一種鍋爐省煤器自動排空氣裝置的實現

石磊

（北京京橋熱電有限責任公司，北京 100067）

一種鍋爐省煤器自動排空氣裝置的實現

石磊

（北京京橋熱電有限責任公司，北京 100067）

針對鍋爐省煤器無法自動排空氣的現狀，提出通過加裝一種由測量儀表、遠控閥門、控制裝置及完善的邏輯等組成的鍋爐省煤器自動排空裝置，實現了鍋爐省煤器的自動排空氣。該裝置能夠提高火電機組自動化水平，同時在減員增效、節能減排等方面表現良好。

鍋爐省煤器；自動排空氣裝置；節能

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備。省煤器一般由多組并列布置的蛇形管和進、出口集箱組成。由于其結構限制，鍋爐上水過程中省煤器U形彎管處容易形成氣塞。在鍋爐點火升溫后，氣塞部位就會急速升溫，使省煤器管道內部出現汽化現象，造成省煤器管道內結垢、腐蝕，甚至發生省煤器爆管、鍋爐水循環受阻，無法為鍋爐提供給水等嚴重事故，這就要求鍋爐上水過程中省煤器必須排盡空氣。

在實際生產過程中，省煤器排空一般采用人為確認排空管處可見連續水流后，關閉省煤器排空氣手動門，這一過程一般持續1 h左右。而燃氣－蒸汽聯合循環發電機組采用的余熱鍋爐有多個省煤器，在機組啟動過程中，運行人員需要準備的工作很多。如果安排多人確認省煤器排空情況，會造成其他工作不能有效進行，使機組啟動時間延長；如果安排一人確認省煤器排空情況，會使運行人員操作強度加大，且若多個省煤器同時滿水會造成爐水的大量浪費。對新建聯合循環電廠而言，運行值班員較少。為減輕運行人員操作強度，機組自動啟停機控制系統（APS）已經基本實現了自動控制從輔助系統到“二拖一”并汽完成的所有過程，但省煤器自動排空這一問題仍然需要人為確認［1－2］。

1 方案的確定

為解決燃氣－蒸汽聯合循環發電機組啟動實現全過程APS控制中存在的人為確認困難，增強整個燃氣－蒸汽聯合循環發電機組的安全性及可靠性，提高機組過程控制的正確性和規范性，減輕運行人員的工作強度，縮短機組啟動時間，真正實現減員增效，提高電廠自動控制水平，減少運行人員對主觀判斷的依賴，筆者根據現場設備情況（如圖1所示），提出了省煤器自動排空方案?？紤]到省煤器排空在實際生產過程中由于上水流量不同，關閉排空氣門的時間也不同，不宜采用液位開關測量排空管水位加長延時的方法，故實施以模擬量測點測量排空管是否滿水的2種方案。

圖1 實施方案前的系統

1.1 方案1

將省煤器排空二次門由手動門改為電動門，采用差壓變送器測量省煤器排空一、二次門間差壓。在鍋爐上水時，省煤器排空一、二次門全開，差壓變送器相當于測量省煤器排空管中的液位［3］，液位大于某一定值，延時觸發省煤器排空二次門關閉。改造后系統如圖2所示。

1.2 方案2

將省煤器排空二次門由手動門改為電動門，采用電導率儀測量省煤器排空氣二次門前爐水電導率［4］。由于空氣和爐水的電導率差異較大，對電導率信號進行限值比較，延時觸發省煤器排空二次門關閉。改造后系統如圖3所示。

試驗發現方案1差壓信號相對較小，即液位量程小，對擾動響應較大且迅速。分析其原因是省煤器排空管道直徑小（DN 100 mm），且2個閥門間距離短（豎直高度差不足0.5 m），使壓力緩沖時間短，響應快速。這對信號處理和邏輯的判斷帶來不利影響，故放棄方案1。

圖2 實施方案1后的系統

圖3 實施方案2后的系統

2 方案的實施

利用機組停機機會，對省煤器排空二次門進行施工改造。閥門儀表接線時，需要將電動門的開、關指令2個開關量輸出和閥門已開、已關、遠方位、故障報警4個開關量輸入接入控制系統，同時加裝電導率測點的取樣電磁閥，其控制指令為帶電壓的開關量輸出。這樣控制系統就增加了8個通道（含電導率測點）?？紤]到聯合循環的余熱鍋爐省煤器較多，控制系統需要增加的通道也隨之增多，但已投產機組的控制系統備用I/O通道數量有限，這就需要在測點、閥門及控制系統間增加1個外部控制裝置，四者之間的電氣連接和信號交換關系如圖4所示。測點、閥門與外部控制設備之間采用短電纜連接，外部控制設備與控制系統間采用通信連接。

圖4 省煤器自動排空裝置各設備之間的電氣連接

外部控制設備采用可編程邏輯控制器（PLC）進行控制，也可采用單片機等控制設備［5－7］。僅以PLC為例進行說明，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

符號說明見表1，表中：DI為開關量輸入；DO為開關量輸出。

表1 外部控制裝置部分邏輯符號說明

上述邏輯實現了如下功能：接收閥門故障信號轉發至控制系統；閥門處于故障狀態或就地控制時閉鎖邏輯操作；轉發控制系統對閥門的控制指令；接收到省煤器滿水判斷邏輯的輸出后發出關閉閥門指令；閥門關閉延時5 min，關閉取樣電磁閥同時發出報警信號至控制系統。鍋爐省煤器上水過程中各系統間的聯系如下（依照時間先后順序）。

（1）鍋爐上水前，省煤器排空電動門、排空電導率取樣電磁閥打開。由于無法確定鍋爐上水時間，需要運行人員在上水時根據需要打開電動門、電磁閥。對APS而言，可在啟動APS前預選該鍋爐上水的情況下，直接通過控制系統發出打開閥門指令至外部控制裝置，該裝置控制電動門、電磁閥打開。

（2）鍋爐開始上水，省煤器滿水后排空電動門關閉。為判斷省煤器滿水，外部控制裝置設置需滿足以下條件時，延時3 s關閉電動門。

1）省煤器排空電導率大于95μS/cm，延時20s。

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

邏輯框圖如圖6所示。

圖6 省煤器滿水判斷邏輯框圖

（3）上水完成后，關閉省煤器排空電導率取樣電磁閥、省煤器排空手動門。省煤器排空電動門延時5 min關閉，外部控制裝置關閉電導率取樣電磁閥。在省煤器排空電動門已關閉同時省煤器排空電導率取樣電磁閥關閉指令已發出的情況下，外部控制裝置向控制系統發出報警信號，提醒運行人員關閉省煤器排空手動門。

值得注意的是，上述邏輯中的時間參數和電導率定值應隨系統的不同而進行調整，使該排空裝置能夠滿足不同機組不同系統的需求。另外，外部控制裝置采用通信協議和控制系統連接，可將所有I/O點送入控制系統，但為保證可靠性，應將裝置故障和省煤器滿水判斷輸出信號以硬接線方式送入控制系統。

在完成邏輯參數的優化后，對整套裝置進行了實際測試，測試結果滿足設定要求，實現了省煤器自動排空。省煤器排空電導率、電動閥關閉指令及反饋信號如圖7所示。

圖7 省煤器自動排空裝置實際測試結果

3 結束語

通過增加機組控制設備（包括遠控測點、閥門、外部控制裝置）及完善的自動化控制邏輯等技術手段，實現了鍋爐省煤器自動排空氣，最終達到掌握燃氣－蒸汽聯合循環發電機組無需運行人員干預的機組自動啟/?？刂萍夹g，確保機組更加安全、可靠運行，縮短上水時間，節約給水泵等大型轉動機械的耗電，降低轉機噪聲，降低運行人員操作強度，對類似火力發電機組具有極高的借鑒意義。

［1］王燕晉，張偉東.燃氣－蒸汽聯合循環機組自啟停控制系統設計及調試［J］.華北電力技術，2013（7）：38－40.

［2］石磊.二拖一聯合循環機組自啟停系統研究［C］//中國電機工程學會電力信息化專業委員會.2013電力行業信息化年會論文集：2013.

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

［4］傅淑霞.電導率儀與PC通信接口電路設計［J］.電氣電子教學學報，2014，36（6）：72－73，77.

［5］夏立民，汪小澄，陶冶之.S7－200 PLC在智能閥門控制器中的應用［J］.工業控制計算機，2005，18（1）：52－53.

［6］張錚，喻道遠.PLC在閥門遠程監控系統中的應用［J］.微計算機信息，2005，21（3）：32－33.

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（本文責編：劉炳鋒）

TP 29

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1674－1951（2016）10－0025－03

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

2015－09－24；

2016－08－09