一种锅炉省煤器自动排空气装置的实现

石磊

（北京京桥热电有限责任公司，北京 100067）

一种锅炉省煤器自动排空气装置的实现

石磊

（北京京桥热电有限责任公司，北京 100067）

针对锅炉省煤器无法自动排空气的现状，提出通过加装一种由测量仪表、远控阀门、控制装置及完善的逻辑等组成的锅炉省煤器自动排空装置，实现了锅炉省煤器的自动排空气。该装置能够提高火电机组自动化水平，同时在减员增效、节能减排等方面表现良好。

锅炉省煤器；自动排空气装置；节能

0 引言

锅炉省煤器是利用锅炉尾部烟气热量加热锅炉给水的热交换设备。省煤器一般由多组并列布置的蛇形管和进、出口集箱组成。由于其结构限制，锅炉上水过程中省煤器U形弯管处容易形成气塞。在锅炉点火升温后，气塞部位就会急速升温，使省煤器管道内部出现汽化现象，造成省煤器管道内结垢、腐蚀，甚至发生省煤器爆管、锅炉水循环受阻，无法为锅炉提供给水等严重事故，这就要求锅炉上水过程中省煤器必须排尽空气。

在实际生产过程中，省煤器排空一般采用人为确认排空管处可见连续水流后，关闭省煤器排空气手动门，这一过程一般持续1 h左右。而燃气－蒸汽联合循环发电机组采用的余热锅炉有多个省煤器，在机组启动过程中，运行人员需要准备的工作很多。如果安排多人确认省煤器排空情况，会造成其他工作不能有效进行，使机组启动时间延长；如果安排一人确认省煤器排空情况，会使运行人员操作强度加大，且若多个省煤器同时满水会造成炉水的大量浪费。对新建联合循环电厂而言，运行值班员较少。为减轻运行人员操作强度，机组自动启停机控制系统（APS）已经基本实现了自动控制从辅助系统到“二拖一”并汽完成的所有过程，但省煤器自动排空这一问题仍然需要人为确认［1－2］。

1 方案的确定

为解决燃气－蒸汽联合循环发电机组启动实现全过程APS控制中存在的人为确认困难，增强整个燃气－蒸汽联合循环发电机组的安全性及可靠性，提高机组过程控制的正确性和规范性，减轻运行人员的工作强度，缩短机组启动时间，真正实现减员增效，提高电厂自动控制水平，减少运行人员对主观判断的依赖，笔者根据现场设备情况（如图1所示），提出了省煤器自动排空方案。考虑到省煤器排空在实际生产过程中由于上水流量不同，关闭排空气门的时间也不同，不宜采用液位开关测量排空管水位加长延时的方法，故实施以模拟量测点测量排空管是否满水的2种方案。

图1 实施方案前的系统

1.1 方案1

将省煤器排空二次门由手动门改为电动门，采用差压变送器测量省煤器排空一、二次门间差压。在锅炉上水时，省煤器排空一、二次门全开，差压变送器相当于测量省煤器排空管中的液位［3］，液位大于某一定值，延时触发省煤器排空二次门关闭。改造后系统如图2所示。

1.2 方案2

将省煤器排空二次门由手动门改为电动门，采用电导率仪测量省煤器排空气二次门前炉水电导率［4］。由于空气和炉水的电导率差异较大，对电导率信号进行限值比较，延时触发省煤器排空二次门关闭。改造后系统如图3所示。

试验发现方案1差压信号相对较小，即液位量程小，对扰动响应较大且迅速。分析其原因是省煤器排空管道直径小（DN 100 mm），且2个阀门间距离短（竖直高度差不足0.5 m），使压力缓冲时间短，响应快速。这对信号处理和逻辑的判断带来不利影响，故放弃方案1。

图2 实施方案1后的系统

图3 实施方案2后的系统

2 方案的实施

利用机组停机机会，对省煤器排空二次门进行施工改造。阀门仪表接线时，需要将电动门的开、关指令2个开关量输出和阀门已开、已关、远方位、故障报警4个开关量输入接入控制系统，同时加装电导率测点的取样电磁阀，其控制指令为带电压的开关量输出。这样控制系统就增加了8个通道（含电导率测点）。考虑到联合循环的余热锅炉省煤器较多，控制系统需要增加的通道也随之增多，但已投产机组的控制系统备用I/O通道数量有限，这就需要在测点、阀门及控制系统间增加1个外部控制装置，四者之间的电气连接和信号交换关系如图4所示。测点、阀门与外部控制设备之间采用短电缆连接，外部控制设备与控制系统间采用通信连接。

图4 省煤器自动排空装置各设备之间的电气连接

外部控制设备采用可编程逻辑控制器（PLC）进行控制，也可采用单片机等控制设备［5－7］。仅以PLC为例进行说明，部分控制逻辑梯形图如图5所示。

图5 外部控制装置部分逻辑梯形图

符号说明见表1，表中：DI为开关量输入；DO为开关量输出。

表1 外部控制装置部分逻辑符号说明

上述逻辑实现了如下功能：接收阀门故障信号转发至控制系统；阀门处于故障状态或就地控制时闭锁逻辑操作；转发控制系统对阀门的控制指令；接收到省煤器满水判断逻辑的输出后发出关闭阀门指令；阀门关闭延时5 min，关闭取样电磁阀同时发出报警信号至控制系统。锅炉省煤器上水过程中各系统间的联系如下（依照时间先后顺序）。

（1）锅炉上水前，省煤器排空电动门、排空电导率取样电磁阀打开。由于无法确定锅炉上水时间，需要运行人员在上水时根据需要打开电动门、电磁阀。对APS而言，可在启动APS前预选该锅炉上水的情况下，直接通过控制系统发出打开阀门指令至外部控制装置，该装置控制电动门、电磁阀打开。

（2）锅炉开始上水，省煤器满水后排空电动门关闭。为判断省煤器满水，外部控制装置设置需满足以下条件时，延时3 s关闭电动门。

1）省煤器排空电导率大于95μS/cm，延时20s。

2）省煤器排空电导率的变化率（微分）小于1.5 μS/（cm·s），延时20 s。

逻辑框图如图6所示。

图6 省煤器满水判断逻辑框图

（3）上水完成后，关闭省煤器排空电导率取样电磁阀、省煤器排空手动门。省煤器排空电动门延时5 min关闭，外部控制装置关闭电导率取样电磁阀。在省煤器排空电动门已关闭同时省煤器排空电导率取样电磁阀关闭指令已发出的情况下，外部控制装置向控制系统发出报警信号，提醒运行人员关闭省煤器排空手动门。

值得注意的是，上述逻辑中的时间参数和电导率定值应随系统的不同而进行调整，使该排空装置能够满足不同机组不同系统的需求。另外，外部控制装置采用通信协议和控制系统连接，可将所有I/O点送入控制系统，但为保证可靠性，应将装置故障和省煤器满水判断输出信号以硬接线方式送入控制系统。

在完成逻辑参数的优化后，对整套装置进行了实际测试，测试结果满足设定要求，实现了省煤器自动排空。省煤器排空电导率、电动阀关闭指令及反馈信号如图7所示。

图7 省煤器自动排空装置实际测试结果

3 结束语

通过增加机组控制设备（包括远控测点、阀门、外部控制装置）及完善的自动化控制逻辑等技术手段，实现了锅炉省煤器自动排空气，最终达到掌握燃气－蒸汽联合循环发电机组无需运行人员干预的机组自动启/停控制技术，确保机组更加安全、可靠运行，缩短上水时间，节约给水泵等大型转动机械的耗电，降低转机噪声，降低运行人员操作强度，对类似火力发电机组具有极高的借鉴意义。

［1］王燕晋，张伟东.燃气－蒸汽联合循环机组自启停控制系统设计及调试［J］.华北电力技术，2013（7）：38－40.

［2］石磊.二拖一联合循环机组自启停系统研究［C］//中国电机工程学会电力信息化专业委员会.2013电力行业信息化年会论文集：2013.

［3］聂华，李卫，首晓洁，等.差压式液位计取压方法的研究［J］.石油工程建设，2010，36（1）：137－138，17.

［4］傅淑霞.电导率仪与PC通信接口电路设计［J］.电气电子教学学报，2014，36（6）：72－73，77.

［5］夏立民，汪小澄，陶冶之.S7－200 PLC在智能阀门控制器中的应用［J］.工业控制计算机，2005，18（1）：52－53.

［6］张铮，喻道远.PLC在阀门远程监控系统中的应用［J］.微计算机信息，2005，21（3）：32－33.

［7］周建国，曹炬，姚全斌.单片机与PC机实现的电动阀门控制系统设计［J］.计算机自动测量与控制，2001，9（2）：33－34.

（本文责编：刘炳锋）

TP 29

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1674－1951（2016）10－0025－03

石磊（1986—），男，天津人，助理工程师，从事火电厂热工过程控制工作（E-mail：shil2934＠163.com）。

2015－09－24；

2016－08－09