锅炉汽包水位

锅炉汽包水位（精选10篇）

锅炉汽包水位 篇1

保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全指标。随着火电机组的不断增加, 汽包水位测量误差大和启动时汽包水位保护不能正确投入的问题越来越突出。针对汽包水位测量和保护系统存在的问题, 近几年来, 不断对原有装置进行了技术改进, 并取得了成功, 大大提高了汽包水位测量的准确性。

1 锅炉汽包水位连通管式测量方法

连通管式水位计利用水位计中的水柱与汽包中的水柱在连通管处有相等的静压力, 从而可用水位计中的水柱高度间接反映汽包中的水位。连通管水位计测量原理如图1所示。

汽包重量水位和云母水位计示值误差:

式中:ls为汽包压力下饱和蒸汽的密度;lw为汽包压力下饱和水的密度;la为云母水位计测量管内水的平均密度;H为汽包内重量水位;Ha为云母水位计显示值。

从式 (1) 中可以看出ΔH与云母水位计测量筒内水的温度有关, 与汽包压力有关。云母水位计温度一定时, 汽包压力愈高, 误差愈大;汽包内压力一定时, 云母水位计筒内水温度愈高, 误差愈小。

根据连通管水位计原理, 可知提高水位计测量准确度可有多种方法, 如水位连通器加装热套、补偿与修正、改进结构。 (1) 给连通器加装热套虽然有效, 但又造成了显示、信号传递的不方便, 故始终未得到推广; (2) 补偿与修正的方法, 虽然可近似地设定连通器内的水温从而省去水温测量环节, 但是水温的设定应有充分的根据, 通过修正来提高测量准确度也比较繁琐; (3) 改进结构方法, 其难度不大, 比其他减小水位误差的方法更有效、更简单, 是值得推广的。因此对于连通管式水位计的改进多为结构改进。

1.1 新型双色水位计

云母水位计只能就地监视, 且汽水界面不清晰, 且零水位负误差在汽包压力为18.40~19.60 MPa时达到150 mm, 已不能用来校核差压水位计;同时, 此表量程一般不能覆盖满、缺水停炉定值, 在水位计高或极低时已失去监视作用[3]。

双色水位计是由云母水位计发展而来。双色水位计改进了云母水位计结构, 辅以光学系统, 利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射, 使汽水界面显示成红、绿两色的分界面, 显示清晰, 并可利用工业摄像系统等方式远传显示。然而传统的双色水位计测量误差大、云母片易结垢而使显示模糊、频繁排污易造成表计热变形而泄露以及存在显示盲区, 没有解决高压力下零水位误差过大的问题。

WDP系列无盲区低偏差双色水位计, 利用汽包内的饱和蒸汽给水位计表体加热, 利用冷凝器内冷凝后的饱和水给双色水位计内的水置换, 加速双色水位计内的水循环, 使双色水位计内的水接近饱和水温度, 消除因水样温度低造成的测量误差, 达到准确测量汽包水位的目的。

同时, 由于置换的新水为饱和蒸汽冷凝后的饱和水, 含盐低, 这样减少了云母片结垢, 延长了表计的排污周期, 从而减少了表计的热变形, 减少了表体的泄露, 延长了表体的检修周期, 降低了维护费用。

由于其显示部分是由两侧水位管的五窗云母组成, 相邻云母窗口有一定重叠度, 消除了显示盲区[3]。

WDP系列无盲区低偏差双色水位计大大提高了汽包水位测量准确性, 克服了云母水位计、传统双色水位计的缺点, 极大地满足了大机组的需要, 为汽包水位提供了一项准确可靠的测量仪表, 实现了汽包水位无盲区准确监视。

1.2 电极式汽包水位测量装置

电极式汽包水位计是一种基于连通管原理的测量装置, 与普通就地云母水位计 (或双色水位计) 不同之处在于测量筒内有一系列组成标尺的电极, 由于汽、水电导率的很大差别, 造成处于汽和水的电极电阻值有很大差别, 以此来判断电极是处于水空间, 还是处于汽空间。电极式水位计在其量程内有水即可稳定测量, 检测可信, 即便某点显示有误, 仍可根据其余点判断水位, 显示直观醒目。故30多年来用于监视主表、差压水位计核对和保护报警。但随着使用压力增高, 传感器 (测量筒) 取样负误差增大, 亚临界压力下负误差在零位可达l50 mm, 高水位停炉值可达250 mm, 在监控保护系统中已失去使用价值。

对于高参数锅炉来说, 汽包水位测量就没有一种值得信赖的基准仪表。在这种情况下, 通常采用安装在汽包内部的取样管, 通过取样分析汽、水的电导率来标定水位计或利用大修时留在汽包内部的水痕迹来检查汽包水位计的零点。然而, 这2种方法很粗略且操作难度大。GJT—2000型高精度、高可靠性的电极式汽包水位测量装置与汽包水位内置电极传感器解决了这一问题。

GJT—2000电极传感器测量筒在测量筒内部设置笼室内加热器, 利用饱和汽加热水样。加热器由不同传热元件构成。加热方式有内热和外热, 内热既有水柱径向传热元件, 又有轴向分层传热元件。加热器上敞口, 来自汽侧取样管的饱和蒸汽进入加热器, 向汽笼一样加热水柱。传热方式与结构设计既有利于增加加热面积 (加热面积是筒体散热面积的1.4倍) , 又有利于热交换。从而使得测量筒水柱温度接近饱和水温, 水位测量精度高。

该测量装置最重要的外形特征就是设置了冷凝器使新型测量筒比普通测量筒高出许多。来自汽侧取样管的饱和蒸汽在冷凝器中冷凝, 大量凝结水 (温度为饱和水温) 沿壁而下, 分区收集, 由布置在饱和蒸汽中的数根疏水管在不同深度疏至水样中, 将低温水样高倍率置换出测量筒, 有效提高水柱温度, 并使之上下均匀分布。

GJT—2000采用综合技术措施实现了高可靠性传感, 显著降低故障率而减少维护工作量。水质优化设计使取样水质好, 免排污。测量筒参比水柱温度恒等于汽包内的饱和水温度, 不受环境温度影响, 可减弱水位升降对电极的热冲击, 延长电极寿命;参比水柱高度恒定, 不受汽包压力变化影响。取样真实、报警可信、动态响应快, 能适应自点火至额定工况的变参数运行, 测量筒内有稳定热源, 故对取样管道长度、截面、测量筒现场布置的安装要求宽松于旧型测量筒。采取防电极挂水、防水渍结构设计。

GJT—2000电极传感器由于采用了柔性自密封电极组件, 使压力愈高, 机械密封愈紧, 密封可靠, 不泄漏。密封件回弹性能好、热紧性能好, 解决了传统电极组件密封泄漏问题[2]。

汽包水位内置式电极测量装置主要由电极传感器和显示仪表组成。传感器部分主要由固定支架、电极传感器及传感器的延长电缆等组成, 电极传感器安装在汽包内需测量的位置, 传感器的延长电缆通过焊接在汽包水侧和汽侧取样管上的引出箱引出, 并采用固定座、密封垫或密封环、压盖等对延长电缆进行密封, 经密封后的延长电缆直接引入汽包平台的接线盒内, 再经接线盒内的端子与电缆相连送到控制室显示仪表上进行显示。

汽包水位内置式电极测量装置是基于汽包内汽、水的电导率不同, 通过安装在汽包内多个电极传感器, 采用二次仪表识别其电导率而测量水位。电极传感器直接感应汽包内的水界面, 所以取样误差很小、测量很准确, 可作为汽包水位测量的基准仪表和实验仪表。

由于汽包内置式电极测量装置的测量电极位于汽包内部, 因此该装置可最真实地反映汽包内真实水位而不必像传统电接点水位计那样考虑测量筒由于散热而造成的测量筒内水位低于真实水位而造成的误差, 可以在锅炉启动时就可以投入使用并作为汽包水位的基准仪表[3]。

GJT—2000型电极式汽包水位测量装置与汽包内式电极测量装置都能提供优于旧型电极式水位计的测量结果, 成为汽包水位基准仪表与汽包水位保护仪表。但其结构较复杂, 维护不方便, 尤其是与汽包内式电极测量装置的平衡容器位于汽包内, 安装不方便。

2 锅炉汽包水位差压式测量方法

差压式水位计的水位—差压转换原理如图2所示。

差压式水位计是通过把水位高度的变化转化成差压的变化来测量水位的。其正负管输出的差压值为:

式中:L为平衡容器中参比水柱的高度;H为汽包实际水位高度;la为参比水柱 (饱和水) 密度;g为重力加速度;ls为汽包内饱和汽密度;lw为汽包内水的密度[4]。

由于锅炉启动时差压式测量会受诸多因素的影响, 因此锅炉启动时, 差压式汽包水位计不作为主要监视仪表, 而作为锅炉正常运行时的基准仪表与实现锅炉汽包水位自动和汽包水位保护的测量手段。长期的实际运行经验证明差压式水位计涉及问题较多, 主要表现在准确性和稳定性不好, 特别是锅炉低负荷运行时, 汽包水位的准确性更差。差压式汽包水位计的准确性必须给予高度重视, 通过各种措施不断提高其测量精度。通过对差压式汽包水位测量原理的分析, 可以看出, 引起差压式汽包水位测量误差的主要原因是测量的参比水柱密度的不确定。解决了参比水柱密度不确定性的问题, 也就解决了差压式汽包水位测量的准确性的问题。

2.1 改进型外置式单室平衡容器

传统外置式单室平衡容器的正压管均由平衡容器底部垂直向下引出, 形成了一段高度为L的参比水柱。由于平衡容器的传热使参比水柱的水温不等于室温, 而是自上而下从汽包饱和水温度逐渐降低到室温, 从而使参比水柱平均温度总是大大高于室温, 而且由于饱和水温随汽包压力变化而变化, 使参比水柱平均温度的不确定性增加。此外, 从水温度与密度关系来看, 并不是简单的线性关系, 水在4~50℃内其密度变化不大, 因此, 参比水柱温度偏离造成的水位测量偏差较小;随参比水柱温度进入较高温度区, 参比水柱的密度会随温度升高变化增长造成水位测量偏差增大。

改进型外置式单室平衡容器为解决这个问题, 采用了这样的措施:正压侧仪表取样管从外置式单室平衡容器侧面引出, 引出后按1:100下倾延伸1 m以上。正压管侧仪表取样管延伸的目的是让平衡容器内的热量沿取样管水平传递, 使取样管垂直段 (参比水柱) 接近环境温度。由于参比水柱处于低温区, 因此即使不考虑温度补偿, 也不会因为室温变化而导致过大的水位测量偏差。

2.2 双恒平衡容器

GJT—DII双恒平衡容器, 利用独特的结构实现参比水柱温度恒等于饱和水温度。

GJT—DII双恒平衡容器结构独特的叉式参比水柱组件置于平衡容器的饱和汽室。来自汽包的汽侧取样管饱和汽在饱和汽室形成凝结水, 经裸露的排水管流至汽包下降管。设置伸高式冷凝室, 冷凝室产生的凝结水为饱和水, 由收集疏水组件注入长臂口, 进入参比水柱管, 满水后, 多余的水由短臂口溢出, 使98%以上的参比水柱为向上流动的饱和水水柱。

以上2种措施的综合, 使参比水柱如同在汽包内一样, 温度恒等于饱和水温度。当汽包压力变化时, 使饱和汽温度变化, 加热或冷却参比水柱, 同时置换原有参比水柱的凝结水温度也随之变化。由于叉管的管壁薄, 蓄热量较小, 则参比水柱温度变化迟延小。又由于伸高式冷凝室高度较高, 冷凝面积大, 注入长臂凝结水流量很大, 即对原有参比水柱的置换率大, 极有利于参比水柱温度快速跟踪汽包内的饱和水温度。因此, 参比水柱测量动态性能好。

GJT—DII双室平衡容器参比水柱温度恒等于汽包内的饱和水温度, 不会受环境温度影响, 使差压水位校正大为简化。在汽包压力变化工况下, 参比水柱高度恒定性好。参比水柱管和正压侧传输管路自动冲水快、满水快, 不需要升高汽包水位向参比水柱管和正压侧传输管路“灌水”。由启动至正常的过渡时间短[1]。

2.3 汽包内置式平衡容器

汽包内置式平衡容器的原理如图3所示。

DNZ系列汽包内置水位平衡容器是将单室平衡容器置于汽包内部, 汽包运行过程中饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水回流到平衡罐中, 参比水柱所形成的静压通过正压取样管引到差压变送器的正端, 汽包内的水通过水侧取样管引到差压变送器的负端。

由于将平衡罐安装在汽包内, 使平衡罐及引出罐中的水温度为汽包内饱和水温度, 其密度为饱和水的密度, 这样在进行补偿计算时就有相对稳定的参数, 可以准确计算出汽包水位[6]。

外置式单室平衡容器结构简单, 安装方便, 取样干扰小, 但是由于参比水柱温度受环境影响而产生较大的测量误差, 如果采用参比水柱温度补偿, 系统复杂, 可靠性降低。其余2种平衡容器都是力求将参比水柱温度逼近饱和水温度, 其特点是测量误差小, 补偿计算简单。双恒平衡容器由于增加了排水管与下降管相连, 使测量系统更为复杂, 影响测量的因素增多, 使调试更复杂。内置式单室平衡容器测量系统简单, 影响测量的因素最小, 但是安装复杂。

3“多测孔接管”技术

由于锅炉汽包水位测量对锅炉安全运行的重要性, 以及大型锅炉汽包长度长 (一般在20 m) , 内部过程复杂, 水位高低不平, 因此, 锅炉汽包水位测量严格要求配置采用多测量原理、保护和控制互相独立以及三取二或三取中冗余设计。

根据独立性原则, 水位计应与测孔“一对一”连接, 禁止多个测量装置“合用测孔”, 以防止一个取样系统故障和排污时影响多个仪表。这意味着每个汽包上至少应有6~9对水位测控。

但是, 由于有些锅炉测孔有限, 而在汽包上增加测孔存在着诸多困难和安全风险, 以致这成了限制贯彻上述标准的重要原因。

多测孔接管技术利用汽包原有测孔接管通道, 插管到汽包内部取样, 增加独立取样测孔, 从而不用在汽包壁重新开孔而增加新的测孔。所增加的测孔取样口与原有测孔取样口必须有一定距离, 多测孔接管上有母孔小接管和带有屏蔽稳流的增孔小接管, 所增测孔与在汽包封头上直接开孔取样没有区别, 能满足一次取样装置取样动态特性要求。采用该技术避开了在汽包壁上钻孔、焊接、热处理、金相检查等关键问题, 不影响汽包原设计强度, 风险很小, 具有施工方便、工期短、效果好的优点[5]。

4 软测量技术

软测量技术依据对可测、易测过程变量 (称为辅助变量如压力、温度等) 与难以直接测量的待测过程变量 (称为主导变量, 如产品分布、物料成分) 之间的数学关系的认识, 采用各种计算方法, 通过构造某种数学模型 (即软测量模型) , 实现对主变量的估计。

软测量技术主要包括4个方面内容: (1) 辅助变量的选择; (2) 测量数据处理; (3) 软测量模型的建立; (4) 软测量模型的在线校正。软测量方法中的核心问题是建立软测量模型, 但它不同于一般意义下的数学模型, 强调的是通过辅助变量获得对主导变量的最佳估计。如果这种估计模型足够精确, 理论上可替代在线分析仪表, 实现直接质量控制;由于它不会受到测量滞后的影响, 所以在控制性能上获得较大改善。目前建立数学模型的方法主要有机理分析建模、回归分析法、状态估计法、人工神经网络、模糊技术和模式识别法6种, 且应用较为广泛[6]。

基于机理分析的软测量主要是运用化学反应力学、物料平衡、能量平衡等原理, 通过对过程对象的机理分析, 找出不可测主导变量与可测辅助变量间的关系, 从而实现对某一参数的软测量。这种软测量方法特点是工程背景清晰, 与一般工艺设计和计算关系密切, 相应的软测量模型也较为简单, 便于应用, 因此基于工艺机理分析的软测量是工程中一种常见的方法。同时也是工业界最容易接受的软测量方法。在工艺机理较为清晰的应用场合, 软仪表往往能取得较好的效果。

电厂锅炉是用来生产蒸汽的换热系统, 工艺机理较为明确。给水经省煤器加热后送入汽包, 然后从下降管经下联箱进到上升管 (即水冷壁) 。在上升管内吸收炉膛内供给的热量, 此时有部分的水变成饱和蒸汽, 所形成的汽水混合物又回到汽包中, 汽水混合物在汽包内进行汽水分离。饱和蒸汽将导入过热器内, 进一步被加热成过热蒸汽, 而饱和水再进入下降管重复上述过程。

从物质平衡观点出发, 只要汽包进水量W=D, 就可以保证汽包的水位不变;若W>D, 则水位上升, 反之, 水位下降。由此观点可基于物质平衡来实现汽包水位的软测量, 即找出汽包进水量W及汽包出汽量D与水位变化量之间的关系, 从而实现对水位的新测量。由于汽包进水量W和汽包出汽量D尚无现存的测量装置, 所以考虑利用汽轮机进汽量D1和给水量G, 详细分析汽轮机进汽量D1和给水量G与汽包进水量W和汽包出汽量D的差别。此方法是通过分析汽包水位物质平衡机理来建立软测量模型, 但事实上这样只能得到汽包压力和水冷壁吸热量都不变情况下的汽包水位变化趋势[7]。

从以上分析中只能得到锅炉静态时汽包水位变化趋势, 而无法实现动态测量。从物质平衡与能量平衡两方面来考虑, 虽然汽包水位对象特性十分复杂, 进出汽包的汽水不平衡, 汽包内压力的变化以及燃烧工况的变化都会影响汽包水位的变化。但从根本上说, 汽包液面下容积其实是由饱和水容积和饱和汽容积组成的, 汽包水位的变化是由汽包中饱和水量和饱和汽量综合作用的结果。只要清楚了汽、水容积的变化规律也就了解了汽包水位的变化规律, 这就可以依据汽包水位动态变化过程中的物质平衡以及能量平衡机理建立汽包水位的软测量模型。通过这种方法建立的模型可以实现锅炉正常运行时, 汽包水位的静态与动态测量, 并取得了良好的仿真验证结果。但在非正常工况下以及机组启停机过程中, 要得到准确的测量结果, 就要对模型进行修改。

5 结束语

新型汽包水位测量装置的研究开发和成功应用从根本上解决了汽包水位计测量误差大的问题。内置电接点水位计的开发使汽包水位计的准确性有了判据, 系列化而准确的汽包水位测量装置为汽包水位测量仪表的合理配置和汽包水位保护逻辑的设计提供了依据, 真正做到锅炉正常运行中各汽包水位测量装置间的示值偏差小于30 mm, 锅炉启动时就可正确投入汽包水位保护。尽管新型汽包水位计基本满足了锅炉安全运行要求, 但仍存在许多工艺上的问题, 这些问题都有待于不断研究和改进。

软测量技术作为一种新型的过程参数检测技术, 为解决复杂过程参数的检测问题提供了一条有效的途径, 具有良好的工业应用前景。但它毕竟是一门新技术, 发展还不成熟, 系统的理论体系目前也尚未形成, 仍有不少理论和实践问题有待于今后进一步研究。

参考文献

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[6]李海清, 黄志尧.软测量技术原理及应用[M].北京:化学工业出版社, 2000.

[7]许晨光, 杨平, 邵健青.锅炉汽包水位软测量方法初探[J].华东电力, 2005, 33 (8) :47-50.

锅炉汽包水位 篇2

汽包满水缺水事故是锅炉发生事故中非常严重的事故，如处理不当，也许会造成汽轮机水冲击或锅炉水冷壁、省煤器爆管恶性事故。为防止此事故发生，制定如下措施：

1、锅炉汽包应至少配置两只彼此独立的就地汽包水位计和两只远传汽包水位计水位计的配置应采用两种以上工作原理共存的配置方式，以保证在任何运行工况下锅炉汽包水位的正确监视。

2、确保汽包水位计的安装符合安装和运行要求。

3、汽包水位测量系统，应采取正确的保温、伴热及防冻措施，以保证汽包水位计测量系统的正常运行正确性。两取样管平行敷设，共同保温，中间不能有保温隔离层，伴热设施对两管伴热均匀，不应造成两管内冷凝水出现温差。

4、汽包就地水位计的零位应以制造厂提供的数据为准，并进行核对、标定。

5、按规定要求对汽包水位计进行零位校验。当各水位计偏差大于30mm时，立即汇报，并查明原因予以消除。当不能保证两种类型水位计正常运行时，必须停炉处理。

6、严格按照运行规程及各项制度，对水位计及其测量系统进行检查及维护。机组启动调试时应对汽包水位校正补偿方法进行校对、验证，并进行汽包水位计的热态调整及校核。新机验收时应有汽包水位计安装、调试及试运专项报告，列入验收主要项目之一。

7、当一套水位测量装置因故障退出运行时，应填写处理工作票，工作票应写明故障原因、处理方案、危险因素预告等注项，一般应在8小时内恢复。若不能完成，应制定措施，经总工程师批准，允许延长工期，但最多不能超过24小时，并报上级主管部门备案。

8、锅炉应安装汽包水位高、低位报警及保护，并保证随时可靠好用。锅炉水位保护的停退，必须严格执行审批制度；水位保护是锅炉启动的必备条件之一，水位保护不完整严禁启动。

9、当运行中无法判断汽包确实水位时，应紧急停炉。

10、给水系统中各备用设备应处于正常备用状态，按规定定期切换。失去备用时，应制定安全运行措施，限期恢复投入备用。

11、建立锅炉汽包水位测量系统的维修和设备缺陷档案，对各类设备缺陷进行定期分析，找出原因及处理对策，并实施消缺。

汽包水位调节异常分析 篇3

关键词：汽包水位 调节异常 分析

1 系统概述

某电厂机组为东方汽轮机厂生产的300MW亚临界、一次中间再热、双缸双排汽抽汽凝汽式汽轮机，配两台TGQ06/7-1型汽动给水泵和一台300TSBⅡ-JB型电动给水泵。机组正常运行时两台汽泵运行，电泵联锁投入，任一汽泵运行中跳闸，联启电泵。汽泵运行中转速调节范围3000-5300r/min，当其出口流量≤160t/h时，联开再循环阀；≥330t/h时，联关再循环阀。

采取全程给水控制方案。设计有给水电泵勺管自动回路、汽泵调速自动回路，控制采用单冲量和三冲量切换的控制方案（汽泵采用平衡方式），汽泵与电泵自调不能同时投入，两套自动切换采用手动切换。

2 问题的提出

16：11机组负荷273.7MW，主汽压力16.5Mpa，汽包水位设定值35mm，测量汽包水位135.5mm，汽包水位测量值与设定值偏差大于100mm，达到切除给水自动调节条件，1号汽动给水泵自动调节切除，2号汽动给水泵自动调节未自动切除，锅炉“给水切自动”光字牌未报警。

16：14运行人员手动切除2号汽动给水泵自动，此时1号汽动给水泵转速4320r/min，2号汽动给水泵转速4744r/min，运行人员开始手动调节1、2号汽动给水泵转速控制汽包水位，在减小1号汽动给水泵指令的过程中，16：15 1号汽动给水泵再循环门打开，此时汽包水位-44mm，并呈继续下降趋势，运行人员手动开启电泵维持汽包水位。

电泵开启后，1号汽动给水泵转速降至3983r/min后开始减小1号汽动给水泵指令，16：51 1号汽动给水泵转速出现周期振荡现象。为防止调门频繁摆动造成调门损坏，17：11运行人员手动停运1号汽动给水泵。

22：41，投入1号汽动给水泵运行，停运电动给水泵。汽包给水系统恢复正常。

3 处治情况

检修人员到场后开始检查给水自动控制系统逻辑并通过历史趋势进行分析判断：

检查1号汽动给水泵控制指令与LVDT反馈对应关系均正常，判断调门摆动的原在当时特殊的工况下控制系统参数已不适应系统的特性造成控制系统发生振荡；

检查给水自动控制系统逻辑未发现明显异常，判断2号小机未能切除自动的原因为切除自动逻辑执行顺序原因；

检查结束后联系运行人员将1号汽动给水泵重新启动，冲车，投入遥控，水位稳定时投入给水自动调节，运行正常。

4 原因分析

4.1 汽包水位上升原因分析。查历史数据，机组负荷16：09至16：10机组负荷由256MW升至271MW，B、C、D、E层给粉机转速分别由497r/min、365r/min、315r/min、285r/min升至609r/min、601r/min、501r/min、500r/min，燃料量突然大幅上升，炉膛燃烧增强，炉水内汽泡含量突然增加，造成汽包水位由57mm突升至136mm。

4.2 2号汽动给水泵自动调节未自动切除的原因分析。给水自动控制系统切手动逻辑关系正确，但执行顺序存在问题，导致2号汽动给水泵自动调节未自动切除。

经检查确认给水自动控制系统切手动逻辑关系正确后进一步展开分析，发现“汽包水位测量值与设定值偏差大于100mm”的判断条件由两处相同逻辑分别计算后分别连接至1号汽动给水泵和2号汽动给水泵手操器切除自动，两部分计算逻辑在逻辑中执行顺序不同，由于在1号汽动给水泵切除自动后，由于设定值跟踪测量值，汽包水位设定值被重新赋值为当前测量值，在一个运算周期中，当逻辑执行至2号汽动给水泵自动切除逻辑时，计算汽包水位测量值与设定值偏差时，此时设定值已被重新赋值为测量值，所以计算结果偏差为零，导致2号汽动给水泵未能切除自动。逻辑如图1、2所示。

4.3 “给水切自动”光字牌未报警原因分析。经现场对光字牌报警逻辑检查发现触发“给水切自动”光字牌点亮的条件为两台汽动给水泵均手动，由于当时只有1号汽动给水泵为手动状态，所以光字牌未能报警。

4.4 启动电动给水泵原因分析。16：111号汽动给水泵自调切除后，2号汽动给水泵依然在自调状态，2号给水泵转速随自调上升，1、2号给水泵转速偏差增大，而并联运行的水泵转速要求偏差尽可能小，才能维持运行稳定。16：14值班员将2号汽动给水泵切除自调，增加了2号汽动给水泵转速，减少了1号汽动给水泵转速，更增加了1、2号给水泵转速的偏差值， 1号汽动给水泵出口压力由18.3MPa突降至17.7MPa，造成1号汽动给水泵流量由230t/h降至48t/h，引起主给水流量由770t/h降至637t/h。

4.5 1号汽动给水泵调门摆动的原因分析。根据图1所示，当第一次增加汽动给水泵调节指令时，由于此时汽动给水泵工作在上水临界状态，汽动给水泵工作的工况比较特殊，导致控制系统原有参数不适应当前工况，调节系统产生振荡，调门出现小幅摆动，控制系统已处于失稳临界状态，运行人员继续减小1号汽动给水泵指令由38%降至13%，控制系统的调节参数已无法适应当前的工况，导致系统发生振荡，控制指令出现周期振荡，致使调门出现摆动。

5 防范措施

针对现有参数不能满足运行中特殊工况的情况，对频繁变负荷工况适应性差的情况，对给水自动调节系统的参数继续调整，并在机组停机期间对汽动给水泵相关逻辑进行完善优化，以期提高给水自动控制系统的调节品质。

确保光字牌报警逻辑功能的正确性。加强对重要及新增光字牌报警的管理。光字牌逻辑修改或增加。

对机组给水自动切除自动逻辑的执行顺序进行完善，更改后逻辑图如下图所示，并针对机组的给水自动控制系统未能正确切除自动的问题，对自动控制逻辑进行核查并整改。

6 总结

通过分析汽包水位波动大的原因，优化并完善机组汽泵调节系统和给水自动切除自动逻辑，使得机组适应对频繁变负荷工况的要求，汽包水位变得相对平稳。

参考文献：

[1]陈鸿伟，许振宇，杨博，李丰，顾舒.锅炉汽包水位影响因素分析[J].电站系统工程，2007（02）.

[2]梅洪军.给水自动调节系统[J].电站设备自动化，2006（04）.

锅炉汽包水位的原理分析 篇4

汽包水位计是现代火电厂最重要的监视仪表之一, 其测量准确与否对生产过程影响很大。汽包水位过高, 降低了汽包内汽水分离器的分离效果, 使供出的饱和蒸汽携带水分过多, 含盐量也增多。由于蒸汽湿度大, 过热蒸汽过热度降低, 这不但降低了机组出力, 而且容易造成汽机末几级叶片的水冲击, 造成轴向推力过大使推力轴承磨损;含盐量过多, 使过热器和汽机流通部分结垢, 使机组出力不足且易使受热面过热而造成爆管。汽包水位过低, 则破坏了锅炉的汽水自然循环, 致使水冷壁管被烧坏, 严重缺水时还会发生爆管等事故。所以准确测出汽包内水位, 以提高机组的安全性是技术人员重点关注的问题[1]。

1 几种水位测量仪表的应用介绍

1.1 双色水位计

双色水位计采用连通器原理制成, 通过光学原理中水汽两种介质的折射率不同而显示出锅炉水汽颜色的不同, 汽红水绿。这种水位计属于锅炉的附属设备, 就地安置。直接观测水位, 汽满呈现红色, 水满呈现绿色。随水位变化自动而连续。在锅炉启、停时用以监视汽包水位和正常运行时定期校对其他型式的水位计。

1.2 电接点式水位计

利用饱和蒸汽与蒸汽凝结水的电导率的差异, 将非电量的锅炉水位转换为电信号, 并由二次仪表远距离地显示水位。电接点式水位计基本上克服了汽包压力变化的影响, 可用于锅炉启停及参数运行中。电接点式水位计离汽包很近, 电极至二次仪表全部是电气信号传递, 所以这种仪表延迟小, 误差小, 不需要进行误差计算和调整, 使得仪表的检修与校验大为简化[3]。

1.3 差压式水位计

差压式水位计的工作原理是在汽包水位取样管上安装平衡容器, 利用液体静力学原理使水位转换成差压, 用引压管将差压信号送至差压计, 由差压计显示汽包水位。经过发展现在采用智能式差压变送器来测量汽包水位, 特别计算机控制技术的引入, 从技术性能、安全性、可靠性都有了极大的提高, 现在亚临界锅炉均采用差压式水位计作为汽包水位测量的主要手段, 并作为汽包水位控制、保护信号用。

平衡容器又叫“凝结球”, 根据测量准确性的要求不同, 有以下几种平衡容器:单室平衡容器、双室平衡容器、带蒸汽罩补偿式平衡容器等。下面就简单介绍单、双平衡容器的原理。

(1) 单室平衡容器的测量原理

1-正压一次门2-单室平衡容器3-负压一次门4-汽包

如图1所示, 单室平衡容器结构简单, 安装方便, 但测量误差较大。当锅炉在额定气压运行, 水位为正常水位时, 其输出的差压△p比较稳定, 测量较准确;当气压下降时 (即使此时的水位保持不变, 正压侧压力p+变化不大) , 负压侧的压力p-将显著增大, 致使平衡容器输出差压减小, 水位表指示偏高。

由图可以得到水位测量关系式:

式中:ρc:平衡容器内水密度, 单位:kg/m3;

ρw:汽包内饱和水密度, 单位:kg/m3;

ρs:汽包内饱和汽密度, 单位:kg/m3;

g:重力加速度, 单位:m/s2;

H:汽包水位, 单位:m;

△P:平衡容器输出差压, 单位:k Pa;

L:水位计量程, 单位:m。

由图1和上式可以看出, 正压侧压力p+由恒定的水柱高度维持, 负压侧压力p-则随汽包水位变化而变化, 所以△p即随汽包水位而变化。但是, 由于汽包内的饱和水与平衡容器内的冷凝水温度不同 (即密度不同) , 会导致测量误差。单室平衡器一般用于测量低温、低压容器的水位, 在用于测量锅炉汽包水位时, 要运用水位测量的汽压自动校正系统才能实现较准确的测量。

(2) 双室平衡容器的测量原理

1-正压一次门2-双室平衡容器3-负压一次门4-汽包

由图2所示, 负压侧置于平衡容器内, 下部与汽包的水室相连通, 内外2根管内水的温度比较接近, 减少了采用单室平衡容器因正负压取样管内水的密度不同所引起的测量误差, 但是, 由于平衡容器内的温度还是低于汽包内的温度, 故负压管内的水位比汽包实际水位偏低, 因而产生测量误差, 而且也没有完全消除由密度引起的误差。因此, 必须要采取一定的措施, 进一步消除上述因素对汽包水位测量的影响。这种被用来消除密度或温度变化带来的影响的措施就叫做补偿[4]。通过补偿以准确地测定汽包中的水位。我们可以通过以下步骤建立补偿系统: (1) 确定双室平衡容器的0水位位置; (2) 确定差压变送器的量程, 它的量程是由汽包水位的测量范围、容器的0水位位置及补偿系统的补偿起始点3方面因素决定的; (3) 确定数学模型、通过函数的计算和查阅《饱和水与饱和水蒸汽密度表》确定函数。

采用补偿双室平衡容器是因为其在工作过程中, 饱和蒸汽在室中凝结释放热量, 对其中正压补偿管和负压补偿管加热, 并且平衡容器外层加以足够的保护层。减少了热量损失, 使平衡容器的温度接近于汽包内的温度。从而使正压补偿管及负压管内水的密度在任何工况下都近似等于汽包内水的密度;又由于正确的选择正压补偿管的高度, 在汽包水位一定时, 使汽包内的压力无论如何变化, 正压补偿管的压力与负压管的压力变化值均相等, 因此双室平衡容器输出的差压不变, 即低置水位表指示的水位不变。一旦汽包内水位发生变化, 则平衡容器输出的差压也随之线性变化, 所以低置水位指示可以适时显示汽包内的水位。

(3) 蒸汽罩补偿式平衡容器的测量原理

鉴于当汽压变化时, 单室平衡容器和蒸汽罩双室平衡容器的输出差压变化方向恰好是相反的, 于是提出了蒸汽罩补偿式平衡容器 (即带中间抽头的双室平衡容器) [5], 其结构如图3所示。

1-正压一次门2-蒸汽罩式双室平衡容器3-负压一次门4-汽包5-至下降管

蒸汽罩补偿式平衡容器正压侧取样管的水柱改由2段组成, ι段保持饱和温度, L—ι段保持室温。适当选择2段的比例, 即可获得在某一特定水位 (如正常水位) 下平衡容器输出的差压值不受汽压变动的影响。

目前, 测量中小型锅炉汽包水位时, 广泛采用蒸汽罩补偿式平衡容器, 用蒸汽罩对正压恒位水槽加热, 使槽内的水在任何情况下都与汽包压力下饱和水的密度相同, 不受环境温度的影响。蒸汽罩的加热蒸汽取自汽包的蒸汽室, 凝结水经疏水管“5”流至锅炉下降管。

为了使平衡容器能迅速达到正常的工作状态, 在汽包与平衡容器的连接管之间加装汽侧一次门, 当锅炉开始升压时, 要关闭该阀门, 使较高压力的炉水由疏水管注入平衡容器, 并迅速充满正压恒位水槽。这样, 待仪表管路冲洗后, 打开该阀门, 水位表即可正常投入[6]。

2 结语

实践证明, 补偿双室平衡容器指示精确度高, 表现出良好的稳定性, 应推广应用。俗话说, 办法总比困难多。随着测量技术的不断发展, 汽包水位的测量手段也越来越多, 汽包水位的测量也越来越精确。结合本厂的实际情况, 正确应用新技术以解决汽包水位测量偏差情况, 提高水位测量准确度。[2]

参考文献

[1]侯子良.锅炉汽包水位测量系统[M].北京;中国电力出版社, 2001.

[2]姬海军.锅炉汽包水位的测量分析及检验[J].水泥, 2001.

[3]祁延强, 李红蓉.大通电厂汽包水位监测保护系统改造[J].青海电力, 2009, S2期.

[4]吴业飞, 时敏.双室平衡容器汽包水位测量及其补偿系统的应用[J].自动化仪表, 2004, 7.

[5]陈欢.双室平衡容器在锅炉汽包上的应用[J].石油化工自动化, 2010, 5.

锅炉汽包水位 篇5

【关键词】汽包水位；三冲量；自动并、退泵；控制参数

背景

台山电厂一期5X600MW为亚临界机组，锅炉型式：上海锅炉厂制造亚临界一次中间再热强制循环汽包炉；锅炉给水系统配置两台50%容量汽动给水泵，一台30%容量电动给水泵。1号机组在2013年初进行脱硝改造，更换低氮燃烧器，增加喷氨脱硝装置。在2013年10月，1号机组投入协调方式运行，机组负荷350MW，汽包水位突然波动上升90mm，给水自动调节与运行人员手动干预互相作用下，汽包水位低保护动作，锅炉MFT，机组跳闸。

1、事件经过介绍与原因分析

2013年10月13日23时33分，#1机组协调方式运行，负荷350MW，B、C、D、E磨运行，A、B汽泵运行且投自动，电泵停运，A汽泵再循环门投自动且在全关位，B汽泵再循环门手动，开度在28%。汽包水位9mm，主蒸汽流量870吨/小时，主给水流量812吨/小时。

1）23时39分24秒，#1机组协调方式运行，负荷从350MW降至320MW，目标负荷300MW，运行手动停运1B磨。23时39分30秒炉膛负压波动至-505Pa。

2）23时43分11秒，汽包水位出现波动，从+10mm快速上升至+90mm，1A、1B汽泵在自动方式下降低转速调节水位。1A泵转速由4012转/分降至3928转/分，1B泵转速由4035转/分降至3903转/分，1A汽泵再循环门开度为0%，1B汽泵在循环门31.6%，1A汽泵入口流量361吨/小时，1B汽泵入口流量降至362吨/小时，主给水流量降至445吨/小时，主蒸汽流量887吨/小时，汽包水位在调节作用下快速回落。

3）23时43分15秒，1B汽泵入口流量降至335吨/小时，达到再循环门逻辑设定的快开值（低于340吨/小时）而全开；23时43分20秒，1A汽泵入口流量339吨/小时，再循环门全开，汽包水位快速下降。

4）23时43分32秒，运行人员手动关闭1A、1B汽泵再循环门，23时44分24秒，将1B汽泵再循环门关至47%开度并保持；23时45分10秒1A再循环门关至0%。在运行人员关闭再循环期间，23时44分10秒，汽包水位降至-212mm。在给水自动调节指令下快速增加汽泵转速，汽包水位开始回升。在调节过程中，1B汽泵指令与转速存在明显偏差，转速未明显增加（后续检查发现1B小机低调阀第四个阀碟存在缺陷）；1A汽泵指令与转速也存在一定偏差，经分析是由于汽包水位偏低，给水自动指令处于快速调节状态，指令快速增加，1A泵转速也在增加，与指令之间存在正常滞后。

5）23时45分21秒，汽包水位至-157mm，1A汽泵转速4394转/分；1B汽泵转速4260转/分，两台汽泵转速存在偏差，但出口压力均为14MPa且较稳定，未发生抢水工况。运行人员手动开大1B汽泵再循环门，至23时46分37秒全开1B汽泵再循环门。

6）23时46分30秒，汽包水位回升至-13mm。23时46分31秒，运行人员手动开大1A汽泵再循环门，23时46分47秒，开至32%开度。此时主给水流量888吨/小时，主蒸汽流量953吨/小时，23时46分30秒至47分21秒期间，汽包水位从-13mm至13mm，变化平缓。

7）23时47分10秒，给水流量833吨/小时，蒸汽流量919吨/小时，运行手动关闭1A汽泵再循环门，至23时47分34秒全关，同时运行人员手动关闭1B汽泵再循环门，从100%开度关至89%开度并保持。

8）23时47分34秒，汽包水位开始快速上升，23时48分08秒汽包水位达到139mm，1B汽泵转速指令3213转/分，实际转速4183转/分，因转速指令与实际转速偏差大于1000转/分切至手动；1A汽泵23时48分13秒指令3077转/分，实际转速3969转/分，因指令低于下限3080转/分，跳至MEH本地控制。23时48分23秒汽包水位最高升至192mm。

9）23时49分09秒，1B汽泵转速指令3213转/分，实际转速3901转/分，主汽流量886吨/小时，给水流量203吨/小时，汽包水位0mm，重新投入1B汽泵自动控制。

10）23时49分27秒，因1A汽泵转速低于3080转/分，不满足切至DCS控制条件，只能在MEH系统进行手动操作。随着1A汽泵入口流量低于340吨/小时，1A汽泵再循环门再次全开，因1A汽泵出口压力低于给水压力，此时1A汽泵处于不出力状态。

11）23时49分30秒，汽包水位-144mm，运行人员手动提升1B汽泵转速，23时50分15秒，1B汽泵转速指令至4597转/分，实际转速4189转/分。运行人员手动全关1B汽泵再循环门，启动电泵，快速增加勺管指令至75%，手动停运1C磨和1C炉水泵。

12）23时50分12秒，运行将汽机主控切至手动开大汽机调门，汽机主控由53%开启至64%。23时50分22秒，1B汽泵转速4195转/分，汽包水位-252mm，23时50分44秒回升至-195mm后再快速下降。

13）23时51分19秒，汽包水位降低至-300mm，锅炉MFT，机组跳闸。

1.1通过上述事件经过对其原因分析如下：

1.1.1汽包水位扰动原因

23时39分24秒，1B给煤机停运，此时炉膛负压发生-500Pa的波动，总给煤量下降至96吨/小时后恢复至116吨/小时，随即发生了汽包水位上升至90mm。判断此次汽包水位快速上升是由于制粉系统停运后炉膛热负荷降低，受热面吸热降低导致水位上升。通过查阅曲线，启停磨、燃烧器摆角调整期间汽包水位均有不同程度的波动。

1.1.2给水自动控制指令导致汽泵再循环门快开

汽包水位属于变增益的自动调节，当水位偏差大时，输出调节指令速度将加快。由于事发时处于低负荷工况，再加上水位偏差较大，两者因素的叠加造成给水指令快速调节过程中，给水流量快速变化，致给水流量迅速下降至再循环门快开值。

同时流量低快开再循环定值偏高，在机组低负荷运行工况下容易达到快开值。

1.1.3水位调节过程汽泵指令和实际转速偏差大

1B小机实际转速与目标转速偏差大，实际转速在B小机低压调门开度为58%-80%时转速不变化。B小机低压调门的一根阀梁上共布置了5个阀碟，开度范围分别为2-20mm，20-40mm，40-59.5mm，59.5-76.5mm，76.5-94mm。低压调门上第四个开启的阀门的开度百分度范围为63.3%-81.4%，与B小机相对调门开度恒定转速时的调门开度相符，判断B小机低压调门第四开启的阀碟存在缺陷。

电厂原给水控制是西门子提供的单级三冲量控制策略，即水位偏差、主给水流量及主蒸汽流量三者提供给水泵PID控制器的入口偏差进行给水泵的转速控制。在单级三冲量的给水控制系统中，蒸汽流量与给水流量的偏差经过一个微分环节，与水位偏差相加并且考虑两台汽泵的流量平衡以后送入给水泵PID控制器，从而计算得出给水泵转速。控制原理图（一）如下：

（图一）汽包水位调节控制原理图

通过上图可以看出，该种给水控制策略给水泵转速PID控制器的PID参数对水位的调节具有非常重要的作用，PID参数整定的优劣，直接影响水位在受到某种扰动后波动时回调的深度以及再次稳定所需要的时间。同时，由上图也可看出，K1-K4参数的整定也会对水位调节起到一定的作用，K3参数的强弱反映出该控制系统对水位偏差调节的强弱程度，K1、K2、K4参数反映出该控制系统对给水及蒸汽流量扰动所调节的力度。

从调节优化及控制策略适应性角度出发，决定对给水控制策略进行优化。改原单级三冲量给水控制为串级三冲量给水控制；增加自动并、退泵方式减少运行人员手动干预；对汽泵再循环最小流量调节阀控制策略进行优化。

2、给水控制策略介绍与优化

2.1串级三冲量给水控制增加到原汽泵转速控制入口，控制策略主要从以下几点考虑：

2.1.1新增加的给水控制回路分为蒸汽流量小于等于30%负荷的汽包水位调节回路和蒸汽流量大于30%负荷的汽包水位调节回路；

2.1.2蒸汽流量在30%以下时，通过汽包水位/主给水电动门前后差压控制器和泵入口流量调节器控制汽包水位；

2.1.3蒸汽流量小于25%时，电泵给水旁路调节门开度小于95%时，电泵通过勺管控制给水旁路门前后差压；

2.1.4蒸汽流量小于30%且电泵给水旁路调节门开度大于95%时，电泵通过勺管控制汽包水位；

2.1.5蒸汽流量大于30%时，通过汽包水位控制器、给水流量控制器和泵入口流量调节器控制汽包水位；

2.1.6保证不同负荷段的汽包水位控制品质，汽包水位控制器和给水流量控制器及给水泵入口流量控制器均采用变参数控制：汽包水位控制器P、I参数根据蒸汽流量大小、汽包水位偏差大小和给水温度高低综合计算得到；给水流量控制器P参数根据蒸汽流量大小和给水泵投入自动的台数综合计算得到；给水泵入口流量控制器根据泵入口流量的大小实现变参数控制。

2.2汽动给水泵自动并、退泵控制逻辑

2.2.1汽动给水泵冲转完成，给水泵转速大于2800r/min，MEH投入遥控方式后，可通过给水泵并/退泵顺控操作面板，投入自动并泵功能，实现自动提升汽泵转速，当给水泵出口压力、给水泵入口流量与在运的给水泵平衡，给水泵转速与设定值偏差小于设定值后，自动投入给水泵自动完成给水泵并列功能。

2.2.2两台给水泵并列运行时或仅有一台给水泵向锅炉供水时，可通过给水泵并/退泵顺控操作面板，投入自动退泵功能：实现自动投入给水泵再循环门自动、自动降低给水泵转速至2850r/min以下完成给水泵解列功能。

2.2.3给水泵出力提升或降低过程中，给水泵转速提升/下降速率同时受汽包水位偏差、给水流量偏差、泵入口流量偏差和泵转速偏差的限制，当不利于给水系统稳定和安全的偏差扩大时，并/退泵速率自动降低，最低可降至0速率。

2.2.4为实现在给水系统满足机组升降负荷，保持汽包水位稳定的前提下达到一定的节能功能，系统设有根据机组负荷高低自动启动并/退泵功能组的功能：当顺控联锁开关投入、机组负荷大于320MW并持续300秒以上，联锁启动并泵功能组；当顺控联锁开关投入、机组负荷小于280MW并持续300秒以上，联锁启动退泵功能组。

给水泵并泵子组逻辑：

并泵允许与条件：另一台泵并/退泵功能组不运行；本泵入口流量质量ok；本泵出口压力质量ok；汽包水位质量ok；本给水泵已投遥控；本给水泵已投遥控；本给水泵转速大于2800r/min。并泵完成与标志：泵入口流量与最大入口流量偏差小于10t/h；泵出口压力与最大出口压力偏差小于0.2MPa；给水泵转速偏差小于60r/min；本给水泵已投自动。

自动启动条件：机组负荷大于320MW持续300秒。

顺控中断或条件：任意给水泵跳闸；RB发生。

步序1指令：投入本泵再循环门自动；开本泵出口电动门；本给水泵切手动。

步序1完成：再循环门自动；出口电动门已开；本给水泵在手动状态。

步序2指令：本给水泵出口压力大于已运行给水泵最大出口压力-0.8MPa时，以1200r/min的基础速率提升给水泵转速，但升速过程受限于给水泵转速指令偏差，给水泵转速指令。

步序2完成：本给水泵出口压力大于最大出口压力-0.8MPa。

步序3指令：以400r/min的基础速率提升给水泵转速。

步序3完成：本给水泵出口压力大于最大出口压力-0.2MPa；本泵入口流量大于最大出口流量-10t/h；给水泵转速偏差小于60r/min。

步序4指令：投入本给水泵自动。

步序4完成：本给水泵自动已投入。

给水泵退泵子组逻辑：

退泵允许与条件：本给水泵退泵子组不运行；另一台给水泵并泵子组不运行；另一台给水泵退泵子组不运行；本给水泵泵入口流量质量ok；本给水泵泵出口压力质量ok；汽包水位质量ok；本给水泵已投遥控。

退泵完成标志：本给水泵转速小于2850r/min。

退泵自动启动条件：机组负荷小于280MW持续300秒；

退泵中断或条件：锅炉MFT；任意给水泵跳闸；RB发生。

步序1指令：投入本泵再循环门自动；本给水泵切手动。

步序1完成：本泵再循环门已投自动；本给水泵在手动状态。

步序2指令：以400r/min的基础速率降本给水泵转速。

步序2完成：本给水泵出口压力小于最大出口压力-0.8MPa。

步序3指令：以1200r/min的基础速率降本给水泵转速。

步序3完成：本给水泵转速小于2850r/min。

2.3给水泵再循环调节阀逻辑优化

每台给水泵分别增加一套根据给水泵入口流量进行函数定位的再循环门开度控制逻辑，新增逻辑与原逻辑可通过工程师站切换。新增的给水泵控制逻辑如图（二）所示。当切换开关SW切为1，再循环门投入自动后，通过PI控制器跟踪回路接入新的再循环门控制指令。新增逻辑有以下几个特点：

1）为了使再循环门控制方式从手动到自动方式切换后对给水系统扰动小，系统设有自动偏置控制回路，系统切到手动后，自动计算手动指令与自动指令偏差，并寄存为手动偏置值，当系统投入自动后，手动偏置值以预定速率（10%/min）过渡到0%。2）为实现给水泵既安全又节能的运行，再循环门开度设定具有给水泵转速修正给水泵入口流量的功能，实现给水泵转速低再循环门开的入口流量阀值小、给水泵转速高再循环门开的入口流量阀值大的功能。3）为减少低负荷段给水泵再循环门反复开关波动，控制指令具有快开、慢关功能，通过指令输出后的速率块实现，开门速率不限制，关门速率从100%开度到0开度需要十分钟。

再循环门开度函数和泵转速对流量的校正函数确定如下：

3、试验情况

3.1控制策略优化后进行汽包水位扰动试验，共进行幅度为±50mm的水位扰动试验4次，根据相应的曲线，进行PID参数适当调整，使系统响应满足实际运行要求。3.2给水泵组自动并、退泵试验，A泵连续进行并、退泵试验，试验过程中，对给水泵再循环门开度系数进行相应修改，防止再循环门开度过大发生给水泵抢水，试验成功，B泵进行同样试验。

4、总结

台山电厂通过对600MW亚临界汽包水位控制策略优化及给水泵自动并、退泵功能实现，有效提高了汽包水位控制水平，达到了保证机组安全、稳定运行的目的。

参考文献

[1]边立秀.热工控制系统.中国电力出版设，2001

[2]张栾英.火电厂过程控制.中国电力出版社，2000

[3]张建伟，马志杰.汽包水位控制系统参数整定方法的研究.山西电力，2001

作者简介

锅炉汽包水位的测量分析及校验 篇6

1 汽包水位测量原理

差压式汽包水位测量装置主要有冷凝罐、压力信号表管及差压变送器组成, 其工作原理是将水位的高、低压信号转换为差压信号实现测量。图1为汽包水位测量单室平衡容器取样管的安装示意。正压侧仪表取样管从单室平衡容器引出, 负压侧从汽包下侧取样孔引出, 引出后都按1∶100坡度向下倾斜1m以上。取样管延伸的目的是让平衡容器内的热量沿取样管传递, 使取样管垂直段 (参考水柱) 接近环境温度。当正、负压侧取样管内的水温度均为环境温度时, 它的密度则是环境温度与汽包压力的函数, 这样可以减少环境温度变化对汽包水位测量精度的影响。

由于汽包内的饱和蒸汽在冷凝筒内不断散热凝结, 筒内液面总是保持恒定, 所以正压管内的水柱高度是恒定的。负压管的水柱高度则随汽包水位的变化而变化。这时, 差压可按以下公式计算:

式中:

P+———参考水柱作用在差压变送器正压侧压力;

P-———汽包内水位作用在差压变送器负压侧压力;

HW———汽包重力水位;

h———参比水柱高度;

ρ1———冷凝罐中水的密度;

ρ′、ρ″———分别为汽包压力下饱和水、汽的密度;

g———重力加速度。

当h、ρ′、ρ″和ρ1为定值时, 由正、负压引入口得到的差压信号与汽包水位的变化呈线性关系, 水位愈高, 差压值愈小;水位愈低, 差压值愈大。

2 汽包水位的快速校验方法

当中控与现场实际汽包水位偏差较大时要及时校验。传统的校验方法是关闭阀1和阀2, 打开冷凝罐上端的螺母 (由于冷凝罐内蒸汽压力的存在为保证安全还需冷凝罐内蒸汽冷凝后方可打开) , 然后向冷凝罐内加水。此法操作上不方便且校验时间长, 一般需要30min以上。

根据本人在校验中积累的经验, 生产中水位显示不准确一般有两方面原因: (1) 冷凝罐内参考水柱降低; (2) 差压式变送器零点漂移。根据差压式变送器原理, 校验时打开平衡阀, 汽包和参考水柱构成了一个连通器, 此时再关闭平衡阀, 这样冷凝罐虽然没有加水就已经使参考水柱有HW高的水位了, 剩下h-HW的水位只需在冷凝罐外面加上凉水, 则冷凝罐内的水蒸气遇冷便可瞬间冷凝成水, 这样很快就可以使参考水柱达到满足的要求, 一般不到几分钟即可完成整个操作, 使参考水柱达到满足的要求。校零点时先将一、二次进水阀关闭, 然后打开平衡阀通过仪表将零点确认即可。

3 变送器的安装维护事项

1) 首先应观察变送器安装位置是否合理, 理论上应低于汽包高压引压管即可, 其次观察汽包高、低压侧与变送器高、低压侧是否相对应, 如不对应应及时修改。

2) 引压管焊接处漏气、漏水都会影响差压值的真实性, 引压管道太长, 沿程阻力过大都会影响差压值的测量。

3) 正常时, 冷凝罐到变送器的管道内部应该是充满水, 刚开始建立水位给冷凝罐加水时, 要不停地敲打引压管, 防止加水过程中产生气泡, 影响差压值的真实性。

4) 系统刚开始运行时可能水质不稳定, 应及时排污, 排污时, 可以通过汽包的高、低压侧, 相互反冲引压管以及三组互通阀。

5) 检查变送器的零点和量程设定是否正确, 接线正负端是否正确, 屏蔽接地是否符合相关标准。

锅炉汽包水位计量误差分析及校正 篇7

锅炉在正常的运行过程中, 汽包水位应控制在参考零点的附近。当锅炉负荷、燃烧工况以及给水流量等因素发生变化时, 都会使汽包水位的平衡被打破;当水位过高或急剧波动时都易引起蒸汽的品质恶化和带水, 造成受热面结盐, 严重时会导致蒸汽带水、汽轮机发生水冲击甚至造成叶片的损坏;水位过低时则会引起排污失效、炉内加药进入蒸汽、下降管带汽, 破坏锅炉炉水循环而造成大面积炉管爆破。因此锅炉汽包水位能准确测量和运行中维护、调整和控制到位, 在锅炉正常运行过程中具有十分重要的地位。

1 锅炉汽包水位的静态和动态误差分析

1.1 锅炉汽包水位的静态误差

锅炉在稳态负荷下, 汽包内汽、水界面有时是“模糊”的, 介质的密度处于饱和汽和饱和水之间, 而且是激烈波动的, 且汽包水位沿汽包长度方向上甚至会有很大偏差, 这种偏差是客观存在的。

(1) 汽包安装条件影响。

安装过程中汽包两侧中心线存在高度差 (尽管要求不大于5 mm) , 定位时存在定位误差, 锅炉投入运行后, 随着时间的推移, 会受到各种因素的影响, 如锅炉支架不平衡下沉等等, 而这些偏差应当说是客观存的、正常的。

(2) 下降管的影响。

锅炉正常运行过程中, 汽包内的水是以很高的速度连续不断地进入下降管, 有的甚至达到3 m/s以上;因下降管布置位置的不同, 也会引起汽包内的水面高低不一, 即位于下降管正上方的水面较低, 而其它部位则会较高, 这种差别将随着锅炉负荷变化以及下降管流速变化而变化, 从而造成局部偏差事实上是存在的。

(3) 燃烧偏差的影响。

当锅炉燃烧出现偏差时, 炉膛两侧水冷壁热强度不同, 炉水循环倍率差别较大, 同样会造成两侧水位偏差。

1.2 锅炉汽包水位动态特性

锅炉汽包水位测量对象动态特性是指锅炉给水流量、蒸汽流量与燃烧扰动时汽包水位变化的特性。当锅炉负荷急剧变化时, 所出现的“虚假水位”现象, 而实际上是由于汽包压力急剧变化引起炉水中的汽泡含量瞬间增减而造成汽包水位瞬时变化, 当压力恢复后, 水位亦会恢复到原先状态。

汽包水位上升到没有影响汽水分离器正常工作或下降到没有破坏锅炉水循环的程度, 都允许锅炉继续运行, 但一般要求控制在汽包的零水位, 并在其+50 mm内。如果水位变动范围过大, 达到不允许的范围时, 应立即停止锅炉的运行, 以保证设备安全。

2 锅炉汽包水位测量过程中引起的误差分析

由于汽包水位对象的复杂性, 以及联通管式和差压式测量原理的固有特性, 决定了汽包水位测量的复杂性, 加之实际运行中存在着许多不确定性因素, 以致多个水位计间出现很大偏差, 使运行人员无所适从, 甚至酿成事故。

锅炉汽包水位的测量主要是基于联通管式和差压式这两种基本原理的水位计。

2.1 联通管式水位计的测量原理和误差分析

联通管式水位计主要基于联通器原理实现对水位的测量, 主要是应用水位计中的水柱与汽包中的水柱在联通管处有相等的静压力原理, 然后通过测量联通管中的水柱高度来间接反映汽包中水位的高度。例如:云母水位计 (双色水位计) 、电接点水位计都采用此类测量原理 (如图1) 。

式中:H为汽包实际水位高度;

H′为水位计的显示值;

ρs为汽包内饱和蒸汽密度;

ρw为汽包内饱和水密度;

ρa为水位计测量管内水柱的平均密度。

联通管式水位计引起误差分析:由 (1) 式可计算得到汽包水位高度值, 但由于联通管内的水柱温度总是要比汽包内饱和水的温度要低, 那么联通管中水位密度ρa必定总是大于汽包内饱和水密度ρw, 因此, 水位计反应的显示值总低于汽包内实际水位高度, 它的示值偏差为:

由上式 (2) 可知:汽包水位的测量值与真实值间的差值与联通管内的水柱温度、汽包工作压力以及汽包内实际水位高度等多种因素有关, 从而使得水位计的显示值与汽包内实际水位间不能形成一个确定的一一对应的关系;若能保证联通管内水柱的密度与汽包内饱和水的密度一致或接近时, 则ρa=ρw, 即H1=H, 由此可见, 温度是引起汽包测量水位与真实水位偏差的主要因素。事实上要消除汽包内饱和水与水位计间的密度差对测量水位计本体的材料和制造工艺将会提出了更高要求。

2.2 差压式水位计测量原理和误差分析

(1) 差压式水位计主要是将汽包水位高度的变化转换成差压的变化的工作原理, 来实现对汽包水位的测量。实现汽包差压式水位计准确测量关键是解决水位与差压之间的准确转换。通常是采用单室平衡容器形成的参比水柱与真实水位间所产生的差压来实现 (如图2) 。

正负压管输出的压差值△P按下式计算:

或改写成

式中:ρa为参比水柱 (P+侧水柱) 的密度;

ρw为汽包内饱和水密度;

ρs为汽包内饱和蒸汽密度;

H为汽包内实际水位。

(2) 差压水位计引起误差分析:根据 (3) 式和 (4) 式以及 (图3) 可以看出, 汽包水位与差压之间实际上不是一个单变量函数关系, 也不是一个线性函数关系;仍然存在饱和水密度与饱和蒸汽密度的变化将影响测量结果, 而饱和水密度、饱和蒸汽密度与汽包压力的函数关系如图3所示, 当压力越低时, 差压信号的相对误差越大。此外参比水柱温度变化同样也会影响差压水位计的测量结果。

3 锅炉汽包水位测量系统的误差校正

3.1 锅炉差压式水位计测量误差的纠偏

(1) 采用单室平衡容器的差压式水位计测量误差的补偿。

在实际应用中, 汽包水位的显示值是以汽包零水位为基准的, 因此, 有H=H0+ΔH, (H0为零水位, ΔH为水位计显示值) 。则可写成:

式中

ρa-ρs为平衡容器参比水柱与汽包内饱和蒸汽的密度差;

ρw-ρs为汽包内饱和水与泡和蒸汽的密度差。

若将参比水柱温度近似看作等于室温, 则式中 (ρa-ρs) , (ρw-ρs) 与汽包压力的关系如图3所示;将汽包压力与这个密度差的关系近似用线性关系式来表达:

代入 (5) 式, 可得水位与汽包压力及差压之间的关系为:

其中:K5=L K3-H0K1;

K (1…6) 都为常数。这样汽包水位测量经汽包压力校正后, 测量精确度已得到提高, 但这种补偿计算的前提是假定正压侧参比水柱温度恒定, 而事实上上部受饱和蒸汽凝结水的加热, 参比水柱温度总是高于室温, 从而对差压测量产生一定的影响。

(2) 采用双室平衡容器和内置式单室平衡容器差压式水位计测量误差的补偿。

将平衡容器内的参比水柱温度接近饱和温度方法, 排除温差对于密度的影响, 从而减少环境温度对差压式水位测量的影响;只需利用汽包压力对水位测量进行校正即可达到准确测量水位的目的 (如图4) 。

3.2 安装过程中的纠偏

锅炉汽包水位取样管和仪表引压管的选型、敷设路线的选择、安装方法以及管路严密性等都直接影响测量的准确性, 而且这些误差随机性大, 难以发觉和消除, 严重时还会引起汽包水位保护误动和拒动。

安装必须注意下列情况:

(1) 汽包内的取样器及管路绝对禁止出现垂直凸凹的弯曲, 防止发生“汽塞”或“水塞”现象。

(2) 平衡容器取样管:汽侧管应向下、水侧管应向上倾斜不小于1∶100;水平延伸不少于1 m;管路水平敷设时也应保持坡度大于1∶100。

(3) 检查试验管路的严密性, 应无漏焊、堵塞和错焊等情况。

(4) 仪表管路的保温对于测量产生影响。如:单室平衡容器外部和冷凝器出口参比水柱不准保温, 而在引压管的其他部分则需要加装保温材料等等。

(5) 在冬季伴热投用的情况下仪表管温度提高, 而外界温度降低时, 热交换剧烈时对水位测量影响就更大。

3.3 调试过程中的纠偏

(1) 根据锅炉厂家确定汽包零水位参考点, 相应调整差压变送器的迁移量。

(2) 调试和校验过程中, 检查变送器在全量程范围内是否成线性变化。

(3) 利用锅炉水压试验前给各平衡容器注水, 并打开汽、水一次阀、排污阀进行排污, 待水流连续没有间断时为止, 再关闭排污阀投入水位计。差压式水位计的测量实际上是水位与差压之间的准确转换, 只有该过程中将引压管中气泡排尽是准确投用水位过程非常重要一个环节。若这过程中没有将引压管中的气泡排尽, 则会在变送器测量过程中形成近同样高度的水柱误差。若参照水柱引压管中存在一点气泡, 则就会引起测量值高于实际值情况;若测量管中存在气泡, 则反之。现实工作中往往因为排污不彻底, 引压管中存在气泡而产生数10 mm的偏差, 甚至有时汽包水位两侧差压计的测量偏差大于30 mm, 这严重影响锅炉安全运行。

3.4 运行维护过程中的纠偏

(1) 为了防止仪表管冬季结冻, 在仪表管路上加装了伴热装置, 伴热温度一般稳定在40℃~65℃范围时。

(2) 利用停炉的机会对一次阀、排污阀及管路进行有效的压力传动试验。

(3) 锅炉起动前应确保差压水位计形成参比水柱。经过长期研究试验发现:在锅炉做水压试验时, 对水位变送器排污, 可以有效减少引压管内气泡且易形成良好的参比水柱。

(4) 机组长期运行中, 由于管道内腐蚀而引起杂质增多, 管道内存在气泡或管道局部有轻微渗漏, 都会影响测量准确性, 造成两侧测量偏差增大。

4 结语

汽包水位测量系统是一个系统工程, 在实际工作中因受各种因素的影响, 都会使水位测量产生偏差。我公司成功通过对锅炉水位计测量原理、动静态特性和锅炉水位计安装、调试以及运行过程中的注意事项进行分析总结, 成功有效地使多套水位间偏差符合规定, 同时使给水自动和汽包水位保护正常投入运行且效果明显。

参考文献

[1]国家电力行业热工自动化标准化委员会.火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定[M].中国电力出版社, 2004.

[2]国家电力公司发输电运营部.防止电力生产重大事故二十五项重点要求[M].中国电力出版社, 2001.

[3]吴永生, 方可人.热工测量及仪表[M].中国电力出版社, 1995.

[4]叶江祺.热工测量和控制仪表的安装[M].2版.中国电力出版社, 1998.

[5]侯子良.火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定[J].电力设备, 2005 (7) :58-59.

[6]程启明, 汪明媚, 王映斐, 等.火电厂锅炉汽包水位测量技术发展与现状[J].电站系统工程, 2010 (2) :9-12, 15.

锅炉汽包水位 篇8

1.1 锅炉供水系统工作原理

锅炉供水系统是由锅炉主体、液位传感器、给水阀和各种管道构成。控制系统是通过液位传感器返回的测量数据,去控制阀门开度的大小和开闭的时间来维持锅炉内的水位,来保证锅炉的水位在一个安全的范围值之内[1]。锅炉控制系统如图1所示。

1.2 在给水流量作用下汽包水位的动态特性

锅炉的输入量就是给水量,在给水量发生变化时,汽包水位对象的微分方程式可以表示为:

其中:T1T2——时间常数

Tw——给水量时间常数

Kd——给水量放大系数

Vw——水位变化量和最大蒸汽负荷量之比

经过拉斯变换后得到

从而得出汽包水位在给水流量作用下的传递函数

在锅炉供水系统中的值一般比较小,Tw可以忽略不记,所以汽包水位在给水流量作用下的传递函数可以近似看成

2 汽包水位模糊控制自适应系统设计

自适应模糊PID控制系统,使用了性能优越的模糊控制器取代了参数无法改变的常规PID控制器,使用PID和偏差e和偏差变化率ec相结合,通过使用模糊推理对PID进行在线整定,可以得出被控对象有良好的静、动态特性[2]。则模糊PID控制器结构如图2所示。

2.1 输入、输出量的模糊化

对于锅炉汽包水位控制系统,将汽包水位偏差值的变化量ec和偏差值e设为输入变量,PID参数的校正值为输出变量,即Kp、Ki和Kd。在模糊自整定PID控制器中,采用的是二维模糊控制器,如图3所示[3]。

汽包水位模糊自适应PID控制器设定模糊输入量误差E和误差变化率EC及三个模糊输出量△Kp、△Ki和△Kd的模糊子集均选用{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},分别对应{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大}[3]。子集中的各语言值为输入、输出量的论域为:E={-3,-2,-1,0,1,2,3},EC={-3,-2,-1,0,1,2,3},Kp={-3,-2,-1,0,1,2,3},Kd={-3,-2,-1,0,1,2,3},Ki={-0.3,-0.2,-0.1,0,0.1,0.2,0.3}。其中E、EC、△Kp、△Ki和△Kd模糊变量隶属度函数均选用三角形函数,并进入隶属度函数编辑器(Membership Function Editor)修改输入语言变量的论域为(-3,3),输出语言变量的论域(0,1)。如图4所示的是E、EC、△Kp、△Kd的隶属度函数,图5所示的是△Ki的隶属度函数。

2.2 调节PID控制器的三个参数的模糊规则的建立

通过多次操作数据处理或多次数据经验总结,并结合理论分析可以总结出偏差e、偏差变化率ec跟PID调节器的三个参数Kp、Ki、Kd间存在如下的关系[4],下面以Kd的为例。

当e较小时,为使系统具有较好的稳定性能,Kp与Ki要取大一些,同时为了避免系统在设定值发生振荡,并考虑系统抗干扰性能,当ec较大时Kd可取得较小一些;ec较小时Kd可取的较大一些。根据这些经验调节修正PID调节器中Kd的参数的模糊规则,如表1所示。

表1中,|e|和|ec|分别表示偏差e和偏差变化率ec的绝对值;△Kd分别表示为对系统PID控制器原来设计参数Kd的修正值,系统实时的参数确实分别为Kd+△Kd,这些模糊子集的论域及其隶属函数,需要根据系统大量数据的分析得出,F子集的隶属度函数取三角形函数。建立了输入输出模糊变量子集后,在SIMULINK模糊控制器Rule Editor中添加模糊控制规则[5],共49条规则。

3 锅炉汽包水位的自适应模糊控制系统MATLAB仿真

3.1 锅炉汽包水位模糊控制系统仿真结构图的搭建

模糊规则制定完成后,在SIMULINK环境下中建立智能控制系统模糊控制仿真结构图,并对系统进行仿真实验,在Simulink中的模糊自适应PID控制系统如下所图7所示[6]。

锅炉水位仿真结果的自适应模糊PID控制如图8所示。

3.2 锅炉汽包水位模糊控制系统的MATLAB仿真

在Simulink环境下,PID控制系统仿真框图如图9所示,仿真曲线如图10所示。

在锅炉汽包水位控制系统,通过SUMLINK建立的两种不同形式的PID曲线,可以看出丛这两个仿真曲线图有些不同,采用模糊自适应控制系统的PID曲线具有更好的控制效果,比经典的PID控制器具有更快的动态响应特征,丛模糊自适应控制系统结果曲线可以很好的看出系统能很快的趋向平衡点,这就表明系统响应速度很快,超调量比较小,完成系统稳定控制的时间短,控制精度也很高,并且控制结果非常稳定。

4 结论

此项研究从锅炉系统控制的特点出发,将锅炉水位控制系统进行模型化分析,得出锅炉水位控制系统在工业过程中表现出的非线性,大滞后,强耦合,不容易控制等特点的结论。此研究根据以上模型得出的结论,将PID控制和模糊控制理论相结合,弥补了传统PID控制器难以达到理想控制效果的不足,既延续了PID控制中稳态精度高的优点,又将模糊控制融入其中,此两种控制理论的结合,使锅炉控制系统保持在最优的实时参数上,达到了令人满意的控制效果。

摘要：在锅炉运行中,对水位的控制要求特别高,因为它关系到锅炉系统的安全与稳定,水位控制是一种非线性,强耦合的多变量系统。模糊控制具有不依赖控制对象建立精确数学模型、具有超调较小、防止振荡等优点。本文针对这个现象设计了模糊自适应系统,并对其进行了MATLAB仿真实验。结果表明模糊自适应系统对锅炉水位有很好的控制作用。

关键词：汽包水位,自适应模糊,PID控制,仿真

参考文献

[1]娄伟,刘向东.模糊控制在锅炉汽包水位控制系统中的应用[J].山东农业大学,2010(1).

[2]李成浩.锅炉水位PID控制与模糊控制的比较研究[J].商,2012(21):135-135.

[3]高俊.锅炉汽包水位模糊控制的应用研究[J].上海应用技术学院,

[4]张鑫.模糊PID技术在控制锅炉汽包水位的初探[J].机械制造与自动化,2013,42(2):170-174.

[5]王爱军.锅炉汽包水位的模糊自适应控制[J].华北水利水电学院,2012(12).

浅析锅炉汽包水位的自动化控制 篇9

从图1可以得出结论:水流量增大的情况下, 锅炉汽包的容积会变少, 锅炉水位也会随之下降, 但当水流量发生阶跃跳动变化的时候, 锅炉汽包水位, 不会和刚才得出结论一样的结果, 相反锅炉的汽包水位不是立即急速增加, 而是形成一种可连续的变化, 此变化曲线类似于抛物线曲线。这一特性, 在锅炉汽包水位的自动化控制中, 可以供一种思路, 让分析汽包水位的自动化控制得以横向展开;从图2可以得出结论, 当蒸汽的流量迅速增加时, 锅炉汽包水位也随之迅速下降。但是当蒸汽流量在外界干扰的情况下, 进行阶跃跳动变化时, 锅炉汽包水位只是短短的一瞬间随着蒸汽流量的变化而变化, 但之后却发生与之相反的反应, 即随着蒸汽流量的减少, 锅炉内的汽包水位会发生增加, 上升的变化, 其实际变化曲线, 也为一条抛物线曲线。根据这一特性, 在锅炉的汽包水位自动化控制中, 同样也可以提供一种思路, 让分析汽包水位的自动化控制得以纵向展开。

实质上锅炉的汽包水位不只是随着给水流量和蒸汽流量的变化而变化, 锅炉的汽包水位还会随着燃料量的变化而变化。当在锅炉内进行锅炉静态下分析的时候, 由于这时给水的流量和蒸汽的流量都在一种相对静止的状态下, 所以锅炉内汽包水位也会随之控制在一个相对静止的水位上, 即锅炉内汽包水位的变化量为0。锅炉内的汽包水位的自动化控制主要还是根据其汽包水位的动态化分析来进行, 根据锅炉制造和使用的多年积累, 现行的锅炉内汽包水位自动化控制系统, 一共分为三种, 一种是单冲量形式的汽包水位自动调节控制, 一种是双冲量形式的汽包水位自动调节控制, 第三种是三冲量形式的汽包水位自动调节控制。下面来简单的讲述一下这三种控制的原理及缺点。

一、单冲量形式的汽包水位自动调节控制

单冲量形式的汽包水位自动调节控制是一种相对简单的水位控制, 单冲量等同于汽包水位, 它要求锅炉内汽包中的水要在锅炉汽包内保持一定水位且一定长的时间, 在水位产生的稳定水负载下, 同时配合安全装置, 就可以进行单冲量形式的汽包水位自动调节控制。这种控制在汽包水流或气流停留时间过短时, 则不能正常进行水位的自动调节功能。其最大的缺点是容易造成水位的虚假形成, 这样单冲量的调节形式就会产生控制反应过慢, 甚至是停止锅炉内汽包水位的控制。

二、双冲量形式的汽包水位自动调节控制

双冲量形式的汽包水位自动调节控制实质上是对单冲量形式的汽包水位自动调节控制的一种补偿控制调节。单冲量形式的汽包水位自动调节控制主要是对锅炉内自身气流产生的压力的控制调节, 双冲量形式的汽包水位自动调节控制就是引进了蒸汽的流量负压, 对单冲量形式的自动控制容易产生的水位虚假形式给予一定的补偿, 使其控制系统在水位调节过程中反应迅速。但双冲量的锅炉汽包水位控制系统, 也存在不足之处。不足之处在于他的工作曲线不是线性曲线, 而是抛物线曲线, 控制是很难准确无误的进行补偿控制, 这样就会产生和单冲量形式的控制形式类似的问题, 不能很好的控制锅炉内的汽包水位。

三、冲量形式的汽包水位自动调节控制

三冲量形式的汽包水位自动调节控制, 本质上是在单冲量形式的汽包水位自动调节控制和双冲量形式的汽包水位自动调节控制的基础上, 将水量的流量负压加入到锅炉的水位控制系统中, 使三种形式的控制同时在锅炉内发生作用。但是这种控制系统也存在缺点, 即要求锅炉内的物料保持一种相对的平衡, 否则, 在三种负压产生变化时, 其控制的汽包水位也会有偏差, 但总体来讲比上述两种锅炉汽包水位系统精确, 抗外界干扰能力也更强。

锅炉内汽包水位会通过仪表的显示, 让我们掌握及控制, 所以在锅炉显示仪表的选择和使用上, 也要注意一些问题。例如, 锅炉所使用的测量仪表建议全部采用WC系列的数字显示仪表表头。而变压器的安装形式, 第一选择应该为垂直仪表头面安装, 这样起到了节省空间的效果。

结语

通过上述的关于锅炉内汽包水位的分析及控制系统的介绍, 我们会得出结论, 在锅炉内汽包水位的自动化控制研究中, 还是要把主方向定在三冲量形式的汽包水位自动调节控制上, 通过研究三冲量形式的汽包水位自动调节控制的特点及缺点, 我们能更好的改进和完善现有的三冲量形式的汽包水位自动调节控制, 让它在锅炉的制作及使用中发挥水位控制的更大作用。

参考文献

[1]孔国权.电厂锅炉汽包水位控制的调节信号与系统[J].硅谷, 2009.

[2]孙德强.浅谈先进过程控制在锅炉汽包水位控制的应用[J].城市建设理论研究, 2013.

锅炉汽包水位 篇10

一、水位测量改造前存在的问题

吉林油田热电厂原有汽包水位测量装置一类是普通测量筒与电接点水位二次表配套使用;一类是采用热套式单室水位平衡容器与差压变送器配套使用;还有一类是热套式单室水位平衡容器与机械水位表配套使用。水位表种类繁多, 各表显示数据无法对应, 更无法判断表记准确性;各水位表静态误差、动态误差不一, 水位示值参差不一, 尤其是启炉时误差最大, 所有表记均无法投入正常工作, 给运行人员对参数调整带来了极大不便;锅炉汽包压力变化, 需始终校正水位表示值;汽包水位表差压与水位关系校验数据是人为估算的, 仅为某一压力点的理论值与锅炉汽包实际工况不符, 不能反映水位平衡容器内工况值, 是需人为调整水位示值的原因之一。

(一) 热套式水位平衡容器存在的问题

1. 容器外表面散热面积、金属热容量较大, 消除多余饱和蒸汽, 使容器内压力稍低于汽包压力, 造成水位偏高, 产生水位误差。

2. 下降管大于10米, 且不允许保温, 也是水位偏高的原因。

3. 下降门开度与水位示值有关, 开度越大, 水位越偏正。

4. 容器水测管为仪表管, 较细, 其直径在φ12毫米左右, 造成水位差压波动较大。

5. 水位差压偏小是热套容器的特性, 使水位示值偏正。

6. 容器内正压管有多道焊口, 存在腐蚀泄漏隐患。

7. 汽包工作压力突然下降, 正压管中饱和水有沸腾蒸发可能, 导致水位示值偏正或显示满水。

(二) 单室容器存在问题

1. 容器可测范围大于水位刻度, 实际水位与测量值无法达到一致。

2. 正、负压取样点分处两地, 使动态压力加入到水位差压中, 无法分离。

3. 单室容器向下温降很大, 由316℃降到室温40℃左右, 使过冷水密度受热不均, 温场影响较大, 并产生随机差压误差, 影响水位示值。

4. 负压取样管直接与汽包相连, 汽包内水位波动无衰减的传递到差压变送器负压侧, 造成水位波动较大。

(三) 汽包水位表实际校验中存在的问题

1. 人为估算的校验值与实际不符。

2. 校验差压值仅为一个压力点上的值, 偏离此点水位表误差加大, 而且不准。

3. 校验差压是理论值, 不能反映水位平衡容器内的工况。

4. 估算差压值不包含容器、管、阀、保温、室温条件带来的误差。

5. 一点估算校验差压值, 应用到压力工况全程, 如果标准补偿水位平衡容器也会产生多种误差, 其中压力温度造成的水位误差最大达±31%。

6. 现工业仪表中弹簧管压力表最低精度为1.5级, 而常规水位表的精度是3级。

(四) 现场差压变送器现存问题

1. 差压变送器正、负压导压管反接, 使差压变送器工作在非正常工作状态。

2. 差压变送器输出电流在无差压情况下进行百分之百迁移, 给管理、维护带来很多不便。

3. 水位差压变送器输出电流零位调整5%时, 引起水位表刻度 (即水位表可测范围) 减少10% (正水位刻度减少5%、负水位刻度减少5%) 。容易误导锅炉运行人员误操作, 属于事故隐患, 威胁安全生产。

二、提高汽包水位表准确度建议及技术改选方案

经过上述存在的问题及对汽包水位测量装置的分析, 为改善吉林石油集团热电厂锅炉汽包水位运行情况, 提高汽包水位表可靠性, 特提出如下建议并制定相应的技术改造方案:

(一) 提高汽包水位表准确度建议

1. 容器可测量范围与水位刻度应相合, 容器可测量范围尺寸误差±1毫米。

2. 安装误差, 零水位点在汽包几何中心线规定处。

3. 容器结构中应没有不均匀温度场。

4. 容器中参数都是已知的, 没有不确定误差, 随机误差, 水位与差压的关系仅与热力学参数有关。

(二) 技术改造方案

根据现场实际情况, 决定采用高压补偿式水位平衡容器与QSB表配套使用。改造后的理论校验差压计算如下:

1. 已知:额定汽包压力Ps=10.6MPa

额定饱和温度ts=316.6℃

饱和水密度ρs‘=675kg/m3

饱和汽密度ρs〃=61kg/m3

过冷水密度ρ1=998kg/m3

水位表刻度H=±300mm

容器抽头值L=242mm

2. 求:⊿PH?⊿PK?I⊿PK?I⊿PH?

3. 计算:条件是额定工况下

a) +300mm满水差压值⊿PH

b) +300~-300mm水位刻度差压值⊿PK-H

c) -300mm无水差压值⊿PK

d) 零水位差压值⊿P0

4. 列水位表校验表:

三、QSB全程水位表与水位记录表系统误差比较

1.水位记录表系统误差δh记录表总

2.QSB全程水位表系统误差δhQSB总

3.QSB表与记录表精度比 (系统误差比)

结论:QSB全程水位表系统精度比常规水位表提高了30倍。

四、QSB全程水位表使用效果

1.启炉、停炉水位表仍能正常工作, 即能准确显示汽包水位真实值。

2.额定参数条件下运行稳定, 准确。

3.各水位表间差值大大缩小。

4.水位波动明显减小。

5.差压变送器校验数据实现了标准比。

6.差压变达器正压管接正、负压管接负, 管路安装恢复正常。

7.适用于滑参数运行。

8.免维护。

9.降低热工、锅炉专业的检修维护强度, 并节约了大量资金。

五、结束语

全程水位平衡容器消除了热套容器与单室容器存在的各种问题, 有效地提高了汽包水位表的精确度, 缓解了水位过高或急剧波动引起蒸汽品质恶化和带水, 降低受热面结垢的程度, 大大提高了锅炉运行的安全性, 减少了启停炉次数, 为我厂的经济运行提供了有力的安全保障。

摘要：由于负荷、燃烧工况及给水流量的变化, 汽包水位会经常变化。锅炉汽包水位这一指标便成为锅炉运行的一项重要的安全参数, 本文从这个角度来全面分析锅炉汽包水的解决方法。

关键词：锅炉,汽包水,测量,定位,问题

参考文献