刍议电厂锅炉气泡水位监测技术及其改进
把汽包水位维持在一定范围内是保证锅炉生成安全运行的必要条件。汽包水位过高,则会影响汽水的分离效果,使饱和蒸汽湿度增大、含盐量增多,致使蒸汽的品质恶化;过度的盐类也会在过热器管壁上结垢,导致过热管壁被烧坏、爆破,甚至导致汽轮机进水。如果水位太低,则可能破坏汽水的自然循环,导致水冷壁管被烧毁、爆破。因此,加强对锅炉汽包水位的监测具有极其重要的意义,本文就当前锅炉汽包水位监测技术、存在的问题及改进的方向进行综合性的探讨。
1、汽包水位连通管式测量方法
连通管式测量方式是利用汽包中的水柱与水位计中的水柱在连通管出具有相等的静压力,从而把汽包中的水位间接的表现出来。然而水位计与汽包之间存在着一定的温度误差,当水柱内的温度一定时,汽包的温度越高,测量出来的水柱误差越大;当汽包的温度一定时,水位计内的温度越高,测量出来的水柱误差越小,这种关系可以通过下式表现出来:。其中为汽包压力下饱和蒸汽的密度;为汽包压力下饱和水的密度,为水柱中水的平均密度;为汽包的水位;为水位计内水的高度。
通过对其原理的分析,可知提高水位计测量精度的方法可以在水柱连通器上加装热套、进行补偿与修正、改进结构。然而加装热套容易造成显示、信号传递的不方便,对数据的补偿与修正同样要求具有比较充分的数据进行比较,过程相当的繁琐。因此,当前主要是通过改进结构的方法来缩小测量误差。
如双色水位计,利用水、汽折射率不同而显示出不同的颜色,汽呈红色、水呈绿色。在压力较小的情况下观察明显直观,但在实际运行中,由于锅炉加药腐蚀和水汽冲刷,容易引起玻璃管内壁的磨损,导致汽水分界不明显。
2、汽包水位差压式测量方法
汽包式水位计的原理是把水位高度的变化转化成差压的变化来进行测量的,其压差的输出值为: 。式中:L为平衡容器中参比水柱的高度;H为汽包实际的水位高度;为参比水柱的密度;g为重力加速度;为汽包内饱和汽密度;为汽包内水的密度。
该方法受到的影响因素比较多,特别是在锅炉启动时,一般不把压差式汽包水位计作为主要的监测仪表;而在运行时,其准确性和稳定性也不是太好,特别是在低负荷运行时,其准确性更差。通过分析发现引起这种误差的主要原因在于测量的参比水柱密度不确定。因此,对压差式改良的就是消除或弥补参比水柱密度不确定性的问题。
现在普遍采用的是平衡容器测量方法—对汽包压力进行补偿,可以简单的分成外置平衡容器和内置平衡容器。单室平衡容器法是正压侧取样管按1:100向下延伸1m以上,使取样管垂直段的温度接近环境温度,在不考虑温度补偿的情况下
也不会导致过大的水位测量偏差;双恒平衡容器法是利用独特的结构实现参比水柱温度恒等于饱和水温度。内置式平衡容器就是将单室平衡容器置于汽包内部,在运行过程中,汽包饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水再流回到平衡罐中,这样就保证了平衡罐及引出罐中的水温度为汽包内的饱和水温度,其密度为饱和水的密度,在进行补偿计算时也就具有了相对稳定的参数,便于准确的计算出汽包水位。同时,为了达到理想的工作状态,容器的外部应该给以适当的保温,因为一般情况下,凝汽室的温度都要比环境高300℃左右,甚至更高,具有很强的热辐射能力,冬季时的液位要比夏季低12mm左右。
3、多侧孔接管技术
大型锅炉汽包长度一般都在20m以上,内部过程较复杂,水位高低不平,在测量时要采用多孔测量。在设计时,应根据独立性原则,水位设计与测孔“一对一”连接,禁止多个测量装置“合用测孔”。多测孔接管技术是利用原有测孔接管通道,插管到汽包内部进行取样,增加独立取样测孔,而不用再重新开孔,避免了在汽包壁上钻孔、焊接、热处理等相关问题,不影响其原设计的强度。同时,在增加取样口时,应与原有测孔取样孔保持一定的距离,在多测孔接管上有母孔小接管及曾孔小接管,使所增测孔与汽包封头上的直接开孔没有任何区别。
4、软测量技术
软测量技术是根据可测、易测过程变量与难测变量之间的数学过程关系,借助于各种计算方法,构造出某种数学模型,从而实现对主变量的估计。如果模型建立的足够准确,在理论上是可以代替在线分析的,而且还不会受到测量滞后的影响,使控制性能得到大大改善,但其发展仍处于初级阶段,还有许多的问题没有解决。
随着检测技术的发展,已经基本上解决了汽包水位计测量误差过大的现象,但在精确度上还有很大的提升空间。特别是软测量技术,避免了直接测量,在理论上拥有更大的优越性,具有很好的工业应用前景。
参考文献
[1]高宏彪.锅炉汽包水位测量选择及应用[J].管道技术与设备,2009,5:58-59.
[2]王志会.锅炉汽包水位的测量机存在的问题[J].华北电力技术,2006,5:51-54.
刍议电厂锅炉气泡水位监测技术及其改进
把汽包水位维持在一定范围内是保证锅炉生成安全运行的必要条件。汽包水位过高,则会影响汽水的分离效果,使饱和蒸汽湿度增大、含盐量增多,致使蒸汽的品质恶化;过度的盐类也会在过热器管壁上结垢,导致过热管壁被烧坏、爆破,甚至导致汽轮机进水。如果水位太低,则可能破坏汽水的自然循环,导致水冷壁管被烧毁、爆破。因此,加强对锅炉汽包水位的监测具有极其重要的意义,本文就当前锅炉汽包水位监测技术、存在的问题及改进的方向进行综合性的探讨。
1、汽包水位连通管式测量方法
连通管式测量方式是利用汽包中的水柱与水位计中的水柱在连通管出具有相等的静压力,从而把汽包中的水位间接的表现出来。然而水位计与汽包之间存在着一定的温度误差,当水柱内的温度一定时,汽包的温度越高,测量出来的水柱误差越大;当汽包的温度一定时,水位计内的温度越高,测量出来的水柱误差越小,这种关系可以通过下式表现出来:。其中为汽包压力下饱和蒸汽的密度;为汽包压力下饱和水的密度,为水柱中水的平均密度;为汽包的水位;为水位计内水的高度。
通过对其原理的分析,可知提高水位计测量精度的方法可以在水柱连通器上加装热套、进行补偿与修正、改进结构。然而加装热套容易造成显示、信号传递的不方便,对数据的补偿与修正同样要求具有比较充分的数据进行比较,过程相当的繁琐。因此,当前主要是通过改进结构的方法来缩小测量误差。
如双色水位计,利用水、汽折射率不同而显示出不同的颜色,汽呈红色、水呈绿色。在压力较小的情况下观察明显直观,但在实际运行中,由于锅炉加药腐蚀和水汽冲刷,容易引起玻璃管内壁的磨损,导致汽水分界不明显。
2、汽包水位差压式测量方法
汽包式水位计的原理是把水位高度的变化转化成差压的变化来进行测量的,其压差的输出值为: 。式中:L为平衡容器中参比水柱的高度;H为汽包实际的水位高度;为参比水柱的密度;g为重力加速度;为汽包内饱和汽密度;为汽包内水的密度。
该方法受到的影响因素比较多,特别是在锅炉启动时,一般不把压差式汽包水位计作为主要的监测仪表;而在运行时,其准确性和稳定性也不是太好,特别是在低负荷运行时,其准确性更差。通过分析发现引起这种误差的主要原因在于测量的参比水柱密度不确定。因此,对压差式改良的就是消除或弥补参比水柱密度不确定性的问题。
现在普遍采用的是平衡容器测量方法—对汽包压力进行补偿,可以简单的分成外置平衡容器和内置平衡容器。单室平衡容器法是正压侧取样管按1:100向下延伸1m以上,使取样管垂直段的温度接近环境温度,在不考虑温度补偿的情况下
也不会导致过大的水位测量偏差;双恒平衡容器法是利用独特的结构实现参比水柱温度恒等于饱和水温度。内置式平衡容器就是将单室平衡容器置于汽包内部,在运行过程中,汽包饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水再流回到平衡罐中,这样就保证了平衡罐及引出罐中的水温度为汽包内的饱和水温度,其密度为饱和水的密度,在进行补偿计算时也就具有了相对稳定的参数,便于准确的计算出汽包水位。同时,为了达到理想的工作状态,容器的外部应该给以适当的保温,因为一般情况下,凝汽室的温度都要比环境高300℃左右,甚至更高,具有很强的热辐射能力,冬季时的液位要比夏季低12mm左右。
3、多侧孔接管技术
大型锅炉汽包长度一般都在20m以上,内部过程较复杂,水位高低不平,在测量时要采用多孔测量。在设计时,应根据独立性原则,水位设计与测孔“一对一”连接,禁止多个测量装置“合用测孔”。多测孔接管技术是利用原有测孔接管通道,插管到汽包内部进行取样,增加独立取样测孔,而不用再重新开孔,避免了在汽包壁上钻孔、焊接、热处理等相关问题,不影响其原设计的强度。同时,在增加取样口时,应与原有测孔取样孔保持一定的距离,在多测孔接管上有母孔小接管及曾孔小接管,使所增测孔与汽包封头上的直接开孔没有任何区别。
4、软测量技术
软测量技术是根据可测、易测过程变量与难测变量之间的数学过程关系,借助于各种计算方法,构造出某种数学模型,从而实现对主变量的估计。如果模型建立的足够准确,在理论上是可以代替在线分析的,而且还不会受到测量滞后的影响,使控制性能得到大大改善,但其发展仍处于初级阶段,还有许多的问题没有解决。
随着检测技术的发展,已经基本上解决了汽包水位计测量误差过大的现象,但在精确度上还有很大的提升空间。特别是软测量技术,避免了直接测量,在理论上拥有更大的优越性,具有很好的工业应用前景。
参考文献
[1]高宏彪.锅炉汽包水位测量选择及应用[J].管道技术与设备,2009,5:58-59.
[2]王志会.锅炉汽包水位的测量机存在的问题[J].华北电力技术,2006,5:51-54.