（红塔集团楚雄烟厂动力车间；云南阳光基业能源管控技术股份有限公司 云南昆明 650000）
关键词：连排及定排总量、软测量、在线标定、水汽平衡方程
摘要：连排和定排量的准确把握，是锅炉汽水操作管理的关键所在。而连排量为汽液两相，难于实现测量。本文试图基于汽水平衡关系，将连排量和定排量合为一个总量，通过工艺操作和计量检测相结合的方式，借助DCS/PLC强大的信号采集及运算功能，提出连排和定排总量软测量的方法，为工艺操作提供一种实时的关键的操作参数。
0引言
锅炉水汽系统操作中一个重要环节为通过对定期排污和连续排污的控制，保证炉水低盐、少渣、锅筒及列管不结垢，最终实现少耗软水、多产蒸汽。为实现此目标，必须对连排和定排量准确把握。而目前对连排量的直接测量的方法，由于两相混合物特点，往往难于实现；定排的在线计量也不现实。通过对实际工艺操作分析，我们认为从对炉水盐碱指标控制来说，没有必要区分出连排和定排量各自大小，完全可以把两者归结为一个排污总量来考虑，并试图通过工艺操作和计量检测相结合的方式，提出连排和定排总量软测量的方法。
1连排和定排总量的软测量
目前，10t/h以上锅炉普遍采用了DCS/PLC控制系统，给水、蒸汽也配备流量检测装置，通过控制系统强大的数据采集及计算功能，可间接计算出连排和定排总量，我们称之为连排及定排总量的软测量。
为能说明连排及定排总量的软测量的可行性，需要对锅炉汽水系统进行分析
2工艺说明
锅炉水汽系统以上图燃煤锅炉工艺为例叙述如下：通常原水经水处理装置脱除重离子后变成软水，再经除氧器除去水中的溶解氧，由给水泵加压后，一路作为主给水，一路经过面式减温器后，在省煤器前和主给水混合一起打入锅筒。锅筒蒸发出来的饱和蒸汽经过热器后形成过热蒸汽，由面式减温器降温后得到工艺上需要温度的过热蒸汽。此外，锅炉需定期排放炉水中的水渣和污垢，以及连续排放炉水以防止含盐量过高造成蒸汽共藤，影响蒸汽品质和锅炉安全。
上图中，除画出了大概的工艺和设备情况，还标出了相应的计量测点：集水箱液位LI102、除氧器液位LI100、主给水流量F100、面式减温水流量F102、锅炉系统蒸汽自用量F103、蒸汽供出量F101。这些测点可通过4～20mA信号或通讯方式接入DCS/PLC控制系统中。通过DCS/PLC控制系统强大采集运算功能，完全可以实现蒸汽密度计算，给水流量和蒸汽产量标定修正，以及定排和连排总量、排污率和汽水比的求取。
0.1.水汽平衡方程
如图所示锅炉汽水系统，可以建立如下水汽平衡方程：
F102+ F100 = F101 + F103 + FQ （1）
其中，F102—面式减温水流量（t/h）
F100—主给水流量（t/h）
F101—锅炉系统送出蒸汽量（t/h）
F103—锅炉系统蒸汽自用量（t/h）
FQ—连排及定排总量（t/h）
由于加药量总量较小，水汽平衡方程中未列出此项。
3给水流量的在线标定
大家都知道，即便流量计在出厂时做过标定，考虑到现场安装因素，如果能够对仪表实施在线标定，将对仪表实际测量误差进行更好的纠正。结合锅炉水汽系统实际条件，对主给水流量F100和面式减温水的流量F102采进行实物标定是可行的。如上图所示，在生产间歇或检修期间，利用除氧水箱固定体积的水，通过对主给水和面式减温水分别进水的方式，来标定这两台流量计。也可以仅通过面式减温水管进水，首先标定面式减温水流量F102，标定好面式减温水流量F102后，再同时通过主给水和面式减温水向锅炉打入固定体积的水，然后减去面式减温水流量F102的累积量，就可对主给水流量F100进行标定。这里需要注意的是从除氧水箱打出去的固定体积的水，需要查阅除氧水箱设备尺寸及参考除氧水箱上玻璃管液位计（以及电子液位计），同时，除氧箱内事先已对打入的软水进行了除氧处理，测试过程中不再通入蒸汽，以保证打出去的水是固定准确的。测试过程中记录相关数值，确定误差后，对流量计进行修正。
在日常生产中，我们亦可以采用外夹便携式超声波流量计对主给水流量F100和面式减温水的流量F102作实时比较，尽管外夹便携式超声波流量计精度较低，但有助于我们及时发现问题。
4蒸汽流量在线标定
锅炉水汽系统在连排阀门完全关掉，定排不打开，同时锅筒引出系统自用蒸汽阀门也关掉的情况下，可以连续运行几个小时，这就从工艺上为蒸汽在线标定提供了现实的条件。
蒸汽流量计的在线标定需给水流量计在线标定完后进行，也即我们是通过进水量来标定蒸汽供出量。理论上，主给水总流量F100与面式减温给水流量F102之和应该和蒸汽供出量F101相等。但实际上，即便蒸汽计量准确，用蒸汽供出量累计值减去总给水累计值得到一个很小的差值δ1，它反映的是锅炉汽水系统整体误差（其中包含给水流量、蒸汽输出量计量仪表的误差等）。相对误差如（5）式计算而得。
δ1 = |F100 + F102- F101| （2）
ρ3=δ1 /（F100+F102） （3）
由于锅炉汽包水位变化，短时间内δ1数值会较大，但随着这种封闭产汽的过程时间的加长，这个差值δ1将越来越小，并趋近于一个固定的数值，也即ρ3将趋近于0。反之，如果此差值没趋近一个很小的数值，那么说明蒸汽供出量F101仪表测量不准确，需要核实该流量计、相关温度计、压力表测量、补偿运算是否正确，必要时进行相应的校正。
对于锅炉系统自用蒸汽量F103，由于是较小用汽量，可不作为主要矛盾来分析，可凭经验判断其测量是否准确。当然也可以在校正了蒸汽供出量F101后，在其它阀门仍关闭情况下，仅将锅筒引出自用蒸汽阀门打开到正常开度时，在相同的时间段内，利用如下公式：
E = F100 + F102- F101-δ1 （4）
就可以对比F103上实际测量值和E的大小。
蒸汽产量可通过后级蒸汽计量来验证准确性。
5连排及定排总量的软测量
在对给水流量仪表、蒸汽计量仪表先做离线，再完成在线标定后，我们就可以认为这些计量仪表是达到计量技术要求的。
通过水汽平衡方程式（1），可以计算出连排及定排总量FQ的大小：
FQ = F101 + F103 - F102- F100 （5）
通过此方程式，也可计算出排污率ρ1，即排污总量占蒸汽量的百分比。
ρ1=（F101 + F103 - F102- F100）/（F101+F103） （6）
6测量误差分析
这里需要说明的是如此方法测出的连排及定排总量FQ误差包含有主给水总流量F100、面式减温给水流量F102、蒸汽供出量F101、锅炉系统自用蒸汽量F103测量综合误差。误差计算如下：
|ΔFQ|<|ΔF100|+|ΔF102|+|ΔF101|+|ΔF103| （7）
其中，ΔFQ为连排及定排总量FQ的测量最大误差
ΔF100为主给水总流量F100的测量最大误差
ΔF102为面式减温给水流量F102的测量最大误差
ΔF101为蒸汽供出量F101的测量最大误差
ΔF103为锅炉系统自用蒸汽量F103的测量最大误差
由（7）式可见，影响连排及定排总量计量准确度的因素包括给水计量精度、蒸汽计量精度、蒸汽温压补偿方法的精度（拟合公式选择或查表粒度）、蒸汽补偿用的温度、压力计量的精度、当地大气压数值准确性。
考虑到这些影响因素，为保证定排和连排总量的准确测量，必须做好如下工作：蒸汽量测量使用温度压力值，并通过相应的拟合公式或查表法求取密度后乘以体积流量后获得；压力值和温度值一定要测量准确；定期对温度、压力、流量计量仪表进行离线检定；自控技术人员和工艺技术人员需密切配合，定期对锅炉给水量计量仪表、锅炉出口及自用蒸汽计量仪表进行在线标定。
7结论
本文中所提出的定排和连排总量的软测量方法，为自控工程技术人员和工艺操作人员根据生产实际共同提出，并在红塔烟草（集团）有限责任公司楚雄卷烟厂1台35t/h锅炉和1台20吨锅炉上实际采用。通过打开和关闭连排两种生产状况下，给水流量和蒸汽流量测量数据对比，验证了汽水平衡关系是真实存在，修正了仪表在线计量精度，为生产操作人员提供了真实可靠地数据。因此我们认为，实现连排及定排总量软测量方法是可行的，实用的。
同时，连排及定排总量的可测定，将为我们改善锅炉运行管理，提高运行效率，节能降耗具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]徐庆新.完善锅炉连续排污控制与节能增效.1004-8774（2007）02-48-04
[2]李元章. 用科学方法控制锅炉表面连续排污量.1001-1617（1999）（18）02-50-04
[3]钱伟长.应用数学.合肥：安徽科学技术出版社. 1993.115
论文作者:杨光生,吴贵昌,孙单辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/29
标签：蒸汽论文; 锅炉论文; 测量论文; 流量论文; 总量论文; 在线论文; 误差论文; 《电力设备》2017年第21期论文;