摘要：在进行火力发电电力生产中，汽包锅炉两侧水位偏差很可能会导致安全隐患。火力发电厂中汽包水位需要保持正常的水位才能安全、经济的运行。所以，准确的测量水位、进而更好的控制水位在允许范围内变化，对于保证安全，提高经济效益具有重要意义。
关键词：汽包水位测量；就地偏差；原因；分析
1前言
保持汽包水位正常是锅炉安全运行的必要条件。本文提出串级三冲量控制方式，将锅炉汽包水位作为主调节信号，蒸汽流量作为前馈信号，给水流量作为反馈调节信号，这种控制方式能够有效的克服内外扰动对汽包水位的影响，从而加强了对汽包水位的控制。利用Simulink分别在设定值及在干扰作用下对控制系统进行仿真
2锅炉汽包工作原理
锅炉由给水管路、省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热蒸汽及主再热蒸汽管路等组成。其主要任务是使水吸热、蒸发，最后变成有一定参数的过热蒸汽。从给水管路来的水经过给水阀进入省煤器，加热到接近饱和温度，进入汽包，经过下降管进入水冷壁，吸收蒸发热量，在回到汽包。经过汽水分离以后，蒸汽进入过热器，水在进入水冷壁进行加热。进入过热器的蒸汽吸收热量，使其具有一定温度和压力，过热蒸汽在进入主蒸汽管，然后进入汽轮机高压缸做功。蒸汽从高压缸做完工后，经再热蒸汽管冷段，进入锅炉再热器加热至额定温度后，经再热蒸汽热段，进入汽轮机中缸、低压缸继续做功。
给水流量对水位的影响。把汽包和给水看作单容无自衡对象，水位响应曲线应为一条直线。由于给水温度相对于汽包内饱和水的温度低，所以给水量发生变化后，汽包内气泡的含量变少，从而导致水位下降。即当突然增加给水量后，汽包水位刚开始并不增大而是要缓冲一下在增大。
在蒸汽流量扰动下，水位响应曲线如图3所示。从图中可以看出，在燃烧不改变的条件下，蒸汽用量突然增加，汽包的压力必然会瞬间下降[3]，汽包内水的沸腾会突然增加，水中的气泡迅速变多，从而使水位上升，形成了假的水位上升状况，即所谓“虚假水位”现象。
3锅炉汽包水位特点
3.1现代大型锅炉汽包内部长达20m左右，内部结构十分复杂
汽包横向布置于锅炉上前方，作为锅炉循环回路的一个储水箱，汽包内设有汽水分离装置、给水加药分配管、给水分配管和为了减少给水中的含盐量所需的排污管。汽包内部沿其整个长度方向设有圆周式隔板在其下半部分形成了环形空间。汽水混合物从炉膛水冷壁的上升管进入汽包的这些环形空间后再经过卧式汽水分离器。分离出来的蒸汽从分离器外侧的开孔出来后进入人字形干燥器。蒸汽中水分的最后分离是在蒸汽进入由W型h字组件组成的干燥装置中完成的。蒸汽仪较低的速度进入干燥器并在其中多次改变流动方向，使蒸汽中夹带的水分吸附在由人字形组件。组成的巨大的表面上，这些水膜在重力作用下排至汽包底部，而分离出来的蒸汽流进干燥箱后再通过汽包顶部的蒸汽管引出，并利用这些蒸汽管将蒸汽传至过热器。从蒸汽中分离出来的水下落至汽包水空间，再通过径向消涡装置进入下降管，再由下降管引至锅炉底部后分配到炉膛水冷壁中。
3.2汽包水位对象特性无论从静态和动态分析都十分复杂
造成远传水位计测量不准的原因主要有以下几点：
（1）参比水柱温度的变化，如果参比水柱的设定温度值为40℃，当其达到80℃时，其水位测量附正误差33.2mm；当参比水柱温度达到130℃时，其水位测量附加正误差高达108mm。由此可见，汽包压力和参比水柱温度对差压信号的相对误差的影响都是不可忽略的。
（2）平衡容器的温度及正负压侧喇叭口角度的变化。正常情况下正压侧从汽包引出后应该向上倾斜，负压侧从汽包引出后应该向下倾斜，保持100:1的比例，当正压侧取样管向下耷拉时，会导致平衡容器的温度下降，导致其中水的密度变大，参比水柱的密度变大，差压变大，测量偏低。
（3）冬季伴热带的影响。冬季伴热带投运后，因为伴热带的敷设走向及发热量不同等原因导致的正压测测量管路和负压侧测量管路温度不同而导致的水密度变化，从而引起测量误差的产生。双色水位计是基于联通管式原理的水位计，它是由云母水位计发展而来的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆云母水位计只能就地监视，且汽水界面不清晰，而双色水位计改进了云母水位计结构，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，并可利用工业摄像系统等方式远传显示。用于超高压及以上锅炉的双色水位计，考虑其强度，窗口玻璃不做成长条形，而是沿水位计高度上开若干个圆形窗口，称为多窗式双色水位计，其缺点是小窗之间的一段是水位显示的盲区。
3.3水位测量原理
（1）对变送器输入信号引入压力补偿。（目前，基本所有300MW电厂均采用此种方法）。（2）改进平衡容器的结构，消除误差。（豫新电厂#1测点即改造成内置式，误差降低、抗扰动能力增强，仍需补偿。）
在改造过程中落实了汽包水位以汽包中心线以下50mm为额定零水位的运行要求。各水位测量系统按照实际测量的量程和位置高度设定有关参数，并对各DCS模块参数分别设定。
（2）云母式水位计
是基于联通管式原理，辅以光学系统，利用光从空气进入蒸汽或水产生不同的折射，使汽水界面显示成红、绿两色的分界面，显示清晰，利用工业电视远传显示。由光源发出的红、绿光，射向水位计本体液腔。在腔内汽相部分，红光射向正前方，而绿光斜射到壁上被吸收。而在腔内液相部分，由于水的折射使绿光射向正前方，而红光斜射到壁上。因此在正前方观察，显示汽红水绿。
4水位测量系统维护中出现一些问题和注意事项
（1）汽包水位测量装置应定期利用停炉机会根据汽包内水痕迹或其他有效的方法核对水位表（计）的零位值。锅炉启动时应以电极式汽包水位测量装置为主要监视仪表；锅炉正常运行中应经常核对各个汽包水位测量装置间的示值偏差，当偏差超过30mm时应尽快找出原因，进行消除。
（2）管路应敷设在环境温度为5℃～50℃的范围内，否则应有防冻或隔热措施。水位测量管路不应靠近热表面，其正、负压管的环境温度应一致。因为水位测量差压较小，如果测量管路靠近热表面，或两根差压管受环境温度影响不一致，会引起正、负压管内水柱有温度差，使密度不一样而产生测量误差。特别是其中一根管离介质流动的热管路过近时，将使正、负压测量管内介质密度所引起的差压值大于测量的差压值，而无法进行测量。在冬季应该提前检修伴热带、保温柜以及管路保温情况，及时修复。豫新电厂就出现过因为管路上冻，造成水位波动大的情况。
（3）由于汽包水位测量系统使用的阀门多为高压截止阀，其阀门结构特点是低进高出，阀门进、出水口不在同一个水平面上，为防止仪表取样发生“汽塞”或“水塞”，所以在安装水位测量装置取样阀门时，应使阀门阀杆处于水平位置，且应良好保温。
（4）在进行水位变送器校验时，一定要注意保证参比水柱不能流失，如果水柱流失，则需要在启动锅炉时应结合汽包上水对平衡容器进行上水，否则会造成水位变送器无法测量。笔者在某电厂1000MW机组检修时，在对除氧器水位变送器校验时，因为将参比水柱流失，造成启动时水位无法监视，只能由值班人员通过就地水位计观测，后来经过多次对平衡容器倒灌，水位变送器才恢复使用。
（5）水位变送器排污门泄漏，也是造成水位偏高（负压侧漏）或偏低（正压侧漏）的主要原因。出现此种情况之后，可以通过短暂排污再迅速关排污门的方法，如果排污门里有杂质，通过此种方法可以消除泄漏。否则只能加装或更换排污门。
5结束语
综上所述，随着信息技术和远程控制技术的快速发展，水位朝着更加智能的方向发展。给水自动调节的目的是使给水适应蒸发量，汽包水位维持在±50mm范围内。随着锅炉容量的增加，汽包水位变化的速度也越来越快，增加了给水自动调节的复杂性。常用的三冲量给水调节系统。该系统中，调节器接受汽包水位、蒸发量和给水量三个信号。调节系统中，汽包水位是主信号，任何扰动引起的水位变化都将使调节器动作，改变给水电动调节阀的开度，以维持汽包水位在正常值。
参考文献
[1]董国栋,吴宏翔.汽包锅炉就地水位计测量准确性研究[J].水能经济,2015(7):31-31.
[2]郭建文.循环流化床锅炉汽包水位测量中的问题分析与改进[J].化工自动化及仪表,2015(5):585-588.
[3]徐宁,陈骏佳,叶权圣,等.糖厂锅炉汽包水位三冲量控制方案探讨[C]//糖业科技与发展高峰论坛.2015.
论文作者:王延坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：汽包论文; 水位论文; 蒸汽论文; 水位计论文; 测量论文; 锅炉论文; 水柱论文; 《电力设备》2017年第14期论文;