对锅炉省煤器管道排空远程监测方法的研究

陈志鑫

【摘  要】随着电厂科技的不断发展，对其自动化程度要求也越来越高。目前锅炉省煤器上水排空无法实现无人值守，笔者通过对三种监测方案的分析对比，找到了一种切实可行的数据采集方法代替人工监测。将省煤器管道排空数据化，为提高机组的自动化程度打下坚实的基础。

【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.

【关键词】锅炉省煤器;排空远程监测;电导率表

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

【中图分类号】TK228                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）06-0143-02

1 引言

锅炉省煤器是一种利用锅炉尾部烟气余热加热锅炉给水的设备。省煤器一般由多组并列布置的蛇形管、进口集箱及出口集箱组成。由于其内部结构特点，在向省煤器上水时，容易在其U形弯处形成气塞。

气塞对锅炉的安全运行造成很大威胁。在锅炉正常运行升温后，气塞部位会出现汽化现象，造成省煤器管道内部结垢、腐蚀，会导致锅炉水循环受阻，造成锅炉供水不足。因此，在锅炉省煤器上水过程中，必须将其内部空气全部排出。

在我们的实际生产过程中，省煤器排空是否完成需要运行人员现场确认，一般以排空口是否出现连续水流为判断标准。这样的监测常常会持续1～2小时，若多个省煤器同时上水，还会造成水资源的浪费，同时也大大降低了运行人员的工作效率，延长了机组的启动准备时间。虽然目前电厂的自动化程度不断提高，但省煤器上水仍然需要运行人员就地监测，其原因是目前无法直接监测排空数据。

2 提出监测方案

为了解决锅炉省煤器管道排空需要人员现场监测这一问题，降低运行人员的工作强度，提高机组自动化程度，同时结合热工专业与化学仪表专业的知识，提出几种不同的监测方案，针对这些方案进行对比、研究、分析。

2.1 方案1

在排空管垂直管道上增加一台差压变送器，当有水进入排空管时，变送器将测量垂直管段下部与上部的差压值。垂直管道上下端差压越大，证明管道内液位越高。液位高度与差压值换算为1mH2O=10kPa。这样可将实际排空管排空情况转化为模拟量信号。

通过试验发现，液位高度逐渐升高直至满水，但排空管内始终混有空气。液位高度无法直接与排空情况形成对应关系，因此，此方案缺乏稳定性，无法使用。

2.2 方案2

在排空管的垂直管道上加装一台化学溶氧表，用来测量水中的溶氧含量。其测量原理如下：氧在水中的溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐。溶氧表传感部分是由金电极（阴极）和银电极（阳极）及氯化钾或氢氧化钾电解液组成，氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶氧表电极加上0.6～ 0.8V 的极化电压时，氧通过膜扩散，阴极释放电子，阳极接受电子，产生电流，整个反应过程为：阳极 Ag+Cl→AgCl+2e- ，阴极 O2+2H2O+4e→4OH- 。

根据法拉第定律：流过溶氧表电极的电流和氧分压成正比，在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。当水中混入大量空气时，溶氧表的数据会显示异常。

用矿泉水瓶自制一个测量槽，底部连接压缩空气气瓶。将压缩空气通入测量槽内，同时将量程为（0～20）mg/L的溶氧表探头放入测量槽。将0.1MPa压缩空气以50L/min的流量通入测量槽进行试验，试验曲线与斜率柱状图（步长1s）如图1所示。

由图1我们可以看出，从第10s开始混入空气，曲线斜率突然变大，直至第48s阀门关闭，曲线斜率突然反转直至恢复正常。空气阀门关闭期间，曲线斜率基本维持在±0.2之間。但在阀门关闭后会出现一段测量不稳定区域。

在相应速度方面，空气阀门开启的下一秒钟，斜率数据马上发生变化，因此，对于阀门开启的响应速度应当小于1s。当阀门关闭后，斜率马上开始反向，曲线开始趋于平稳。但这一过程持续了22s，因此，阀门关闭响应时间至少为22s。

通过验证，此方案可行。

2.3 方案3

在排空管的垂直管道上加装一台化学电导率表，用来测量水中的电导率数值。电导率是物体传导电流的能力。电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（通常为正弦波电压），然后测量极板间流过的电流。当水中混有大量空气时，电导率测量的波动很大，当水流稳定后，电导率的测量也趋于平稳。

用矿泉水瓶自制一个测量槽，底部连接压缩空气气瓶。将压缩空气通入测量槽内，同时将电导率表探头放入测量槽。 将0.1MPa压缩空气以50L/min的流量通入测量槽进行试验，试验曲线与斜率柱状图（步长1s）如图2所示。

由图2可以看出，从第8s开始混入空气，曲线斜率突然变大，直至第65s阀门关闭，曲线斜率恢复正常。前后趋势变化明显，测量稳定。空气阀门关闭期间，曲线斜率一直维持在±5之间。

在相应速度方面，空气阀门开启的下一秒钟，斜率数据马上发生变化，因此，对于阀门开启的响应速度应当小于1s。当阀门关闭后，下一秒测量斜率马上稳定，因此，阀门关闭响应时间也应当小于1s。

通过验证，此方案可行。

3 监测方法的对比

在对比方案中，电导率表监测和溶氧表监测都可有效反映出省煤器排空情况。将两种仪表放在同一条件下进行试验，可以得到以下曲线（图3）。

由图3可以看出，电导率表监测较为稳定，在阀门关闭的瞬间测量曲线有显著变化。如果以数值的变化率为参考值则可以实现将排空情况进行数据化采集。溶氧表监测时，阀门关闭后仍需要一段时间才能恢复到正常值。但是如果将溶氧表的递增值拐点作为判断是否排空完成的标志，容易出现误判情况，其原因是曲线分界线不明显。

4 结语

通过对三种不同测量方式的研究，最终找出了一组切实可行的监测方法。用电导率表进行监测，实现了将省煤器管道排空进行数据化采集的目的，进而使远程监测得以实现。缩短了锅炉上水时间，降低了运行人员的操作强度。此类数据采集方法对类似火力发电机组具有很大的借鉴意义，为热工数据采集的提出了新思路，为今后实现管道自动排空打下坚实的基础。