第八章热工仪表Word格式文档下载.docx
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锅炉给水自动调节主要是使锅炉给水量跟踪锅炉的蒸发量,保证锅炉的正常工作。
对于锅筒锅炉,其主要标志不维持锅筒的水位在允许的范围内,故也叫水位自动调节。
锅筒的水位是影响锅炉安全运行的重要因素之一,水位过高会影响汽水分离装置正常工作,导致蒸汽带起水份进入汽轮机和过热器,使过热器管壁结垢、汽轮机产生水冲击造成叶片断裂等事故;
水位过低,则会破坏锅炉水循环,以致烧坏某些受热面,严重会引起锅炉爆炸。
所以一般要求水位保持在±
50mm范围内。
由于大型锅炉的水位变化很快,例如一台230t/h的锅炉停止给水后,28秒内水位便能下降200mm,因而用人工来保持锅筒水位是十分困难的,必须采用给水自动调节。
采用锅炉给水自动调节后,使锅炉连续均匀的给水,保持锅筒水位在允许的范围内波动,从而可使锅炉的汽压稳定,即锅炉能在合适的参数下稳定运行,使锅炉具有较高的效率,人工操作的锅炉、水位经常在很大的范围内波动,当水位较低时,就要大量给水,由于给水温度低,大量给水后锅炉压力将大为降低,为保证锅炉的负荷,就要啬燃料,这将增加了燃烧设备和人工操作的负担,就可能使锅炉排烟损失和碳来完全燃烧损失增加,而采用锅炉给水自动调节后这些现象就可以消除,间断给水也会使省煤器中的水温周期性的变化,当水温提高时,将使温差差降低,提高排烟温度,增加了挑烟损失,降低锅炉效率,而连续给水就可以克服上述缺点,可见采用锅炉给水自动调节后不仅提高了锅炉的安全性而且也可以提高锅炉运行经济性。
下面,简单介绍一下锅筒水位调节对象的动态特性
a、锅炉锅筒水位动态方程为
………………
(1)
T2——给水流量项时间常数
T8——燃料流量项时间常数
T0——蒸汽流量项时间常数
Tp——锅筒压力项时间常数
kg——给水流量项放大倍数
k8——燃料流量项放大倍数
k0——蒸汽流量项放大倍数
kp——锅筒压力项放大倍数
ug——无因次化的给水流量
u8——无因次化的燃料流量
u0——无因次化的蒸汽流量
p——无因次化的蒸汽压力
b、给水流量扰动下的锅筒水位动态特性
如果只存在给水流量方面的扰动
…………
(2)
经拉氏变换后可得:
由于Tg很小
…………(3)
即:
锅筒水位在给水流量作用下的动态特性由一个积分环节和一个迟延环节组成。
图8-2给水扰动下的动态特性
c、蒸汽流量扰动下的动态特性
锅筒水位在蒸汽扰动下的动态特性
经拉氏变换后
………(4)
式中
蒸汽流量扰动下锅炉锅筒水位的阶跃反应曲线为
图8-3蒸汽流量扰动下水位的反应曲线
图8-3中h1——只考虑物质不平衡,即蒸汽流量大于给水流量引起的锅筒水位的直线下降
h2——只考虑蒸汽流量增加及其引起的压力降低使蒸发面以下的汽泡容积增加导致锅筒水位上升。
h——锅筒实际水位变化
可见,由于蒸汽量增加,锅筒水位在开始一段时间内,不但没有降低反而升高(这也叫“虚假水位”现象,是汽泡容积变化所引起的),当汽水混合物中汽泡容积与负荷相适应达到稳定后,水位才反映出物质的不平衡,水位开始下降。
d、燃料量扰动下的动态特性
锅筒水位在燃料量扰动下的动态特性为
经拉氏变换
在燃料量作用下锅筒水位的传递函数为
………(5)
图8-4燃料扰动下水位的阶跃反映曲线
h1——只考虑物质不平衡,即燃料量增加给水量不变,从而使蒸发量大于给水量,使水位直线下降
h2——只考虑由燃料量增加引起蒸汽流量的增加,由蒸发面以下汽泡容积增加导致锅筒水位上升
可见由于燃料增加使蒸发量增加,锅筒水位在开始一段时间内,不但没有降低,反而上升这也是由于汽泡容积增加而引起的“虚假水位”现象。
当汽水混合物中汽泡容积与负荷相适应,达到平衡后,水位才反映出物质不平衡,水位开始下降。
由图8-3、4可见,燃料量扰动下的锅筒水位的阶跃反应曲线和蒸汽量扰动下锅筒水位的阶跃反应曲线是相类似的,只不过燃料量扰动下,锅筒水位的阶跃曲线的迟延时间更长一些水位达到最高点所需的时间为3-4min。
另外所造成的“虚假水位”的幅度也小一些(由于压力提高)下面简单介绍一下三冲量给水流量调节系统:
现代大容量蒸汽锅炉相对水容很小,易受“虚假水位”的影响,引起水位严重波动,另外,一旦由于给水中断,可能在10s-30s内就会出现危险水位,就是在给水量和蒸发量不相适应的情况下,也将很快出现缺水和满水事故。
几台锅炉并列运行时,极易发生水位调节的互相干扰,当某一台锅炉负荷和给水流量改变时,引起给水母管压力变动,而使其他锅炉的给水量受到扰动。
常用的三冲量给水自动调节有单级三冲量给水自动调节系统和串级三冲量给水调节系统两种。
下图即为单级三冲量调节系统和串级三冲量调节系统。
对于负荷变化较频繁的锅炉,可以采用给水流量信号加惯性的三冲量给水调节系统,在给水流量信号分流器前串一个惯性环节,当负荷变化时,由于给水流量反馈信号有惯性,因此给水流量的变化就比较大,即对给水流量有一个加强的调节作用。
例如当负荷增加时,由于给水流量反馈信号有惯性,而使给水流量立即增加得很多,这对减少“虚假水位”信号引起的反向调节作用是有好处的,使整个调节过程时间缩短,但这种系统,当负荷变化或水位变化时,由于调节动作的加强,使调节过程中给水流量波动的幅度较大。
该系统对给水量自发性扰动的消除也比较慢。
图8-6串级给水调节系统
图8-5单级给水调节系统
对于带冲击负荷而且负荷变化又频繁的锅炉,为避免水位大幅度波动和缩短调节过程时间,可以采用带蒸汽流量负微分前馈信息,给水流量加惯性的三冲量调节系统,蒸汽流量负微分前馈信号,由开方器后引出和分流器并列引入调节器,引入这个信号后,由于这个信号的作用方向和蒸汽流量信号的作用方向相反,当蒸汽流量增加时,这个负微分信号是暂时的减少给水流量,而不象蒸汽流量信号那样增加给水流量,这样减少了由于“虚假水位”现象所引起的水位动态偏差。
应该着重说明一点,虽然理论上液力偶合器的调速范围就是传动比i=0.2~0.98范围内,但运行经验表明,低负荷时因偶合器中充油量太少而工作不正常,也容易造成偶合器发热,所以在i<
0.4时,通常采用给水调节阀来调节给水流量,在负荷较高时才采用改变调速泵转速来调节给水流量。
第三节泵组控制系统简述
一、主给水泵转速控制系统
调速水泵转速调节的作用是实现锅炉运行中给水流量的控制,以适应锅炉负荷的需要。
以前在125MW火电机组中,广泛采和二段给水调节方式,根据给水调节阀两端的压差来调节水泵的转速,以保持给水调节阀两端的压差为一个恒定值(1.0MPa左右),为使调节器及时跟上负荷的需要,可对调节器输入一个给水流量的微分作用信号,其SAMA如下:
在上述的二段调节系统中,给水调节阀和液力偶合器的勺管是两个相互串联的环节,它们之间相互影响相互干扰,给水调节阀门开度变化时,既改变了给水流量,又改变了调节阀两端的压差,液力偶合器的勺管位置变化时,主给水泵转速改变,给水流量和调节阀两端压差均有变化,这给调节系统的整定和稳定工作带来较大的困难;
其次,低负荷下,调节阀两端仍存在相当大的节流损失,不能很明显体现出使用调速泵的优点,另外,给水管路较为复杂,控制操作麻烦。
目前,偶合器的传动比i=0.2~0.98,实践证明当i<
0.4时不足取;
当i=0.4~0.7时宜采用手动操作调节;
i>
0.7时投入自动调节机构。
二、泵组再循环流量控制系统(又称主给水泵最小流量控制系统)
该系统的主要目的是在给水泵启动过程中维持主给水泵具有允许的最小流量通过,以保证其安全性。
给水流量用孔板(装在前置泵与主泵连接管道上)测量出压差,该压差与给水流量的平方成正比,通过流量变送器(如Rosement公司的1151系列1151DP流量变送器)将其转换成4~20mA直流信号,送到流量控制器内。
该流量控制器的作用就是:
在300MW机组中,当流量≤148m3/h时,再循环门全开,当流量>
148m3/h时逐步关小再循环门,并逐步开启主给水泵出口的主电动门,当流量达到325m3/h时再循环门全关,并全开主给水泵的出口主电动门,这样就能达到主给水泵安全运行而又节能;
在给泵停机时,其控制过程中的动作相反,目前这一控制的技术条件由上海电力修造总厂提出,由各个工程设计者提出主设要求和选定适用仪表系统;
在200MW机组中给水泵的最小流量控制采用开关控制,即流量大于325m3/h时,再循环门关闭,主电动门开启;
流量小于148m3/h时再循环门开启。
300MW机组的最小流量的控制可以采用气动基地式调节器进行连续控制。
三、泵组密封水差压控制系统
密封水差压调节是泵组安全运行非常重要的调节项目,现在300MW机组的主给水泵常采用基地式气动调节仪表,根据轴封差压的大小由调节器输出一个控制信号去改变密封水调节阀的开度,及时调整密封水的流量,以维持泵在转动过程中有良好的密封状态。
实际上,WEIR泵对密封水差压的要求并不高,只要保证有一定的压差(即有一定的流量通过)就能保证主给水泵的安全运行。
而密封水的回水温度往往更能反映出主给水泵轴封工作是否好,即能根据密封水的回水温度的升高情况确定轴封是否已经失去。
所以我们常用密封水压力低加密封水回水温度高用作停泵保护信号。
四、主给水泵启停控制系统
五、泵组辅助润滑油泵启/停控制系统
第四节泵组检测、报警及保护系统简介
一、泵组检测
众所周知,火电机组汽/电给水泵组由主给水泵、电机、偶合器、前置泵、小汽机及管道附件和控制仪表组成若干个工艺系统,这些工艺系统各司其职、确保泵组任务的完成。
(如泵组给水系统及冷却系统,暖泵机系统、密封水系统、工作油系统、润滑油系统和仪表控制系统等等),泵组的仪表控制系统其功能是实时检测出运行泵组的各个工艺参数供机组操作人员观察监视之用;
若泵组在运行中,出现工况不正常和某些参数不正常,该仪表控制系统会立即告诉运行人员、以警告的方式(光、声)督促运行人员加强警惕,小心操作,防止运行工况进一步恶化;
若设备故障严重,泵组运行人员将会接到从泵组仪表控制系统那里发出的信息和停机通知,并自动强行停运。
下图即为125MW电机组调速给水泵仪表测点布置和流程控制图
从图上可看到,一台125MW火电机组,共有2套电动给水泵组,这二套电动给水泵组为2台全容量的泵组,它们互为热备用,确保125MW机组给水流量的充裕供应。
从上图亦可以看到,每套125MW机组给水泵组的仪表测点为:
前置泵进口给水压力,前置泵出口进水压力,主给水泵出口给水压力,主给水泵进口给水压力,工作油冷油器冷却水进出口压力,润滑油压力,轴封水压力,轴封水压差,前置泵进口滤网前后压差,主给水泵入口滤网压差,密封水滤网前后压差,润滑油过滤器(双筒式)前后压差,前置泵轴承温度,主泵轴承温度,偶合器轴承温度,主电动机轴承温度,主电机定子绕组温度,电机内空气温度,给水温度,工作油冷油器前后工作油温,润滑油冷油器前后润滑油温度,工业水进水温度;
前置泵出口给水流量;
主给水泵转速;
主给水泵轴向位移等。
下图为300MW火电机组汽/电给水泵组电泵组的仪表操作控制图。
显然,300MW火电机组汽/电给水泵组的测点与125MW机组的测点基本类同。
二、泵组报警
根据给水泵组的技术规范及工程设计要求,125MW~200MW~300MW机组给水泵组(包括主给水泵、电机、偶合器、前置泵、管道及上述的各功能系统)的报警项目如下:
125MW机组给水泵组:
轴承温度:
≥75℃
润滑油压力:
≤0.08MPa
密封水压差:
≤0.035MPa
密封水母管压力低≤1.35MPa
给水泵母管给水压低≤14MPa
滤网两端压差大≥0.06MPa(前置泵入口、主泵入口、密封水滤网)
油过滤器两端差压≥0.06MPa
200MW机组给水泵组
前置泵径向轴承温度≥75℃
前置泵推力轴承温度≥90℃
主电机径向轴承温度≥75℃
主给水泵径向轴承温度≥75℃
主给水泵推力轴承温度≥90℃
主电动机定子绕组温度≥140℃
偶合器轴承温度≥90℃
工作油冷油器出口温度≥75℃
工作油冷油器进口温度≥110℃
主电动机内空气温度≥50℃
润滑油冷油器进口温度≥65℃(进口≥70℃)
润滑油冷油器出口温度≥55℃
润滑油过滤器两端压差>
0.06MPa
前置泵进口滤网差压≥0.06MPa
主泵进口滤网差压≥0.06MPa
密封水滤网差压≥0.06MPa
前置泵出口压力低≤1.1MPa
润滑油母管压力低≤0.08MPa
300MW机组给水泵组
给水泵进口给水压力低<
1.40MPa
前置泵轴承温度高>
95℃
主给水泵径向轴承温度高≥75℃/90℃
主给水泵推力轴承温度高>
80℃/95℃
偶合器推力轴承温度高≥90℃/95℃
偶合器径向轴承温度高≥90℃/95℃
电机轴承温度高≥80℃/90℃
前置泵侧电机轴承温度高≥95℃
电机绕组温度高≥120℃/130℃
电机内空气温度高≥55℃
工作油冷油器进口温度高≥110℃
工作油冷油器出口温度高≥75℃
润滑油冷油器进口油度高≥65℃
润滑油冷油器出口油温高≥55℃
润滑油压低≤0.1MPa
润滑油过滤器差压≥0.06MPa
给水泵进口给水压低≤1.4MPa延时30秒报警
(汽泵热备用时,该项应取消)
给水泵反转;
泵组密封水差压小≤0.035MPa
三、泵组保护和联锁
根据给水泵组的技术规范及工程设计要求,125MW~200MW~300MW机组给水泵组(包括主给水泵、电机、偶合器、前置泵、管道及上述的各功能系统)的保护和联锁项目如下:
125MW机组给水泵组
1.主给水泵启动联锁
润滑油压力(>
0.15MPa)
润滑油温度正常
工作油温度正常
轴封水压力正常
主给水泵上、下壁温度差值正常
主给水泵壁温平均值与给水温度之差≤25℃
2.主给水泵停泵联锁保护
润滑油压力极低≤0.08MPa
润滑油温度极高≥70℃
工作油冷油器进口油温≥130℃
轴封水差压极低≤0.015MPa
泵组任何一点轴承温度高(≥85℃)
1.启动联锁
只有当润滑油压力≥0.15MPa,同时所有轴承经过一段时间的润滑后才能启动电机
只有当电机启动后,待主油泵工作以后,才能停辅助润滑油泵
当由于故障,润滑油压力下降到大约0.1MPa时就要启动辅助润滑油泵
2.主给水泵的运行危急报警(停泵紧急指导)和主电机跳闸
前置泵径向轴承温度≥90℃
前置泵推力轴承温度≥95℃
主电机两端径向轴承温度≥90℃
主给水泵两端径向轴承温度≥90℃
主给水泵推力轴承温度≥95℃
主电机定子绕组温度≥130℃
偶合器轴承温度≥95℃
工作油冷油器进口油温≥130℃(易熔塞≥160℃)
主电机内空气温度≥55℃
泵组再循环门故障
泵组润滑压力≤0.08MPa
1.泵组启动条件
前置泵进口阀全开
再循环阀全开
密封水压力大于卸荷水压力0.1MPa
润滑油压力≥0.15MPa
给水泵进口压力(汽泵)≥1.4MPa
除氧器水箱水位正常
2.泵组跳闸条件
工作油冷油器进口油温≥130℃;
润滑油压力≤0.08MPa;
主给水泵进口给水压力≤1.25MPa延时超过30秒
(当汽泵处于热备用时,该项目自动取消);
当最小流量控制器发出打开再循环门命令后10秒钟,再循环门拒绝执行命令;
当泵组密封水差压≤0.015MPa,同时又出现密封水回水温度≥90℃时;
第五节泵组仪表性能介绍及其在安装调试过程中的注意事项
一、压力仪表
1.弹簧管压力表
目前,泵组放置在现场的压力测量元件是弹簧管,并组成弹簧管式压力表,它是根据弹性元件受压后产生的形变与压力有确定关系的原理制成的,它的主要技术数据为:
型号:
Y—100、Y—100T、Y—150、YXC—150
数据:
测量范围:
最小测量范围0—10-4MPa
最大测量范围0—103MPa
自振频率:
102~103Hz
输出特性如下图所示:
精度:
1.5级
外形尺寸:
Ø
100×
45/Ø
150×
51
连接尺寸:
M20×
1.5
YXC—150型号的压力表为磁助电接点压力表,由于具有磁助作用的电接点
装置,故具有动作稳定可靠,使用寿命长和接点容量较大的优点,在泵组中根据用户和设计院要求得到了采用。
它的主要技术参数如下:
0~60MPa各种系列
最高工作电压和触头功率:
200VDC或380VAC;
30W
控制方式:
上、下限缓行磁助接点开关;
使用环境条件:
-40℃~+70℃,相对湿度<
85%
导压系统材料:
接头ZHPb59—1
弹簧管QSn4—0.4
外形尺寸和接口:
86M20×
缺点:
接点小、容易烧毛而失灵
2.压力开关
如前所述,当泵组中的压力参量超过或降低到某一个确定的量值时,泵组仪表控制系统能产生一个逻辑(开关量)信号,实现报警、联锁和停泵控制功能。
这一作用,是通过远东仪表厂的D型压力开关完成的。
D型压力开关的测压元件有膜片式传感器和波纹管传感器之分。
适用于中性液体(水、液压油、润滑油等)介质
给水泵组选用的D500、D502的技术数据如下:
设定值调节范围:
0.05~25bar
切换差:
不可调
最大允许压力:
150bar/40bar/50bar
接口:
G1/4
技术特点:
控制灵敏度高,使用寿命长、调整方便
触点寿命=1×
108,触点带银,容量(通断电流)220VAC,15A
安装注意事项:
(1)安装及卸除时,要注意保持膜片或波纹管的相对位置。
(2)运输过程中要避免不允许的振动和冲击。
3.电容式压差(流量)变送器(1151型)
1151型差压变送器,以测压弹簧膜片为电容器的可动极板,它与固定极板之间形成一个可变电容,随着被测压力变化,膜片产生位移,使电容器的可动板与固定极板之间的距度改变,从而改变了电容器的电容量,这样就完成了压力信号与电容量之间的变换
E.V——膜片材料的弹性模量(牛顿/米2)和泊桑系数
b——膜片厚度
(1)差压开关
泵组的差压开关,用于滤网、过滤器的两端高低状态指示及给出报警它的受压元件是波纹管,选用D型差压开关(上海远东仪表厂产品),它可用于水、油管介质中差压设定的范围是0.1~16bar系列,切换差不可调,最大工作压力是0.5~16bar和1~25bar2种,最大允许压力是20bar和30bar,传感器(波纹管)材料不锈钢,外壳是黄铜,接口是G1/4″,介质温度是0—120℃,开关元件温度是-30℃~+50℃,微动开关为带银触点接点容量是220VAC/15A。
二、温度仪表
给水泵温度仪表有热电阻,双金属温度计和压力式温度计等。
1.泵组的热电阻Pt100有WZPK2—236S、WZPM—201Ø
6—WZPK—175通用型热电阻,有WZPM—201(Ø
3.2),WZPM2—018,WZPM2—231等非标专用热电阻,它们的特点是准确度高,稳定性好,性能可靠,这是因为铂在氧化性的环境中,甚至在高温下的物理、化学性质都很稳定,所以在1968年国际实用温标(IPTS—68)中规定,在-259.34~630.74℃温域内以铂电阻温度计作为标准仪表,但铂电阻在还原性环境中,特别是在高温下很容易被还原性气体污染,使铂丝变脆,并改变其电阻与温度之间的关系,因此必须用保护套管把电阻体与有害气体隔离开来。
铂的纯度以比值R100/R0来表示,对于一般工程上常用的铂电阻,其R100/R0值为1.391(比值越大,表示纯度越高),对于R0=100,精度1级的Pt100,R100/R0=1.3910±
0.0007R0允许的误差为±
0.05%;
精度Ⅱ级的Pt100,R100/R0=1.3910±
0.001,R0的允许误差为±
0.1%。
铂电阻体是用很细的铂丝(0.03~0.07mm)绕在云母、石英或陶瓷支架上做成的,这些材料的体膨胀系数小,绝缘性能好,耐高温,并有一定的
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