對鍋爐省煤器管道排空遠(yuǎn)程監(jiān)測方法的研究

陳志鑫

【摘? 要】隨著電廠科技的不斷發(fā)展，對其自動(dòng)化程度要求也越來越高。目前鍋爐省煤器上水排空無法實(shí)現(xiàn)無人值守，筆者通過對三種監(jiān)測方案的分析對比，找到了一種切實(shí)可行的數(shù)據(jù)采集方法代替人工監(jiān)測。將省煤器管道排空數(shù)據(jù)化，為提高機(jī)組的自動(dòng)化程度打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【Abstract】With the continuous development of power plant science and technology， the requirement of automation degree has also become higher and higher. At present， it is impossible for the boiler economizer to discharge water unattended. Based on the analysis and comparison of three monitoring schemes， the author finds a feasible data acquisition method instead of manual monitoring. The data of economizer pipeline emptying will lay a solid foundation for improving the automation of the unit.

【關(guān)鍵詞】鍋爐省煤器;排空遠(yuǎn)程監(jiān)測;電導(dǎo)率表

【Keywords】boiler economizer; long-range monitoring of emptying; electrical conductivity meter

【中圖分類號(hào)】TK228? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）06-0143-02

1 引言

鍋爐省煤器是一種利用鍋爐尾部煙氣余熱加熱鍋爐給水的設(shè)備。省煤器一般由多組并列布置的蛇形管、進(jìn)口集箱及出口集箱組成。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在向省煤器上水時(shí)，容易在其U形彎處形成氣塞。

氣塞對鍋爐的安全運(yùn)行造成很大威脅。在鍋爐正常運(yùn)行升溫后，氣塞部位會(huì)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，造成省煤器管道內(nèi)部結(jié)垢、腐蝕，會(huì)導(dǎo)致鍋爐水循環(huán)受阻，造成鍋爐供水不足。因此，在鍋爐省煤器上水過程中，必須將其內(nèi)部空氣全部排出。

在我們的實(shí)際生產(chǎn)過程中，省煤器排空是否完成需要運(yùn)行人員現(xiàn)場確認(rèn)，一般以排空口是否出現(xiàn)連續(xù)水流為判斷標(biāo)準(zhǔn)。這樣的監(jiān)測常常會(huì)持續(xù)1～2小時(shí)，若多個(gè)省煤器同時(shí)上水，還會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，同時(shí)也大大降低了運(yùn)行人員的工作效率，延長了機(jī)組的啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間。雖然目前電廠的自動(dòng)化程度不斷提高，但省煤器上水仍然需要運(yùn)行人員就地監(jiān)測，其原因是目前無法直接監(jiān)測排空數(shù)據(jù)。

2 提出監(jiān)測方案

為了解決鍋爐省煤器管道排空需要人員現(xiàn)場監(jiān)測這一問題，降低運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，提高機(jī)組自動(dòng)化程度，同時(shí)結(jié)合熱工專業(yè)與化學(xué)儀表專業(yè)的知識(shí)，提出幾種不同的監(jiān)測方案，針對這些方案進(jìn)行對比、研究、分析。

2.1 方案1

在排空管垂直管道上增加一臺(tái)差壓變送器，當(dāng)有水進(jìn)入排空管時(shí)，變送器將測量垂直管段下部與上部的差壓值。垂直管道上下端差壓越大，證明管道內(nèi)液位越高。液位高度與差壓值換算為1mH2O=10kPa。這樣可將實(shí)際排空管排空情況轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液位高度逐漸升高直至滿水，但排空管內(nèi)始終混有空氣。液位高度無法直接與排空情況形成對應(yīng)關(guān)系，因此，此方案缺乏穩(wěn)定性，無法使用。

2.2 方案2

在排空管的垂直管道上加裝一臺(tái)化學(xué)溶氧表，用來測量水中的溶氧含量。其測量原理如下：氧在水中的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽。溶氧表傳感部分是由金電極（陰極）和銀電極（陽極）及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過膜擴(kuò)散進(jìn)入電解液與金電極和銀電極構(gòu)成測量回路。當(dāng)給溶氧表電極加上0.6～ 0.8V 的極化電壓時(shí)，氧通過膜擴(kuò)散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產(chǎn)生電流，整個(gè)反應(yīng)過程為：陽極 Ag+Cl→AgCl+2e- ，陰極 O2+2H2O+4e→4OH- 。

根據(jù)法拉第定律：流過溶氧表電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關(guān)系。當(dāng)水中混入大量空氣時(shí)，溶氧表的數(shù)據(jù)會(huì)顯示異常。

用礦泉水瓶自制一個(gè)測量槽，底部連接壓縮空氣氣瓶。將壓縮空氣通入測量槽內(nèi)，同時(shí)將量程為（0～20）mg/L的溶氧表探頭放入測量槽。將0.1MPa壓縮空氣以50L/min的流量通入測量槽進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線與斜率柱狀圖（步長1s）如圖1所示。

由圖1我們可以看出，從第10s開始混入空氣，曲線斜率突然變大，直至第48s閥門關(guān)閉，曲線斜率突然反轉(zhuǎn)直至恢復(fù)正常?？諝忾y門關(guān)閉期間，曲線斜率基本維持在±0.2之間。但在閥門關(guān)閉后會(huì)出現(xiàn)一段測量不穩(wěn)定區(qū)域。

在相應(yīng)速度方面，空氣閥門開啟的下一秒鐘，斜率數(shù)據(jù)馬上發(fā)生變化，因此，對于閥門開啟的響應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)小于1s。當(dāng)閥門關(guān)閉后，斜率馬上開始反向，曲線開始趨于平穩(wěn)。但這一過程持續(xù)了22s，因此，閥門關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間至少為22s。

通過驗(yàn)證，此方案可行。

2.3 方案3

在排空管的垂直管道上加裝一臺(tái)化學(xué)電導(dǎo)率表，用來測量水中的電導(dǎo)率數(shù)值。電導(dǎo)率是物體傳導(dǎo)電流的能力。電導(dǎo)率測量儀的測量原理是將兩塊平行的極板，放到被測溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢（通常為正弦波電壓），然后測量極板間流過的電流。當(dāng)水中混有大量空氣時(shí)，電導(dǎo)率測量的波動(dòng)很大，當(dāng)水流穩(wěn)定后，電導(dǎo)率的測量也趨于平穩(wěn)。

用礦泉水瓶自制一個(gè)測量槽，底部連接壓縮空氣氣瓶。將壓縮空氣通入測量槽內(nèi)，同時(shí)將電導(dǎo)率表探頭放入測量槽。 將0.1MPa壓縮空氣以50L/min的流量通入測量槽進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)曲線與斜率柱狀圖（步長1s）如圖2所示。

由圖2可以看出，從第8s開始混入空氣，曲線斜率突然變大，直至第65s閥門關(guān)閉，曲線斜率恢復(fù)正常。前后趨勢變化明顯，測量穩(wěn)定?？諝忾y門關(guān)閉期間，曲線斜率一直維持在±5之間。

在相應(yīng)速度方面，空氣閥門開啟的下一秒鐘，斜率數(shù)據(jù)馬上發(fā)生變化，因此，對于閥門開啟的響應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)小于1s。當(dāng)閥門關(guān)閉后，下一秒測量斜率馬上穩(wěn)定，因此，閥門關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間也應(yīng)當(dāng)小于1s。

通過驗(yàn)證，此方案可行。

3 監(jiān)測方法的對比

在對比方案中，電導(dǎo)率表監(jiān)測和溶氧表監(jiān)測都可有效反映出省煤器排空情況。將兩種儀表放在同一條件下進(jìn)行試驗(yàn)，可以得到以下曲線（圖3）。

由圖3可以看出，電導(dǎo)率表監(jiān)測較為穩(wěn)定，在閥門關(guān)閉的瞬間測量曲線有顯著變化。如果以數(shù)值的變化率為參考值則可以實(shí)現(xiàn)將排空情況進(jìn)行數(shù)據(jù)化采集。溶氧表監(jiān)測時(shí)，閥門關(guān)閉后仍需要一段時(shí)間才能恢復(fù)到正常值。但是如果將溶氧表的遞增值拐點(diǎn)作為判斷是否排空完成的標(biāo)志，容易出現(xiàn)誤判情況，其原因是曲線分界線不明顯。

4 結(jié)語

通過對三種不同測量方式的研究，最終找出了一組切實(shí)可行的監(jiān)測方法。用電導(dǎo)率表進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了將省煤器管道排空進(jìn)行數(shù)據(jù)化采集的目的，進(jìn)而使遠(yuǎn)程監(jiān)測得以實(shí)現(xiàn)?？s短了鍋爐上水時(shí)間，降低了運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度。此類數(shù)據(jù)采集方法對類似火力發(fā)電機(jī)組具有很大的借鑒意義，為熱工數(shù)據(jù)采集的提出了新思路，為今后實(shí)現(xiàn)管道自動(dòng)排空打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。