重钢CCPP—CDQ余热回收项目中锅炉汽包液位控制方案

冯亚彬

[摘要]锅炉、汽机系统是电力生产最关键的生产系统，对这些系统的设备自动控制及保护是热工工程师的义务，而锅炉、汽机系统的各种液位（特别是汽包液位）对蒸汽锅炉安全有重要影响。

[关键词]锅炉；汽包液位；控制；环保

1、项目背景

重钢集团环保搬迁CCPP-CDQ余热回收项目位于江南镇重钢长寿新区，其位于长寿主城区长江南岸，距长寿老城区约3.0km，距重庆市主城区约65km。而CCPP发电项目则位于7#地块的北侧。项目将由中节能三峰能源有限公司（即重钢集团与中国节能投资公司组建合资公司进行建设、运营）。

根据由国家发改委委托的咨询公司对《重庆钢铁（集团）有限责任公司节能减排、实施环保搬迁工程》的咨询意见，国内钢铁企业节能潜力巨大，长期以来能源转换设备效率低，产品能耗高，在生产发展过程中，极其重视产品的结构调整，但对能源结构调整投入力度不足，在大量购进高价能源的同时，因为能源转换设备效率低、动态平衡容量考虑不足等原因、使生产过程产生的有用余热大量放散或浪费，使企业的产品成本未得到充分降低。特别是在钢铁企业，高热值煤气自用不足，低热值煤气自用有余，不得不大量放散而浪费。

在此背景下，为落实科学发展观，贯彻节能减排的可持续发展战略，开发、节约、提高能效以增加产品的竞争力，我院受重钢集团环保搬迁工程规划与设计部委托利用重钢废弃的熄焦显热、副产放散的煤气建设重钢CCPP-CDQ余热回收项目。

2、工程概况

重钢长寿新区CCPP-CDQ工程分两期建设，一期包括一座干法熄焦发电站（简称CDQ电站，拟装机规模2×25MW）及一座燃气-蒸汽联合循环发电站（以下简称CCPP电站，拟装机规模3×50MW）其中包括2台余热锅炉和一台130t/h锅炉；二期包括1套燃气-蒸汽联合循环发电机组（CCPP区域，装机容量为28.5+25MW）、1套干熄焦余热发电机组（CDQ二期区域，装机总容量为25MW）和2套220t/h锅炉配套发电机组（220t/h锅炉区域，装机总容量为2×25MW、其中还包括一个余热锅炉和一台220t/h锅炉。

3、汽包液位的重要性

锅炉、汽机系统是电力生产最关键的生产系统，对这些系统的设备自动控制及保护是热工工程师的义务。因为锅炉、汽机系统的各种液位（特别是汽包液位）对蒸汽锅炉安全有重要影响，所以世界各国的锅炉监察规程都对汽包水位控制设备时作了相应的规定，主要包括水位监视、水位控制及水位保护三个方面的内容。其规定的内容主要包括：

3.1至少配置2台独立的就地水位计和2台独立的远传水位计，实际应用中远传信号一般采用独立测量的三取二的逻辑判断方式，由PLC编程实现。

3.2远传水位计示值必须定期以直读式水位计的显示为准进行比较，但玻璃、磁翻板、电极等就地水位计的水柱，因其温度低于饱和温度，不能完全代表汽包的真实水位，必须先进行修正，才能对远传温度计进行校正，要特别注意远传液位计受虚假水位的影响情况。

3.3锅炉点火时，汽包水位应控制在最低值。

3.4锅炉低水位保护装置的投入是锅炉启动的必备条件

3.5为保证水位指示正确，不出现虚假水位，水位表计汽水连接管走向及管径须符合要求，并确保在水位表计在冲洗时不互相干扰。

4、锅炉汽包液位计选型探讨

汽包液位计是涉及锅炉安全运行的仪表。现电力行业锅炉汽包的液位测量主要采用平衡容器类技术（单室、双室、内置），这类技术都具有下列缺陷分析：

图示：

（1）、不能全工况工作（启炉、增减负荷、汽包压力突降等情况下不能正常工作），无法判断虚假水位。

当锅炉启炉时，参比水柱（P+）取样管无水，必须等时间等待凝结水注满，从启炉到凝结水注满这段时间内平衡容器类液位计无法输出信号。因此锅炉启动前的水位保护系统无法启动，不符合国家锅炉运行安全管理条例之“锅炉运行前要把各种保护系统先启动”的规定。

锅炉降压运行时，参比水柱（P+）汽化，此时出现“假水位”情况，因此平衡容器类液位计测得的液位为不真实的液位值，给锅炉生产造成巨大的安全隐患。此时自动控制系统不能及时启动给水阀或者补水阀补水，无法启动保护连锁装置，操作工不能及时判断事故真相，由此可能造成的巨大财产损失。

（2）、取样结构不合理

由于水侧是绝温的，不能保证测量筒与锅炉本体的温压保持一致，造成取样水位与锅炉本体水位存在极大的负差。

取样容积大，测量时滞较大，不能即时反映水位变化情况，导致测量信号延时，造成调节系统调节滞后。

（3）、系统可靠性差

由差压、压力、温度、流量、流量积算等多部分组成，故障点多，集成可靠性低，维护量大。

受汽包温压变化及环境温度变化的影响很大，不能完美解决因水侧绝温造成的系统测量误差的密度补偿问题。

因此针对以上3大缺陷，在初步设计的时候我和中节能三峰能源有限公司的热控专工一起探讨，查询相关资料通过仔细比对、筛选最终确定了采用电容式检测原理：利用液位变化与其对测量探极产生的电容变化之间的关系，经过系统软件将检测到的电容电话经各种补偿积算后，输出与液位成正比例的两线制4～20mA模拟电流信号和四组SPST（N0）固态继电器触点。

部分技术指标如下：

工作电压：最大：30V

最小：18V

电流环：两线制3.5mA-22mA

故障报警电流：3.5mA或22mA可设定

隔离性能：测量系统与电流环隔离

防爆等级：ExiaⅡCT6（-40-70℃）

ExiaⅡCT1-5（-40-85℃）

測量范围：0-1270mm

测量周期：0.5秒

分辨率：0.02mm

温漂：±0.5mm Max

工作压力：23MPaMax

线性偏差：±（1+0.05%FS）mm

介质温度：450℃ Max

通讯协议：HART

防护等级：IP65

设备关联：手操器

为了从技术上彻底解决锅炉汽包的缺、满水事故隐患，新的锅炉汽包液位计测虽方案解决如下问题：

1）、具有全工况条件（锅炉启、停、排污、事故工况等）下液位准确连续测控功能，不存在“假水位”测量。

2）、输出：4-20mA真值，无需补偿；

3）、测量取样装置材质应符合现场工况要求；

4）、测量系统工作温度应达到工业级使用要求。

通过收集相关资料，了解该技术行业动态。与业主方密切配合，理解细化各种汽包液位计厂家资料，查阅相关技术资料，到相关电厂考察实际同行成功使用经验，完成了相关系统设计，采用电容式原理的智能锅炉汽包液位计，型号为CR-6032-2-2-1L（1000mm）-V3。该产品成功的解决了上述问题。

5结论

项目实施可达到的效果：

（1）全工况条件（启、停、排污、事故工况等）下液位准确连续测控；

（2）减少平衡容器类技术压损产生的大量能源浪费费，节省能源。

（3）解决“假水位”测量，给锅炉生产造成巨大的安全隐患。

（4）实现免维护，节省人力资源。