余熱鍋爐汽包水位測(cè)量改進(jìn)

陳金欣

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建晉江362251）

余熱鍋爐汽包水位測(cè)量改進(jìn)

陳金欣

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建晉江362251）

S109FA單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行過程中，余熱鍋爐汽包水位測(cè)量出現(xiàn)波動(dòng)大的現(xiàn)象，分析發(fā)生原因及運(yùn)行操作的影響，給出處理措施，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)控制系統(tǒng)。

余熱鍋爐；汽包水位；水位保護(hù)；邏輯優(yōu)化

0 引言

4臺(tái)S109FA型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，采用GE-哈汽公司生產(chǎn)的MS9001FA型燃?xì)廨啓C(jī)，配置D10型汽輪機(jī)和390H型發(fā)電機(jī)，單軸室內(nèi)布置。余熱鍋爐選用三壓、再熱、臥式、無補(bǔ)燃、自然循環(huán)型余熱鍋爐。從進(jìn)口煙道法蘭面至尾部出口煙囪平臺(tái)外側(cè)總長(zhǎng)37.6 m，寬度20.2 m，高壓汽包中心標(biāo)高30 m，中壓汽包中心標(biāo)高為29.6 m，低壓汽包中心標(biāo)高為30.2 m，煙囪頂部標(biāo)高60.264 m。高、中、低壓汽包容積分別為41 m3，15.1 m3，60.2 m3。與常規(guī)電廠鍋爐相比，余熱鍋爐沒有除氧器，依靠凝汽器除氧。

燃?xì)廨啓C(jī)因調(diào)峰特性經(jīng)常啟停，機(jī)組停用后余熱鍋爐通常采取保溫保壓方式，此時(shí)煙道中還有大量的熱煙氣及鍋爐本身的蓄熱，汽包中的水仍在變成飽和蒸汽。該機(jī)組在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期間曾因汽包水位波動(dòng)大而跳閘。

1 汽包水位控制系統(tǒng)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

余熱鍋爐汽水系統(tǒng)如圖1所示，高壓汽包內(nèi)徑1900 mm，直段長(zhǎng)13.106 m。中壓汽包內(nèi)徑1250 mm，直段長(zhǎng)11.887 m。低壓汽包內(nèi)徑2400 mm，直段長(zhǎng)12.497 m。高壓汽包兩端配半球形封頭，中壓和低壓汽包兩端配半橢圓形封頭，封頭均設(shè)有人孔裝置。汽包內(nèi)部設(shè)置給水分配管、緊急放水管和排污管。低壓汽包上設(shè)有高、中壓給水泵。汽包還設(shè)有水位計(jì)、平衡容器、電接點(diǎn)液位計(jì)、壓力表和安全閥等附件和儀表，用于鍋爐運(yùn)行時(shí)的監(jiān)督、控制。鍋爐最大連續(xù)出力下，汽包水位從正常水位到低低水位所能維持的時(shí)間分別是：高壓2.12 min，中壓5.21 min，低壓5.21 min。

圖1 余熱鍋爐汽水系統(tǒng)示意

1.2 水位控制

余熱鍋爐汽包水位控制通常采用3沖量控制系統(tǒng)，給水流量、蒸汽流量和汽包水位綜合成1個(gè)水位設(shè)定信號(hào)，用來控制給水調(diào)節(jié)閥的開度。與常規(guī)鍋爐不同的是，為適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的快速啟動(dòng)，在蒸發(fā)量小的部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，采用單沖量控制汽包水位。啟動(dòng)時(shí)，將水位控制的設(shè)定值切換為低的設(shè)定值，達(dá)到某蒸汽流量以上時(shí)，再切換到正常設(shè)定值。啟動(dòng)水位不是常數(shù)，而是汽包壓力的函數(shù)。在達(dá)到特高水位時(shí)，通過排污調(diào)節(jié)閥調(diào)整水位，作為水位控制的輔助手段。

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，汽包水位的異常將影響設(shè)備的安全和蒸汽的品質(zhì)，為在運(yùn)行中控制好汽包水位，每個(gè)汽包有7套水位計(jì)，其中4套差壓變送器水位計(jì)用于水位控制和保護(hù)，1套磁翻板水位計(jì)、1套雙色水位計(jì)和電接點(diǎn)水位計(jì)用于監(jiān)測(cè)。

2 水位測(cè)量波動(dòng)偏差分析

2.1 中壓汽包水位測(cè)量偏差

（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。4#機(jī)組運(yùn)行DCS歷史趨勢(shì)如圖2所示，測(cè)點(diǎn)A，B，C在機(jī)組停機(jī)時(shí)偏差＜15 mm，機(jī)組運(yùn)行時(shí)＞50 mm。原因分析：觀察測(cè)點(diǎn)變化情況可見，在爐水循環(huán)開始后出現(xiàn)偏差，循環(huán)加劇時(shí)進(jìn)一步突變，直至機(jī)組穩(wěn)定帶負(fù)荷時(shí)處于最大偏差狀態(tài)，據(jù)此判定是測(cè)點(diǎn)工況原因造成的偏差。內(nèi)觀察到的情況接近，且汽包內(nèi)部取壓口暫時(shí)無法改進(jìn)，可在3種處理方案中選擇：①檢查水位測(cè)量取樣口至變送器的取樣管的整體坡度，避免由于取樣管坡度相反導(dǎo)致取樣管內(nèi)積存空氣；②以運(yùn)行中穩(wěn)態(tài)工況值為基準(zhǔn)，在機(jī)組停機(jī)時(shí)，適當(dāng)下移C點(diǎn)測(cè)量值，使之接近A，B點(diǎn)；③考慮適當(dāng)優(yōu)化更改控制邏輯、定值，使控制系統(tǒng)適應(yīng)設(shè)備系統(tǒng)的固有偏差。

圖2 4#機(jī)組中壓汽包水位趨勢(shì)圖

（2）原因分析。如圖3所示，中壓汽包水位測(cè)量1、3取樣口位于汽包兩側(cè)半橢圓形封頭處，相對(duì)其他取樣口，此處汽水工況更不平穩(wěn)，導(dǎo)致差壓變送器測(cè)出的差壓變化大。如果一段時(shí)期

圖3 4#機(jī)中壓汽包水側(cè)裝置結(jié)構(gòu)平面分布圖

2.2 高壓汽包水位測(cè)量偏差

4#機(jī)組運(yùn)行DCS歷史趨勢(shì)如圖4所示，測(cè)點(diǎn)C無論在機(jī)組停運(yùn)或運(yùn)行時(shí)的監(jiān)測(cè)值均比其他兩點(diǎn)低200 mm左右，這表明水位測(cè)量存在穩(wěn)態(tài)偏差，處理方法是在機(jī)組停機(jī)時(shí)校準(zhǔn)、以遷移偏差，使之與另兩點(diǎn)一致。同理，如果是測(cè)點(diǎn)B，C偏差，則遷B，C點(diǎn)（需要進(jìn)一步分析比較）。

2.33#機(jī)組中壓汽包水位高

圖4 4#機(jī)組高壓汽包水位趨勢(shì)圖

表13 #機(jī)（帶負(fù)荷52MW）中壓汽包水位、壓力及壁溫變化記錄

（1）數(shù)據(jù)記錄。表1為2012年8月5日，3#機(jī)溫態(tài)啟動(dòng)后帶負(fù)荷52 MW，中壓汽包水位、壓力及壁溫變化等參數(shù)記錄。

（2）異常現(xiàn)象。中壓汽包溫度緩慢升至140～150℃，汽包壓力緩慢升至0.4～0.5 MPa時(shí)，運(yùn)行人員手動(dòng)打開中壓蒸發(fā)器排污電動(dòng)門，汽包水位變送器1，2，4均下降后，再上升至跳機(jī)保護(hù)動(dòng)作值，而在排污電動(dòng)門打開的過程中，汽包水位變器3和電接點(diǎn)水位計(jì)稍有下降。

（3）原因分析。汽包水位變送器1，2，4取樣位置在中壓汽包下降管側(cè)（圖5）。機(jī)組啟動(dòng)后，中壓汽包溫度和壓力緩慢上升，爐水剛形成自然循環(huán)，汽包下降管口水汽工況不穩(wěn)定，而此時(shí)開啟蒸發(fā)器排污門，下降管側(cè)爐水下降速度更快，差壓變送器取樣管口水汽工況穩(wěn)定性更差，有可能導(dǎo)致紊流的產(chǎn)生，額外的壓力作用在差壓變送器的正壓側(cè)（汽包水側(cè)），導(dǎo)致差壓變送器測(cè)量出來的差壓變大，汽包水位測(cè)量信號(hào)上漲。而汽包水位3和電接點(diǎn)水位計(jì)取樣口處于汽包的另一側(cè)，由于汽包容積大的關(guān)系，排污門的開啟對(duì)這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)影響較小。

圖5 3#機(jī)汽包內(nèi)水位計(jì)取樣口位置圖

3 改進(jìn)措施

3.1 汽包外部取樣管坡度改進(jìn)

利用水平儀等工具對(duì)汽包外部取樣管坡度進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)多處取樣管坡度朝取樣口方向傾斜，而不是朝差壓變送器方向傾斜，且部分取樣管存在彎曲變形的現(xiàn)象，這樣取樣管內(nèi)部就存在著累積空氣的可能。通過校對(duì)取樣管安裝方向以及更換新的取樣管，確保取樣管坡度方向的一致性，消除了取樣管內(nèi)積留空氣對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響。

3.2 規(guī)范啟動(dòng)過程汽包水位控制操作

在機(jī)組啟動(dòng)初期，如需降低中壓汽包水位，可打開啟動(dòng)排污門、連續(xù)排污門、緊急疏水門等，應(yīng)避免開啟中壓蒸發(fā)器排污電動(dòng)門。完善啟動(dòng)過程汽包水位設(shè)置、操作與監(jiān)視等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。3.3改進(jìn)汽包內(nèi)部取樣口

機(jī)組大修期間改進(jìn)汽包內(nèi)部取樣口，把水位測(cè)量1取樣口延長(zhǎng)至雙色水位計(jì)取樣管處，并將兩管焊接聯(lián)通；水位測(cè)量3取樣口延長(zhǎng)至電接點(diǎn)水位計(jì)測(cè)量取樣口處。改進(jìn)前后對(duì)比見圖6。通過改變?nèi)涌谖恢茫荛_了汽水工況不穩(wěn)定區(qū)域，降低了對(duì)水位測(cè)量干擾的影響，提高水位測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3.4 DCS界面增加汽包水位保護(hù)投退按鈕

由于機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，各汽包水位測(cè)量存在壞點(diǎn)現(xiàn)象、個(gè)別機(jī)組3個(gè)平衡容器之間的測(cè)量值存在明顯偏差，因此，在DCS界面增加汽包水位保護(hù)投退按鈕進(jìn)行人為干預(yù)（圖7），可避免不必要的跳機(jī)。

不同于常規(guī)煤電，S109FA單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配套的余熱鍋爐使用燃機(jī)排氣進(jìn)行換熱，采用自然循環(huán)，沒有爐膛及水冷壁，不容易出現(xiàn)過熱爆管的現(xiàn)象。對(duì)于汽包缺水情況，3個(gè)汽包的蒸發(fā)器管材料為SA-210-A-1，螺旋鰭片材料為碳鋼，工作溫度450～650℃。實(shí)際運(yùn)行中，燃?xì)馀艧煖囟茸罡邽?49℃。額定工況下，高壓蒸發(fā)器入口處煙氣溫度約為470℃，中壓蒸發(fā)器為260℃，低壓蒸發(fā)器為190℃。即使出現(xiàn)干鍋等最惡劣情況，高壓蒸發(fā)器管束也可承受高溫，而中壓及低壓蒸發(fā)器則相當(dāng)安全。

通過以下4個(gè)措施，確保水位保護(hù)的正常投入以及運(yùn)行操作的規(guī)范性：①水位正常情況下，負(fù)荷達(dá)到280 MW后，應(yīng)投入水位保護(hù)；②根據(jù)試劑水位測(cè)量偏差≤80 mm時(shí)，應(yīng)投入汽包水位保護(hù)；③在啟停操作中，對(duì)汽包水位的保護(hù)投入與退出操作進(jìn)行規(guī)范；④緊急情況下由運(yùn)行人員進(jìn)行人為干預(yù)，避免不必要的跳機(jī)。

3.5 在DCS界面增加汽包水位零水位賦值按鈕

圖6 4#機(jī)汽包內(nèi)水位計(jì)內(nèi)部取樣口改造前后對(duì)比圖

機(jī)組冷態(tài)和溫態(tài)啟動(dòng)時(shí)，余熱鍋爐汽包出現(xiàn)虛假水位，汽包排污閥和緊急放水閥保護(hù)開導(dǎo)致汽包水位無法維持，需由熱控人員強(qiáng)制汽包水位選擇后信號(hào)為零水位。在DCS操作界面增加汽包零水位賦值按鈕（圖8），由運(yùn)行人員直接操作，有利于汽包水位穩(wěn)定運(yùn)行，避免因強(qiáng)制不及時(shí)影響機(jī)組啟動(dòng)。

4 結(jié)語

通過對(duì)汽包內(nèi)部取樣口、汽包外部取樣管改造以及邏輯修改等措施，解決了余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)偏差大對(duì)水位測(cè)量的影響，提高了水位測(cè)量的準(zhǔn)確性，為機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

圖7 DCS界面汽包水位保護(hù)投退

圖8 DCS汽包水位零水位賦值

［1］中國(guó)華電集團(tuán)公司.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書（設(shè)備及系統(tǒng)分冊(cè)）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

〔編輯 李波〕

TK223.1+3

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.26