重鋼CCPP—CDQ余熱回收項目中鍋爐汽包液位控制方案

馮亞彬

[摘要]鍋爐、汽機系統是電力生產最關鍵的生產系統，對這些系統的設備自動控制及保護是熱工工程師的義務，而鍋爐、汽機系統的各種液位（特別是汽包液位）對蒸汽鍋爐安全有重要影響。

[關鍵詞]鍋爐；汽包液位；控制；環保

1、項目背景

重鋼集團環保搬遷CCPP-CDQ余熱回收項目位于江南鎮重鋼長壽新區，其位于長壽主城區長江南岸，距長壽老城區約3.0km，距重慶市主城區約65km。而CCPP發電項目則位于7#地塊的北側。項目將由中節能三峰能源有限公司（即重鋼集團與中國節能投資公司組建合資公司進行建設、運營）。

根據由國家發改委委托的咨詢公司對《重慶鋼鐵（集團）有限責任公司節能減排、實施環保搬遷工程》的咨詢意見，國內鋼鐵企業節能潛力巨大，長期以來能源轉換設備效率低，產品能耗高，在生產發展過程中，極其重視產品的結構調整，但對能源結構調整投入力度不足，在大量購進高價能源的同時，因為能源轉換設備效率低、動態平衡容量考慮不足等原因、使生產過程產生的有用余熱大量放散或浪費，使企業的產品成本未得到充分降低。特別是在鋼鐵企業，高熱值煤氣自用不足，低熱值煤氣自用有余，不得不大量放散而浪費。

在此背景下，為落實科學發展觀，貫徹節能減排的可持續發展戰略，開發、節約、提高能效以增加產品的競爭力，我院受重鋼集團環保搬遷工程規劃與設計部委托利用重鋼廢棄的熄焦顯熱、副產放散的煤氣建設重鋼CCPP-CDQ余熱回收項目。

2、工程概況

重鋼長壽新區CCPP-CDQ工程分兩期建設，一期包括一座干法熄焦發電站（簡稱CDQ電站，擬裝機規模2×25MW）及一座燃氣-蒸汽聯合循環發電站（以下簡稱CCPP電站，擬裝機規模3×50MW）其中包括2臺余熱鍋爐和一臺130t/h鍋爐；二期包括1套燃氣-蒸汽聯合循環發電機組（CCPP區域，裝機容量為28.5+25MW）、1套干熄焦余熱發電機組（CDQ二期區域，裝機總容量為25MW）和2套220t/h鍋爐配套發電機組（220t/h鍋爐區域，裝機總容量為2×25MW、其中還包括一個余熱鍋爐和一臺220t/h鍋爐。

3、汽包液位的重要性

鍋爐、汽機系統是電力生產最關鍵的生產系統，對這些系統的設備自動控制及保護是熱工工程師的義務。因為鍋爐、汽機系統的各種液位（特別是汽包液位）對蒸汽鍋爐安全有重要影響，所以世界各國的鍋爐監察規程都對汽包水位控制設備時作了相應的規定，主要包括水位監視、水位控制及水位保護三個方面的內容。其規定的內容主要包括：

3.1至少配置2臺獨立的就地水位計和2臺獨立的遠傳水位計，實際應用中遠傳信號一般采用獨立測量的三取二的邏輯判斷方式，由PLC編程實現。

3.2遠傳水位計示值必須定期以直讀式水位計的顯示為準進行比較，但玻璃、磁翻板、電極等就地水位計的水柱，因其溫度低于飽和溫度，不能完全代表汽包的真實水位，必須先進行修正，才能對遠傳溫度計進行校正，要特別注意遠傳液位計受虛假水位的影響情況。

3.3鍋爐點火時，汽包水位應控制在最低值。

3.4鍋爐低水位保護裝置的投入是鍋爐啟動的必備條件

3.5為保證水位指示正確，不出現虛假水位，水位表計汽水連接管走向及管徑須符合要求，并確保在水位表計在沖洗時不互相干擾。

4、鍋爐汽包液位計選型探討

汽包液位計是涉及鍋爐安全運行的儀表?，F電力行業鍋爐汽包的液位測量主要采用平衡容器類技術（單室、雙室、內置），這類技術都具有下列缺陷分析：

圖示：

（1）、不能全工況工作（啟爐、增減負荷、汽包壓力突降等情況下不能正常工作），無法判斷虛假水位。

當鍋爐啟爐時，參比水柱（P+）取樣管無水，必須等時間等待凝結水注滿，從啟爐到凝結水注滿這段時間內平衡容器類液位計無法輸出信號。因此鍋爐啟動前的水位保護系統無法啟動，不符合國家鍋爐運行安全管理條例之“鍋爐運行前要把各種保護系統先啟動”的規定。

鍋爐降壓運行時，參比水柱（P+）汽化，此時出現“假水位”情況，因此平衡容器類液位計測得的液位為不真實的液位值，給鍋爐生產造成巨大的安全隱患。此時自動控制系統不能及時啟動給水閥或者補水閥補水，無法啟動保護連鎖裝置，操作工不能及時判斷事故真相，由此可能造成的巨大財產損失。

（2）、取樣結構不合理

由于水側是絕溫的，不能保證測量筒與鍋爐本體的溫壓保持一致，造成取樣水位與鍋爐本體水位存在極大的負差。

取樣容積大，測量時滯較大，不能即時反映水位變化情況，導致測量信號延時，造成調節系統調節滯后。

（3）、系統可靠性差

由差壓、壓力、溫度、流量、流量積算等多部分組成，故障點多，集成可靠性低，維護量大。

受汽包溫壓變化及環境溫度變化的影響很大，不能完美解決因水側絕溫造成的系統測量誤差的密度補償問題。

因此針對以上3大缺陷，在初步設計的時候我和中節能三峰能源有限公司的熱控專工一起探討，查詢相關資料通過仔細比對、篩選最終確定了采用電容式檢測原理：利用液位變化與其對測量探極產生的電容變化之間的關系，經過系統軟件將檢測到的電容電話經各種補償積算后，輸出與液位成正比例的兩線制4～20mA模擬電流信號和四組SPST（N0）固態繼電器觸點。

部分技術指標如下：

工作電壓：最大：30V

最?。?8V

電流環：兩線制3.5mA-22mA

故障報警電流：3.5mA或22mA可設定

隔離性能：測量系統與電流環隔離

防爆等級：ExiaⅡCT6（-40-70℃）

ExiaⅡCT1-5（-40-85℃）

測量范圍：0-1270mm

測量周期：0.5秒

分辨率：0.02mm

溫漂：±0.5mm Max

工作壓力：23MPaMax

線性偏差：±（1+0.05%FS）mm

介質溫度：450℃ Max

通訊協議：HART

防護等級：IP65

設備關聯：手操器

為了從技術上徹底解決鍋爐汽包的缺、滿水事故隱患，新的鍋爐汽包液位計測雖方案解決如下問題：

1）、具有全工況條件（鍋爐啟、停、排污、事故工況等）下液位準確連續測控功能，不存在“假水位”測量。

2）、輸出：4-20mA真值，無需補償；

3）、測量取樣裝置材質應符合現場工況要求；

4）、測量系統工作溫度應達到工業級使用要求。

通過收集相關資料，了解該技術行業動態。與業主方密切配合，理解細化各種汽包液位計廠家資料，查閱相關技術資料，到相關電廠考察實際同行成功使用經驗，完成了相關系統設計，采用電容式原理的智能鍋爐汽包液位計，型號為CR-6032-2-2-1L（1000mm）-V3。該產品成功的解決了上述問題。

5結論

項目實施可達到的效果：

（1）全工況條件（啟、停、排污、事故工況等）下液位準確連續測控；

（2）減少平衡容器類技術壓損產生的大量能源浪費費，節省能源。

（3）解決“假水位”測量，給鍋爐生產造成巨大的安全隱患。

（4）實現免維護，節省人力資源。