重鋼CCPP—CDQ余熱回收項(xiàng)目中鍋爐汽包液位控制方案

馮亞彬

[摘要]鍋爐、汽機(jī)系統(tǒng)是電力生產(chǎn)最關(guān)鍵的生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)這些系統(tǒng)的設(shè)備自動(dòng)控制及保護(hù)是熱工工程師的義務(wù)，而鍋爐、汽機(jī)系統(tǒng)的各種液位（特別是汽包液位）對(duì)蒸汽鍋爐安全有重要影響。

[關(guān)鍵詞]鍋爐；汽包液位；控制；環(huán)保

1、項(xiàng)目背景

重鋼集團(tuán)環(huán)保搬遷CCPP-CDQ余熱回收項(xiàng)目位于江南鎮(zhèn)重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)，其位于長(zhǎng)壽主城區(qū)長(zhǎng)江南岸，距長(zhǎng)壽老城區(qū)約3.0km，距重慶市主城區(qū)約65km。而CCPP發(fā)電項(xiàng)目則位于7#地塊的北側(cè)。項(xiàng)目將由中節(jié)能三峰能源有限公司（即重鋼集團(tuán)與中國(guó)節(jié)能投資公司組建合資公司進(jìn)行建設(shè)、運(yùn)營(yíng)）。

根據(jù)由國(guó)家發(fā)改委委托的咨詢(xún)公司對(duì)《重慶鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司節(jié)能減排、實(shí)施環(huán)保搬遷工程》的咨詢(xún)意見(jiàn)，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)節(jié)能潛力巨大，長(zhǎng)期以來(lái)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備效率低，產(chǎn)品能耗高，在生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中，極其重視產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，但對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整投入力度不足，在大量購(gòu)進(jìn)高價(jià)能源的同時(shí)，因?yàn)槟茉崔D(zhuǎn)換設(shè)備效率低、動(dòng)態(tài)平衡容量考慮不足等原因、使生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的有用余熱大量放散或浪費(fèi)，使企業(yè)的產(chǎn)品成本未得到充分降低。特別是在鋼鐵企業(yè)，高熱值煤氣自用不足，低熱值煤氣自用有余，不得不大量放散而浪費(fèi)。

在此背景下，為落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān)，貫徹節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，開(kāi)發(fā)、節(jié)約、提高能效以增加產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，我院受重鋼集團(tuán)環(huán)保搬遷工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)部委托利用重鋼廢棄的熄焦顯熱、副產(chǎn)放散的煤氣建設(shè)重鋼CCPP-CDQ余熱回收項(xiàng)目。

2、工程概況

重鋼長(zhǎng)壽新區(qū)CCPP-CDQ工程分兩期建設(shè)，一期包括一座干法熄焦發(fā)電站（簡(jiǎn)稱(chēng)CDQ電站，擬裝機(jī)規(guī)模2×25MW）及一座燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CCPP電站，擬裝機(jī)規(guī)模3×50MW）其中包括2臺(tái)余熱鍋爐和一臺(tái)130t/h鍋爐；二期包括1套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（CCPP區(qū)域，裝機(jī)容量為28.5+25MW）、1套干熄焦余熱發(fā)電機(jī)組（CDQ二期區(qū)域，裝機(jī)總?cè)萘繛?5MW）和2套220t/h鍋爐配套發(fā)電機(jī)組（220t/h鍋爐區(qū)域，裝機(jī)總?cè)萘繛?×25MW、其中還包括一個(gè)余熱鍋爐和一臺(tái)220t/h鍋爐。

3、汽包液位的重要性

鍋爐、汽機(jī)系統(tǒng)是電力生產(chǎn)最關(guān)鍵的生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)這些系統(tǒng)的設(shè)備自動(dòng)控制及保護(hù)是熱工工程師的義務(wù)。因?yàn)殄仩t、汽機(jī)系統(tǒng)的各種液位（特別是汽包液位）對(duì)蒸汽鍋爐安全有重要影響，所以世界各國(guó)的鍋爐監(jiān)察規(guī)程都對(duì)汽包水位控制設(shè)備時(shí)作了相應(yīng)的規(guī)定，主要包括水位監(jiān)視、水位控制及水位保護(hù)三個(gè)方面的內(nèi)容。其規(guī)定的內(nèi)容主要包括：

3.1至少配置2臺(tái)獨(dú)立的就地水位計(jì)和2臺(tái)獨(dú)立的遠(yuǎn)傳水位計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中遠(yuǎn)傳信號(hào)一般采用獨(dú)立測(cè)量的三取二的邏輯判斷方式，由PLC編程實(shí)現(xiàn)。

3.2遠(yuǎn)傳水位計(jì)示值必須定期以直讀式水位計(jì)的顯示為準(zhǔn)進(jìn)行比較，但玻璃、磁翻板、電極等就地水位計(jì)的水柱，因其溫度低于飽和溫度，不能完全代表汽包的真實(shí)水位，必須先進(jìn)行修正，才能對(duì)遠(yuǎn)傳溫度計(jì)進(jìn)行校正，要特別注意遠(yuǎn)傳液位計(jì)受虛假水位的影響情況。

3.3鍋爐點(diǎn)火時(shí)，汽包水位應(yīng)控制在最低值。

3.4鍋爐低水位保護(hù)裝置的投入是鍋爐啟動(dòng)的必備條件

3.5為保證水位指示正確，不出現(xiàn)虛假水位，水位表計(jì)汽水連接管走向及管徑須符合要求，并確保在水位表計(jì)在沖洗時(shí)不互相干擾。

4、鍋爐汽包液位計(jì)選型探討

汽包液位計(jì)是涉及鍋爐安全運(yùn)行的儀表?，F(xiàn)電力行業(yè)鍋爐汽包的液位測(cè)量主要采用平衡容器類(lèi)技術(shù)（單室、雙室、內(nèi)置），這類(lèi)技術(shù)都具有下列缺陷分析：

圖示：

（1）、不能全工況工作（啟爐、增減負(fù)荷、汽包壓力突降等情況下不能正常工作），無(wú)法判斷虛假水位。

當(dāng)鍋爐啟爐時(shí)，參比水柱（P+）取樣管無(wú)水，必須等時(shí)間等待凝結(jié)水注滿(mǎn)，從啟爐到凝結(jié)水注滿(mǎn)這段時(shí)間內(nèi)平衡容器類(lèi)液位計(jì)無(wú)法輸出信號(hào)。因此鍋爐啟動(dòng)前的水位保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)，不符合國(guó)家鍋爐運(yùn)行安全管理?xiàng)l例之“鍋爐運(yùn)行前要把各種保護(hù)系統(tǒng)先啟動(dòng)”的規(guī)定。

鍋爐降壓運(yùn)行時(shí)，參比水柱（P+）汽化，此時(shí)出現(xiàn)“假水位”情況，因此平衡容器類(lèi)液位計(jì)測(cè)得的液位為不真實(shí)的液位值，給鍋爐生產(chǎn)造成巨大的安全隱患。此時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)不能及時(shí)啟動(dòng)給水閥或者補(bǔ)水閥補(bǔ)水，無(wú)法啟動(dòng)保護(hù)連鎖裝置，操作工不能及時(shí)判斷事故真相，由此可能造成的巨大財(cái)產(chǎn)損失。

（2）、取樣結(jié)構(gòu)不合理

由于水側(cè)是絕溫的，不能保證測(cè)量筒與鍋爐本體的溫壓保持一致，造成取樣水位與鍋爐本體水位存在極大的負(fù)差。

取樣容積大，測(cè)量時(shí)滯較大，不能即時(shí)反映水位變化情況，導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)延時(shí)，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)滯后。

（3）、系統(tǒng)可靠性差

由差壓、壓力、溫度、流量、流量積算等多部分組成，故障點(diǎn)多，集成可靠性低，維護(hù)量大。

受汽包溫壓變化及環(huán)境溫度變化的影響很大，不能完美解決因水側(cè)絕溫造成的系統(tǒng)測(cè)量誤差的密度補(bǔ)償問(wèn)題。

因此針對(duì)以上3大缺陷，在初步設(shè)計(jì)的時(shí)候我和中節(jié)能三峰能源有限公司的熱控專(zhuān)工一起探討，查詢(xún)相關(guān)資料通過(guò)仔細(xì)比對(duì)、篩選最終確定了采用電容式檢測(cè)原理：利用液位變化與其對(duì)測(cè)量探極產(chǎn)生的電容變化之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)軟件將檢測(cè)到的電容電話(huà)經(jīng)各種補(bǔ)償積算后，輸出與液位成正比例的兩線(xiàn)制4～20mA模擬電流信號(hào)和四組SPST（N0）固態(tài)繼電器觸點(diǎn)。

部分技術(shù)指標(biāo)如下：

工作電壓：最大：30V

最小：18V

電流環(huán)：兩線(xiàn)制3.5mA-22mA

故障報(bào)警電流：3.5mA或22mA可設(shè)定

隔離性能：測(cè)量系統(tǒng)與電流環(huán)隔離

防爆等級(jí)：ExiaⅡCT6（-40-70℃）

ExiaⅡCT1-5（-40-85℃）

測(cè)量范圍：0-1270mm

測(cè)量周期：0.5秒

分辨率：0.02mm

溫漂：±0.5mm Max

工作壓力：23MPaMax

線(xiàn)性偏差：±（1+0.05%FS）mm

介質(zhì)溫度：450℃ Max

通訊協(xié)議：HART

防護(hù)等級(jí)：IP65

設(shè)備關(guān)聯(lián)：手操器

為了從技術(shù)上徹底解決鍋爐汽包的缺、滿(mǎn)水事故隱患，新的鍋爐汽包液位計(jì)測(cè)雖方案解決如下問(wèn)題：

1）、具有全工況條件（鍋爐啟、停、排污、事故工況等）下液位準(zhǔn)確連續(xù)測(cè)控功能，不存在“假水位”測(cè)量。

2）、輸出：4-20mA真值，無(wú)需補(bǔ)償；

3）、測(cè)量取樣裝置材質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)場(chǎng)工況要求；

4）、測(cè)量系統(tǒng)工作溫度應(yīng)達(dá)到工業(yè)級(jí)使用要求。

通過(guò)收集相關(guān)資料，了解該技術(shù)行業(yè)動(dòng)態(tài)。與業(yè)主方密切配合，理解細(xì)化各種汽包液位計(jì)廠(chǎng)家資料，查閱相關(guān)技術(shù)資料，到相關(guān)電廠(chǎng)考察實(shí)際同行成功使用經(jīng)驗(yàn)，完成了相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用電容式原理的智能鍋爐汽包液位計(jì)，型號(hào)為CR-6032-2-2-1L（1000mm）-V3。該產(chǎn)品成功的解決了上述問(wèn)題。

5結(jié)論

項(xiàng)目實(shí)施可達(dá)到的效果：

（1）全工況條件（啟、停、排污、事故工況等）下液位準(zhǔn)確連續(xù)測(cè)控；

（2）減少平衡容器類(lèi)技術(shù)壓損產(chǎn)生的大量能源浪費(fèi)費(fèi)，節(jié)省能源。

（3）解決“假水位”測(cè)量，給鍋爐生產(chǎn)造成巨大的安全隱患。

（4）實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，節(jié)省人力資源。