一種鍋爐省煤器自動(dòng)排空氣裝置的實(shí)現(xiàn)

石磊

（北京京橋熱電有限責(zé)任公司，北京 100067）

一種鍋爐省煤器自動(dòng)排空氣裝置的實(shí)現(xiàn)

石磊

（北京京橋熱電有限責(zé)任公司，北京 100067）

針對(duì)鍋爐省煤器無(wú)法自動(dòng)排空氣的現(xiàn)狀，提出通過(guò)加裝一種由測(cè)量?jī)x表、遠(yuǎn)控閥門(mén)、控制裝置及完善的邏輯等組成的鍋爐省煤器自動(dòng)排空裝置，實(shí)現(xiàn)了鍋爐省煤器的自動(dòng)排空氣。該裝置能夠提高火電機(jī)組自動(dòng)化水平，同時(shí)在減員增效、節(jié)能減排等方面表現(xiàn)良好。

鍋爐省煤器；自動(dòng)排空氣裝置；節(jié)能

0 引言

鍋爐省煤器是利用鍋爐尾部煙氣熱量加熱鍋爐給水的熱交換設(shè)備。省煤器一般由多組并列布置的蛇形管和進(jìn)、出口集箱組成。由于其結(jié)構(gòu)限制，鍋爐上水過(guò)程中省煤器U形彎管處容易形成氣塞。在鍋爐點(diǎn)火升溫后，氣塞部位就會(huì)急速升溫，使省煤器管道內(nèi)部出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，造成省煤器管道內(nèi)結(jié)垢、腐蝕，甚至發(fā)生省煤器爆管、鍋爐水循環(huán)受阻，無(wú)法為鍋爐提供給水等嚴(yán)重事故，這就要求鍋爐上水過(guò)程中省煤器必須排盡空氣。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，省煤器排空一般采用人為確認(rèn)排空管處可見(jiàn)連續(xù)水流后，關(guān)閉省煤器排空氣手動(dòng)門(mén)，這一過(guò)程一般持續(xù)1 h左右。而燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組采用的余熱鍋爐有多個(gè)省煤器，在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)行人員需要準(zhǔn)備的工作很多。如果安排多人確認(rèn)省煤器排空情況，會(huì)造成其他工作不能有效進(jìn)行，使機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)；如果安排一人確認(rèn)省煤器排空情況，會(huì)使運(yùn)行人員操作強(qiáng)度加大，且若多個(gè)省煤器同時(shí)滿(mǎn)水會(huì)造成爐水的大量浪費(fèi)。對(duì)新建聯(lián)合循環(huán)電廠而言，運(yùn)行值班員較少。為減輕運(yùn)行人員操作強(qiáng)度，機(jī)組自動(dòng)啟停機(jī)控制系統(tǒng)（APS）已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制從輔助系統(tǒng)到“二拖一”并汽完成的所有過(guò)程，但省煤器自動(dòng)排空這一問(wèn)題仍然需要人為確認(rèn)［1－2］。

1 方案的確定

為解決燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程APS控制中存在的人為確認(rèn)困難，增強(qiáng)整個(gè)燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的安全性及可靠性，提高機(jī)組過(guò)程控制的正確性和規(guī)范性，減輕運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)減員增效，提高電廠自動(dòng)控制水平，減少運(yùn)行人員對(duì)主觀判斷的依賴(lài)，筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況（如圖1所示），提出了省煤器自動(dòng)排空方案?？紤]到省煤器排空在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于上水流量不同，關(guān)閉排空氣門(mén)的時(shí)間也不同，不宜采用液位開(kāi)關(guān)測(cè)量排空管水位加長(zhǎng)延時(shí)的方法，故實(shí)施以模擬量測(cè)點(diǎn)測(cè)量排空管是否滿(mǎn)水的2種方案。

圖1 實(shí)施方案前的系統(tǒng)

1.1 方案1

將省煤器排空二次門(mén)由手動(dòng)門(mén)改為電動(dòng)門(mén)，采用差壓變送器測(cè)量省煤器排空一、二次門(mén)間差壓。在鍋爐上水時(shí)，省煤器排空一、二次門(mén)全開(kāi)，差壓變送器相當(dāng)于測(cè)量省煤器排空管中的液位［3］，液位大于某一定值，延時(shí)觸發(fā)省煤器排空二次門(mén)關(guān)閉。改造后系統(tǒng)如圖2所示。

1.2 方案2

將省煤器排空二次門(mén)由手動(dòng)門(mén)改為電動(dòng)門(mén)，采用電導(dǎo)率儀測(cè)量省煤器排空氣二次門(mén)前爐水電導(dǎo)率［4］。由于空氣和爐水的電導(dǎo)率差異較大，對(duì)電導(dǎo)率信號(hào)進(jìn)行限值比較，延時(shí)觸發(fā)省煤器排空二次門(mén)關(guān)閉。改造后系統(tǒng)如圖3所示。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)方案1差壓信號(hào)相對(duì)較小，即液位量程小，對(duì)擾動(dòng)響應(yīng)較大且迅速。分析其原因是省煤器排空管道直徑?。―N 100 mm），且2個(gè)閥門(mén)間距離短（豎直高度差不足0.5 m），使壓力緩沖時(shí)間短，響應(yīng)快速。這對(duì)信號(hào)處理和邏輯的判斷帶來(lái)不利影響，故放棄方案1。

圖2 實(shí)施方案1后的系統(tǒng)

圖3 實(shí)施方案2后的系統(tǒng)

2 方案的實(shí)施

利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)省煤器排空二次門(mén)進(jìn)行施工改造。閥門(mén)儀表接線時(shí)，需要將電動(dòng)門(mén)的開(kāi)、關(guān)指令2個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出和閥門(mén)已開(kāi)、已關(guān)、遠(yuǎn)方位、故障報(bào)警4個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入接入控制系統(tǒng)，同時(shí)加裝電導(dǎo)率測(cè)點(diǎn)的取樣電磁閥，其控制指令為帶電壓的開(kāi)關(guān)量輸出。這樣控制系統(tǒng)就增加了8個(gè)通道（含電導(dǎo)率測(cè)點(diǎn)）?？紤]到聯(lián)合循環(huán)的余熱鍋爐省煤器較多，控制系統(tǒng)需要增加的通道也隨之增多，但已投產(chǎn)機(jī)組的控制系統(tǒng)備用I/O通道數(shù)量有限，這就需要在測(cè)點(diǎn)、閥門(mén)及控制系統(tǒng)間增加1個(gè)外部控制裝置，四者之間的電氣連接和信號(hào)交換關(guān)系如圖4所示。測(cè)點(diǎn)、閥門(mén)與外部控制設(shè)備之間采用短電纜連接，外部控制設(shè)備與控制系統(tǒng)間采用通信連接。

圖4 省煤器自動(dòng)排空裝置各設(shè)備之間的電氣連接

外部控制設(shè)備采用可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)行控制，也可采用單片機(jī)等控制設(shè)備［5－7］。僅以PLC為例進(jìn)行說(shuō)明，部分控制邏輯梯形圖如圖5所示。

圖5 外部控制裝置部分邏輯梯形圖

符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)表1，表中：DI為開(kāi)關(guān)量輸入；DO為開(kāi)關(guān)量輸出。

表1 外部控制裝置部分邏輯符號(hào)說(shuō)明

上述邏輯實(shí)現(xiàn)了如下功能：接收閥門(mén)故障信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至控制系統(tǒng)；閥門(mén)處于故障狀態(tài)或就地控制時(shí)閉鎖邏輯操作；轉(zhuǎn)發(fā)控制系統(tǒng)對(duì)閥門(mén)的控制指令；接收到省煤器滿(mǎn)水判斷邏輯的輸出后發(fā)出關(guān)閉閥門(mén)指令；閥門(mén)關(guān)閉延時(shí)5 min，關(guān)閉取樣電磁閥同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)至控制系統(tǒng)。鍋爐省煤器上水過(guò)程中各系統(tǒng)間的聯(lián)系如下（依照時(shí)間先后順序）。

（1）鍋爐上水前，省煤器排空電動(dòng)門(mén)、排空電導(dǎo)率取樣電磁閥打開(kāi)。由于無(wú)法確定鍋爐上水時(shí)間，需要運(yùn)行人員在上水時(shí)根據(jù)需要打開(kāi)電動(dòng)門(mén)、電磁閥。對(duì)APS而言，可在啟動(dòng)APS前預(yù)選該鍋爐上水的情況下，直接通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出打開(kāi)閥門(mén)指令至外部控制裝置，該裝置控制電動(dòng)門(mén)、電磁閥打開(kāi)。

（2）鍋爐開(kāi)始上水，省煤器滿(mǎn)水后排空電動(dòng)門(mén)關(guān)閉。為判斷省煤器滿(mǎn)水，外部控制裝置設(shè)置需滿(mǎn)足以下條件時(shí)，延時(shí)3 s關(guān)閉電動(dòng)門(mén)。

1）省煤器排空電導(dǎo)率大于95μS/cm，延時(shí)20s。

2）省煤器排空電導(dǎo)率的變化率（微分）小于1.5 μS/（cm·s），延時(shí)20 s。

邏輯框圖如圖6所示。

圖6 省煤器滿(mǎn)水判斷邏輯框圖

（3）上水完成后，關(guān)閉省煤器排空電導(dǎo)率取樣電磁閥、省煤器排空手動(dòng)門(mén)。省煤器排空電動(dòng)門(mén)延時(shí)5 min關(guān)閉，外部控制裝置關(guān)閉電導(dǎo)率取樣電磁閥。在省煤器排空電動(dòng)門(mén)已關(guān)閉同時(shí)省煤器排空電導(dǎo)率取樣電磁閥關(guān)閉指令已發(fā)出的情況下，外部控制裝置向控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)行人員關(guān)閉省煤器排空手動(dòng)門(mén)。

值得注意的是，上述邏輯中的時(shí)間參數(shù)和電導(dǎo)率定值應(yīng)隨系統(tǒng)的不同而進(jìn)行調(diào)整，使該排空裝置能夠滿(mǎn)足不同機(jī)組不同系統(tǒng)的需求。另外，外部控制裝置采用通信協(xié)議和控制系統(tǒng)連接，可將所有I/O點(diǎn)送入控制系統(tǒng)，但為保證可靠性，應(yīng)將裝置故障和省煤器滿(mǎn)水判斷輸出信號(hào)以硬接線方式送入控制系統(tǒng)。

在完成邏輯參數(shù)的優(yōu)化后，對(duì)整套裝置進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)定要求，實(shí)現(xiàn)了省煤器自動(dòng)排空。省煤器排空電導(dǎo)率、電動(dòng)閥關(guān)閉指令及反饋信號(hào)如圖7所示。

圖7 省煤器自動(dòng)排空裝置實(shí)際測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)增加機(jī)組控制設(shè)備（包括遠(yuǎn)控測(cè)點(diǎn)、閥門(mén)、外部控制裝置）及完善的自動(dòng)化控制邏輯等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了鍋爐省煤器自動(dòng)排空氣，最終達(dá)到掌握燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組無(wú)需運(yùn)行人員干預(yù)的機(jī)組自動(dòng)啟/?？刂萍夹g(shù)，確保機(jī)組更加安全、可靠運(yùn)行，縮短上水時(shí)間，節(jié)約給水泵等大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的耗電，降低轉(zhuǎn)機(jī)噪聲，降低運(yùn)行人員操作強(qiáng)度，對(duì)類(lèi)似火力發(fā)電機(jī)組具有極高的借鑒意義。

［1］王燕晉，張偉東.燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試［J］.華北電力技術(shù)，2013（7）：38－40.

［2］石磊.二拖一聯(lián)合循環(huán)機(jī)組自啟停系統(tǒng)研究［C］//中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力信息化專(zhuān)業(yè)委員會(huì).2013電力行業(yè)信息化年會(huì)論文集：2013.

［3］聶華，李衛(wèi)，首曉潔，等.差壓式液位計(jì)取壓方法的研究［J］.石油工程建設(shè)，2010，36（1）：137－138，17.

［4］傅淑霞.電導(dǎo)率儀與PC通信接口電路設(shè)計(jì)［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（6）：72－73，77.

［5］夏立民，汪小澄，陶冶之.S7－200 PLC在智能閥門(mén)控制器中的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，18（1）：52－53.

［6］張錚，喻道遠(yuǎn).PLC在閥門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（3）：32－33.

［7］周建國(guó)，曹炬，姚全斌.單片機(jī)與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)閥門(mén)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制，2001，9（2）：33－34.

（本文責(zé)編：劉炳鋒）

TP 29

B

1674－1951（2016）10－0025－03

石磊（1986—），男，天津人，助理工程師，從事火電廠熱工過(guò)程控制工作（E-mail：shil2934＠163.com）。

2015－09－24；

2016－08－09