對鍋爐省煤器管道排空遠程監測方法的研究

陳志鑫

【摘? 要】隨著電廠科技的不斷發展，對其自動化程度要求也越來越高。目前鍋爐省煤器上水排空無法實現無人值守，筆者通過對三種監測方案的分析對比，找到了一種切實可行的數據采集方法代替人工監測。將省煤器管道排空數據化，為提高機組的自動化程度打下堅實的基礎。

【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.

【關鍵詞】鍋爐省煤器;排空遠程監測;電導率表

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

【中圖分類號】TK228? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】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備。省煤器一般由多組并列布置的蛇形管、進口集箱及出口集箱組成。由于其內部結構特點，在向省煤器上水時，容易在其U形彎處形成氣塞。

氣塞對鍋爐的安全運行造成很大威脅。在鍋爐正常運行升溫后，氣塞部位會出現汽化現象，造成省煤器管道內部結垢、腐蝕，會導致鍋爐水循環受阻，造成鍋爐供水不足。因此，在鍋爐省煤器上水過程中，必須將其內部空氣全部排出。

在我們的實際生產過程中，省煤器排空是否完成需要運行人員現場確認，一般以排空口是否出現連續水流為判斷標準。這樣的監測常常會持續1～2小時，若多個省煤器同時上水，還會造成水資源的浪費，同時也大大降低了運行人員的工作效率，延長了機組的啟動準備時間。雖然目前電廠的自動化程度不斷提高，但省煤器上水仍然需要運行人員就地監測，其原因是目前無法直接監測排空數據。

2 提出監測方案

為了解決鍋爐省煤器管道排空需要人員現場監測這一問題，降低運行人員的工作強度，提高機組自動化程度，同時結合熱工專業與化學儀表專業的知識，提出幾種不同的監測方案，針對這些方案進行對比、研究、分析。

2.1 方案1

在排空管垂直管道上增加一臺差壓變送器，當有水進入排空管時，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，證明管道內液位越高。液位高度與差壓值換算為1mH2O=10kPa。這樣可將實際排空管排空情況轉化為模擬量信號。

通過試驗發現，液位高度逐漸升高直至滿水，但排空管內始終混有空氣。液位高度無法直接與排空情況形成對應關系，因此，此方案缺乏穩定性，無法使用。

2.2 方案2

在排空管的垂直管道上加裝一臺化學溶氧表，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，氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構成測量回路。當給溶氧表電極加上0.6～ 0.8V 的極化電壓時，氧通過膜擴散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產生電流，整個反應過程為：陽極 Ag+Cl→AgCl+2e- ，陰極 O2+2H2O+4e→4OH- 。

根據法拉第定律：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系。當水中混入大量空氣時，溶氧表的數據會顯示異常。

用礦泉水瓶自制一個測量槽，底部連接壓縮空氣氣瓶。將壓縮空氣通入測量槽內，同時將量程為（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行試驗，試驗曲線與斜率柱狀圖（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閥門關閉，曲線斜率突然反轉直至恢復正常。空氣閥門關閉期間，曲線斜率基本維持在±0.2之間。但在閥門關閉后會出現一段測量不穩定區域。

在相應速度方面，空氣閥門開啟的下一秒鐘，斜率數據馬上發生變化，因此，對于閥門開啟的響應速度應當小于1s。當閥門關閉后，斜率馬上開始反向，曲線開始趨于平穩。但這一過程持續了22s，因此，閥門關閉響應時間至少為22s。

通過驗證，此方案可行。

2.3 方案3

在排空管的垂直管道上加裝一臺化學電導率表，用來測量水中的電導率數值。電導率是物體傳導電流的能力。電導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。當水中混有大量空氣時，電導率測量的波動很大，當水流穩定后，電導率的測量也趨于平穩。

用礦泉水瓶自制一個測量槽，底部連接壓縮空氣氣瓶。將壓縮空氣通入測量槽內，同時將電導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行試驗，試驗曲線與斜率柱狀圖（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閥門關閉，曲線斜率恢復正常。前后趨勢變化明顯，測量穩定。空氣閥門關閉期間，曲線斜率一直維持在±5之間。

在相應速度方面，空氣閥門開啟的下一秒鐘，斜率數據馬上發生變化，因此，對于閥門開啟的響應速度應當小于1s。當閥門關閉后，下一秒測量斜率馬上穩定，因此，閥門關閉響應時間也應當小于1s。

通過驗證，此方案可行。

3 監測方法的對比

在對比方案中，電導率表監測和溶氧表監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行試驗，可以得到以下曲線（圖3）。

由圖3可以看出，電導率表監測較為穩定，在閥門關閉的瞬間測量曲線有顯著變化。如果以數值的變化率為參考值則可以實現將排空情況進行數據化采集。溶氧表監測時，閥門關閉后仍需要一段時間才能恢復到正常值。但是如果將溶氧表的遞增值拐點作為判斷是否排空完成的標志，容易出現誤判情況，其原因是曲線分界線不明顯。

4 結語

通過對三種不同測量方式的研究，最終找出了一組切實可行的監測方法。用電導率表進行監測，實現了將省煤器管道排空進行數據化采集的目的，進而使遠程監測得以實現。縮短了鍋爐上水時間，降低了運行人員的操作強度。此類數據采集方法對類似火力發電機組具有很大的借鑒意義，為熱工數據采集的提出了新思路，為今后實現管道自動排空打下堅實的基礎。