的總質(zhì)量濃度為 PM10，有時甚至達到 PM2.5。排風(fēng)中含有一定濃度的碳粉，其周圍環(huán)境為 6 kV 開關(guān)室，嚴重威脅電氣設(shè)備的安全運行。因此，開展碳粉搜集裝置的研究非常有必要。
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產(chǎn)品說明
引 言
機組運行過程中，碳刷與滑環(huán)摩擦?xí)a(chǎn)生細小的碳粉。目前，集電環(huán)裝置中滑環(huán)與碳刷摩擦產(chǎn)生的熱量與碳粉采用風(fēng)管出風(fēng)的方法排出，其碳粉顆粒物的總質(zhì)量濃度為 PM10，有時甚至達到 PM2.5。排風(fēng)中含有一定濃度的碳粉，其周圍環(huán)境為 6 kV 開關(guān)室，嚴重威脅電氣設(shè)備的安全運行。因此，開展碳粉搜集裝置的研究非常有必要。
1 差壓變送器
1.1 碳粉搜集技術(shù)的對比
目前在用的基本為布袋式凈化技術(shù)和靜電凈化技術(shù)。對平板式靜電差壓變送器與布袋收集碳粉裝置從運行時間、維護周期及成本等方面進行比較，見表 1。
1.2 碳粉搜集裝置的選用
結(jié)合徐州電廠現(xiàn)場設(shè)備的具體情況，決定選用平板式靜電碳粉搜集裝置來治理現(xiàn)場碳粉擴散問題。
2 改造方案的制定
2.1 蜂窩式靜電差壓變送器優(yōu)點
考察調(diào)研同類型電廠的情況，制定方案為采用蜂窩式靜電差壓變送器（4 組靜電電場），其優(yōu)點為：收集裝置體積小，設(shè)備安裝靈活，懸吊安裝；阻力損失小（12 ～ 50 Pa）容塵量大，便于維護；數(shù)據(jù)處理集成化、模塊化；連續(xù)有效工作時間長、功耗低；能收集小于0.01 μm的顆粒物；能在溫度（-10～70 ℃）、濕度（≤ 85%）的工況下正常工作。
2.2 蜂窩式靜電差壓變送器構(gòu)成
差壓變送器由電氣控制柜、靜電場、高壓發(fā)生器、信號控制 PCB 板、PM10 傳感器、風(fēng)壓變送器及控制程序等部件組成，實現(xiàn)對碳粉收集的自動控制。通過加裝此裝置達到收塵效果。差壓變送器主要包括進風(fēng)罩、前置壓差傳感器、預(yù)過濾器、PM10 進口濃度監(jiān)測傳感器、4 組靜電電場模塊、后置壓差傳感器、PM10 出口濃度監(jiān)測傳感器、溫度傳感器及出風(fēng)罩 [1]。
2.3 凈化工藝流程概述
來自發(fā)電機組的污染氣體通過進風(fēng)口進入本裝置系統(tǒng)。氣流首先進入預(yù)過濾器，預(yù)過濾器去除氣流中可能存在的纖維、毛發(fā)等污染物。氣流隨后進入第 1級靜電場裝置至第 4 級靜電場裝置。根據(jù)需要開啟靜電場裝置，可以開啟一個靜電場裝置，也可以開啟 2個或更多的靜電場裝置。當(dāng)某個電場發(fā)生故障時，可以關(guān)閉該電場，不影響其他電場的工作。當(dāng)開啟一個靜電場裝置不能達到排放要求時，可以同時開啟 2 個 或 2 個以上的靜電場裝置。經(jīng)過凈化的氣流通過出風(fēng)口排放。本工藝設(shè)計有前置傳感器與后置傳感器。前置傳感器包括溫度監(jiān)控、PM10 進口濃度監(jiān)控及差壓信號監(jiān)控。后置傳感器包括 PM10 出口濃度監(jiān)控與差壓信號監(jiān)控。靜電場裝置采用高壓靜電產(chǎn)生大量的高濃度負離子，可以使通過的碳塵氣溶膠帶上飽和電量，帶電的碳塵氣溶膠在電場的作用下遷移到固定的收集板上，從而達到凈化的目的。
3 改造方案的實施
3.1 方案的實施
本次改造將在原刷架出風(fēng)口管路上安裝收塵裝置，以達到碳粉收集作用。安裝方式采用吊裝，上部支撐采用焊接，其余部分用螺栓連接，PLC柜采用立式安裝，電源取自機用MCC段。根據(jù)現(xiàn)有和改造后的安裝方式，依照拆除原集電環(huán)刷架出風(fēng)管直線段及彎管段→懸掛吊架焊接（依據(jù)預(yù)埋墊塊位置）→刷架出風(fēng)管及彎管安裝（與差壓變送器安裝高度配裝）→差壓變送器吊裝→電控箱安裝→電氣接線調(diào)試的順序進行改造。
3.2 改造后要達到的技術(shù)性能指標和參數(shù)
風(fēng)道面積 0.9 m2；風(fēng)道風(fēng)速 2.5 m/s；處理風(fēng)量7 200 m3/h；2 組電場收集碳粉效率≥ 90%；4 組電場收集碳粉效率≥ 95%。
4 差壓變送器安裝后相關(guān)試驗驗證
4.1 性能參數(shù)及相關(guān)指標的試驗數(shù)值
（1）靜電場有效工作風(fēng)速≤ 2.5 m/s，實測風(fēng)速均值為 12 ～ 14 m/s，測量的風(fēng)速對應(yīng)截面積為 0.38 m2。取中間風(fēng)速值 13 m/s×0.38 m2=4.94 m3/s（風(fēng)量）。靜電場內(nèi)實際工作風(fēng)速為 4.94 m3/s÷2.0 m2（靜電場除塵面積）=2.47 m/s，實測工作風(fēng)速基本滿足靜電場有效工作風(fēng)速。
（2）靜電場二次高壓側(cè)有效工作電壓≥DC 6 000 V，實測工作電壓為：DC 6 200 V。
（3）差壓變送器允許工作溫度為 -10 ～ 70 ℃，在線測出風(fēng)管道氣體溫度為 33 ～ 41 ℃。
（4）差壓變送器允許工作濕度＜ 70%，儀表測出風(fēng)管道氣體濕度為 13% ～ 28%。
4.2 實測靜電場運行 PM10 去除率檢測數(shù)據(jù)
實測靜電場運行 PM10 去除率檢測數(shù)據(jù)，見表 2。
5 結(jié) 論
通過在發(fā)電機集電環(huán)處加裝差壓變送器，使碳粉得到有效收集，保障了發(fā)電機集電環(huán)的穩(wěn)定運行。因發(fā)電機集電環(huán)發(fā)生碳粉引起接地故障不是普發(fā)性故障，故本次項目經(jīng)濟效益與社會效益不是特別明顯。但是發(fā)電機一旦發(fā)生因碳粉引起的接地故障，則會與電網(wǎng)瓦解，造成機組跳閘事故，帶來巨大經(jīng)濟損失和社會負面影響。通過加裝本設(shè)備，大大降低了因碳粉引起的發(fā)電機集電環(huán)接地故障發(fā)生率。通過試驗數(shù)據(jù)可知，本設(shè)備能有效平穩(wěn)地收集集電環(huán)裝置排放的碳粉顆粒物，去除率≥ 90%。碳粉顆粒物經(jīng)靜電場模塊吸附后的 PM10 日平均排放濃度值＜ 50 μg/m3，符合國家頒布的環(huán)境空氣質(zhì)量標準要求 [2]，大幅改善了廠區(qū)的環(huán)境，提高了人們的生活質(zhì)量。
機組運行過程中，碳刷與滑環(huán)摩擦?xí)a(chǎn)生細小的碳粉。目前，集電環(huán)裝置中滑環(huán)與碳刷摩擦產(chǎn)生的熱量與碳粉采用風(fēng)管出風(fēng)的方法排出，其碳粉顆粒物的總質(zhì)量濃度為 PM10，有時甚至達到 PM2.5。排風(fēng)中含有一定濃度的碳粉，其周圍環(huán)境為 6 kV 開關(guān)室，嚴重威脅電氣設(shè)備的安全運行。因此，開展碳粉搜集裝置的研究非常有必要。
1 差壓變送器
1.1 碳粉搜集技術(shù)的對比
目前在用的基本為布袋式凈化技術(shù)和靜電凈化技術(shù)。對平板式靜電差壓變送器與布袋收集碳粉裝置從運行時間、維護周期及成本等方面進行比較，見表 1。
1.2 碳粉搜集裝置的選用
結(jié)合徐州電廠現(xiàn)場設(shè)備的具體情況，決定選用平板式靜電碳粉搜集裝置來治理現(xiàn)場碳粉擴散問題。
2 改造方案的制定
2.1 蜂窩式靜電差壓變送器優(yōu)點
考察調(diào)研同類型電廠的情況，制定方案為采用蜂窩式靜電差壓變送器（4 組靜電電場），其優(yōu)點為：收集裝置體積小，設(shè)備安裝靈活，懸吊安裝；阻力損失小（12 ～ 50 Pa）容塵量大，便于維護；數(shù)據(jù)處理集成化、模塊化；連續(xù)有效工作時間長、功耗低；能收集小于0.01 μm的顆粒物；能在溫度（-10～70 ℃）、濕度（≤ 85%）的工況下正常工作。
2.2 蜂窩式靜電差壓變送器構(gòu)成
差壓變送器由電氣控制柜、靜電場、高壓發(fā)生器、信號控制 PCB 板、PM10 傳感器、風(fēng)壓變送器及控制程序等部件組成，實現(xiàn)對碳粉收集的自動控制。通過加裝此裝置達到收塵效果。差壓變送器主要包括進風(fēng)罩、前置壓差傳感器、預(yù)過濾器、PM10 進口濃度監(jiān)測傳感器、4 組靜電電場模塊、后置壓差傳感器、PM10 出口濃度監(jiān)測傳感器、溫度傳感器及出風(fēng)罩 [1]。
2.3 凈化工藝流程概述
來自發(fā)電機組的污染氣體通過進風(fēng)口進入本裝置系統(tǒng)。氣流首先進入預(yù)過濾器，預(yù)過濾器去除氣流中可能存在的纖維、毛發(fā)等污染物。氣流隨后進入第 1級靜電場裝置至第 4 級靜電場裝置。根據(jù)需要開啟靜電場裝置，可以開啟一個靜電場裝置，也可以開啟 2個或更多的靜電場裝置。當(dāng)某個電場發(fā)生故障時，可以關(guān)閉該電場，不影響其他電場的工作。當(dāng)開啟一個靜電場裝置不能達到排放要求時，可以同時開啟 2 個 或 2 個以上的靜電場裝置。經(jīng)過凈化的氣流通過出風(fēng)口排放。本工藝設(shè)計有前置傳感器與后置傳感器。前置傳感器包括溫度監(jiān)控、PM10 進口濃度監(jiān)控及差壓信號監(jiān)控。后置傳感器包括 PM10 出口濃度監(jiān)控與差壓信號監(jiān)控。靜電場裝置采用高壓靜電產(chǎn)生大量的高濃度負離子，可以使通過的碳塵氣溶膠帶上飽和電量，帶電的碳塵氣溶膠在電場的作用下遷移到固定的收集板上，從而達到凈化的目的。
3 改造方案的實施
3.1 方案的實施
本次改造將在原刷架出風(fēng)口管路上安裝收塵裝置，以達到碳粉收集作用。安裝方式采用吊裝，上部支撐采用焊接，其余部分用螺栓連接，PLC柜采用立式安裝，電源取自機用MCC段。根據(jù)現(xiàn)有和改造后的安裝方式，依照拆除原集電環(huán)刷架出風(fēng)管直線段及彎管段→懸掛吊架焊接（依據(jù)預(yù)埋墊塊位置）→刷架出風(fēng)管及彎管安裝（與差壓變送器安裝高度配裝）→差壓變送器吊裝→電控箱安裝→電氣接線調(diào)試的順序進行改造。
3.2 改造后要達到的技術(shù)性能指標和參數(shù)
風(fēng)道面積 0.9 m2；風(fēng)道風(fēng)速 2.5 m/s；處理風(fēng)量7 200 m3/h；2 組電場收集碳粉效率≥ 90%；4 組電場收集碳粉效率≥ 95%。
4 差壓變送器安裝后相關(guān)試驗驗證
4.1 性能參數(shù)及相關(guān)指標的試驗數(shù)值
（1）靜電場有效工作風(fēng)速≤ 2.5 m/s，實測風(fēng)速均值為 12 ～ 14 m/s，測量的風(fēng)速對應(yīng)截面積為 0.38 m2。取中間風(fēng)速值 13 m/s×0.38 m2=4.94 m3/s（風(fēng)量）。靜電場內(nèi)實際工作風(fēng)速為 4.94 m3/s÷2.0 m2（靜電場除塵面積）=2.47 m/s，實測工作風(fēng)速基本滿足靜電場有效工作風(fēng)速。
（2）靜電場二次高壓側(cè)有效工作電壓≥DC 6 000 V，實測工作電壓為：DC 6 200 V。
（3）差壓變送器允許工作溫度為 -10 ～ 70 ℃，在線測出風(fēng)管道氣體溫度為 33 ～ 41 ℃。
（4）差壓變送器允許工作濕度＜ 70%，儀表測出風(fēng)管道氣體濕度為 13% ～ 28%。
4.2 實測靜電場運行 PM10 去除率檢測數(shù)據(jù)
實測靜電場運行 PM10 去除率檢測數(shù)據(jù)，見表 2。
通過在發(fā)電機集電環(huán)處加裝差壓變送器，使碳粉得到有效收集，保障了發(fā)電機集電環(huán)的穩(wěn)定運行。因發(fā)電機集電環(huán)發(fā)生碳粉引起接地故障不是普發(fā)性故障，故本次項目經(jīng)濟效益與社會效益不是特別明顯。但是發(fā)電機一旦發(fā)生因碳粉引起的接地故障，則會與電網(wǎng)瓦解，造成機組跳閘事故，帶來巨大經(jīng)濟損失和社會負面影響。通過加裝本設(shè)備，大大降低了因碳粉引起的發(fā)電機集電環(huán)接地故障發(fā)生率。通過試驗數(shù)據(jù)可知，本設(shè)備能有效平穩(wěn)地收集集電環(huán)裝置排放的碳粉顆粒物，去除率≥ 90%。碳粉顆粒物經(jīng)靜電場模塊吸附后的 PM10 日平均排放濃度值＜ 50 μg/m3，符合國家頒布的環(huán)境空氣質(zhì)量標準要求 [2]，大幅改善了廠區(qū)的環(huán)境，提高了人們的生活質(zhì)量。
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