ULT 在火电厂料位测量中的探讨

      1 引言所有以煤作为燃料的电厂都有一个灰料处理系统。在工艺上最难
处理的是那种飞灰料位的测量，即锅炉燃烧后排出来的细小的灰尘，这种灰尘细
如滑石粉且是惰性材质，而且也不易沉降，故许多产品技术在此应用中均受到了
限制。这就给电厂灰仓或库料位的测量带来了很大的困难。偶然间从国外的杂志
上看到美国GeorgiaPacific电力公司使用的美国索尔公司ULT 系列非接触式超声
波物位变送器成功地完成了煤灰的料位检测。于是联系到美国索尔公司中国代表
处并细心研读了其资料，并经过了多次的探讨，同时也了解了此产品在中国一些
电厂使用的情况，这才有了本文的由来。2 煤灰仓料位测量具体难点问题在
这里还想引用GeorgiaPacific公司的实例作说明。GeorgiaPacific电力公司是美
国最大的电力公司之一。在过去的几年中，该公司灰料处理系统料位测量采用了
多种测量原理的料位仪表。1997年该公司使用射频导纳料位计，起初还可以勉强
测量，但到了1998年，测量误差不断增大，经过检查发现探头严重磨损，无法再
满足测量要求。随后该公司尝试了非接触式的雷达料位计，但在试用过程中，雷
达接收到的反射信号相当微弱，严重情况下几乎接收不到反射信号。该公司连续
试用了几家公司的雷达产品，效果均不理想。分析原因，是由于雷达的反射信号
受介质介电常数的影响，而此处被测的飞灰其介电常数非常小，从而导致雷达不
能正常工作。

      非接触式超声波产品也是以前很多电厂的选择，但由于在进料过程中产生
的大量粉尘对发射出的超声波有极强的散射作用，使大部分的超声波在未到达被
测物位表面时，大部分声波己被衰减，从而使反射回的回波微乎其微，无法确定
是真实的物位还是飞灰造成的漫反射。更严重时，则没有回波信号。我们还在
有些电厂看到采用核技术来测量。但目前国电公司不太推荐核料位计的使用，主
要原因是现场操作工人由于担心核的辐射，自安装后很少维护其产品。3 ULT
非接触式超声波为解决测量困难的技术特性分析3.1 关于非接触式超声波的技术
原理，因为此项技术应用于工业领域的测量已有多年的历史，己成为大家所熟知
的产品，在这里就不想详细赘述其工作原理，主要想花更多的笔墨来谈一谈为什
么ULT 可以解决其他超声波产品不能很好应用的工况。3.2 ULT 区别与其他同
类产品的特性之一——高能量超声波发射我们知道发射超声波是利用压电效应原
理，即发射电脉冲作用于超声波探头内的压电晶体上，使之产生振动发射超声波。
因此超声波所具有的能量就与激励电脉冲的大小有关。激励的电脉冲越大，产生
的能量也就越强。ULT 加载在压电晶体上的激励电压为800V，是其他同类产品的
十倍，可产生138dB 的声能，相当于喷气式发动机工作时所产生的声能。虽然其
激励电压为800V，但由于产生的声脉冲波只是在瞬间具有很低的电流，不会对人
身造成任何伤害。高能量的声脉冲波确保了其不会受悬浮的粉尘对声波吸附及散
射的影响而造成回波的丢失。同时也可解决对其他超声波产品而言在固体料位进
料和卸料的过程中所形成的锥形堆积面和瓶颈流需要加以辅助的安装工具如万向
节才能完成的垂直于堆积面表面的安装，而ULT 只需从罐仓顶部竖直安装即可，
而不需要其他的辅助安装工具。3.3 ULT 区别与其他同类产品的特性之二——
低频声脉冲波发射（5Khz-30Khz）低频声脉冲波的波长长于高频声脉冲波，因此
在相等的传播距离内，低频声脉冲波会比高频声脉波遇到更少的媒介粒子的阻碍，
从而其所依赖的传播媒介会对其有更少的衰减作用（见图一）。这就意味着低频
声脉冲波比高频声脉冲波有更强的穿透能力。尤其是像粉煤仓工况下，当进料时
会有大量的粉尘悬浮在仓内不容易沉降，低频的优势也就更突显出来，可以完成
80米的物位测量。这也解释了为什么船上汽笛均采用低频的原因。

      3.4 ULT 区别与其他同类产品的特性之——自动的增益调节功能增益在这
里更通俗含义是指灵敏度。举例来说，当使用麦克风讲话时，为使周围的听众都
能听清楚讲话人的声音，则需要适当地调整控制麦克风音量以及音质的旋纽。这
就是所谓的对灵敏度的调节。应用于ULT ，当其灵敏度越强时，收到的回波也就
越强。ULT 是通过如图二的增益曲线来实现的。

      当料仓进料时，由于产生的大量粉尘会严重地散射声波，造成超声波探头
只能接收到少量的回波，其强度低于检测的门限值，这时其内部的电子模块就会
根据收到的回波大小来自动地提高增益，使接收到的回波的强度增大直到满足测
量的要求。如图三所示。正是由于ULT 具有以上三大技术特性，使其能够区别
于其他的超声波产品而出色地完成复杂苛刻的工况如粉煤灰料位的测量。同时它
还带有双冗于供电（240VAC／24VDC ）的功能，当其中一路电源由于故障掉电时，
会自动切换到另一路电源，保证物位连续的检测和数据的完整性。4 应用实
例经过前面的介绍，我们已经比较熟悉了GeorgiaPacific电力公司的情况，他们
在得知ULT 的详细情况后，随即使用了一台ULT 非接触式超声波料位计，经过近
一年的试用，发现ULT 一直在准确而可靠的运行。到2001年8 月GeorgiaPacific
公司已经安装了近40台ULT 系列超声波物位计。