企业培训_电力行业锅炉监检师培训资料

电力行业锅炉监 检师培训资料 热工部分 中电联锅监工程师和锅炉压力容器检验师考核委员会 华东电力试验研究院热工专业编写2006 10 高天云 第一章热工测量 第三章热工保护 附录 相关标准及规程介绍 第二章热工自动 目录 第四章超超临界机组控制技术 说明 本教材编制依据 根据中电联锅监 锅检师考核委员会组织编制 本教材由中电联锅监 锅检师考核委员会提出并归口 本教材归口 华东电力试验研究院高天云 本教材负责编制单位及编制人 测量用仪器仪表作为信息采集 处理和控制的手段和设备 是工业生产的 倍增器 科学研究的 先行官 军事上的 战斗力 国民活动中的 物化法官 发达国家已把发展现代仪器仪表列为一项重要的战略措施 例如日本科学技术厅把测量传感器技术作为本世纪首位发展的技术 欧共体则将测量和检测技术列为15个专项之一 美国则更是投入大量的人力物力开发新的测量控制仪器仪表 提高其在军事及科学技术领域领先地位 概述 第一章热工测量技术及应用第一节计量及 计量法 1 计量的概念及基本特征 计量是实现单位统一 量值准确可靠的活动 凡是以实现计量单位统一和测量准确可靠为目的的科学技术 法制 管理等活动都属于计量的范畴 计量是技术和管理的结合体 计量的技术行为通过准确的测量来体现 计量的监督行为通过实施法制管理来实现 特性是 统一性 准确性 社会性 法制性 2 我国计量的发展 1 我国计量的发展史在原始社会末期就有了度量衡 秦统一中国后 即颁诏书以法律的形式统一了全国的度量衡制度 旧中国 各种旧 杂制并存 而且英 公制等都在使用 没有统一的计量制度 1959年国务院发布了 关于统一计量制度的命令 77年国务院批准了 中华人民共和国计量管理条例 试行 81年国务院批准了 中华人民共和国计量单位名称与符号方案 试行 1984年2月27日又颁布了 关于在我国统一实行法定计量单位的命令 1985年9月6日全国人大通过了第一部 中华人民共和国计量法 国家主席令颁布 并于1986年7月1日起实施 计量立法的宗旨是为了加强计量监督管理 保障国家计量单位制的统一和量值的准确可靠 促进生产 贸易和科学技术的发展 适应社会主义现代化建设的需要 维护国家 法人和公民的利益 3 计量器具及分类 计量器具就是能用以直接或间接测出被测对象值的装置 仪器仪表 量具和用于统一量值的标准物质 他包括 1 计量基准 器具 计量基准器具具有最高的计量学特性 其值不必参考相同量的其他标准 被指定的或普遍承认的测量标准 计量基准有以下二类 1 国际 计量 基准 2 国家 计量 基准2 计量标准 器具 计量标准 器具 是指为了定义 实现 保存或复现量的单位或一个或多个量值 用作参考的实物量具 测量仪器 参考物质或测量系统 计量标准按照其性质来分有 次级标准 参考标准 工作标准 传递标准和搬运标准 4 计量单位 1 计量单位国际计量大会 CGPM 对很多单位符号有统一的规定 一般称国际符号 计量单位可分成以下几类 基本单位 在给定量制中基本量的计量单位为基本计量单位 国际通用的基本单位有七个 2 计量单位制为给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位称为计量单位制 简称单位制 由于基本单位选择的不同 就产生了如下各种不同的单位制 厘米 克 秒单位制 CGS制 它是选定长度以厘米 cm 质量用克 g 时间由秒 s 作为基本单位的单位制 米 千克 秒单位制 MKGS 工程单位制即米 公斤力 秒单位制 米 吨 秒单位制 MTS 绝对电磁单位制 CGSM 绝对实用单位制 MKSA 英制 美英制和国际单位制等 国际单位制 SI 七个基本单位被CGPM取名为 国际单位制 符号为 SI 3 我国法定计量单位的构成1984年2月27日 国务院发布了 关于在我国统一实行法定计量单位的命令 明确规定 我国计量单位一律采用 中华人民共和国法定计量单位 我国法定计量单位是以国际单位制为基础 同时选用一些符合我国国情的非国际单位制构成的 法定计量单位是指国家法律承认 具有法定地位的计量单位 5 计量器具的检定和校准 1 量值传递与溯源性量值传递 通过对计量器具的鉴定或校准 将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作计量器具 以保证对被测对象所测得的量值的准确和一致的这个过程称之为量值传递 溯源性是指量值溯源 这是对计量器具最基本的要求 利用计量器具进行测量必须是能与国家计量基准乃至国际计量基准建立量值溯源关系 如不能溯源到国家或国际计量基准 不管计量器具如何精密 测量的重复性如何好 这种测量就不可能准确 测量数据缺乏可比性 量值也无法统一 2 计量检定 1 计量检定 计量检定是指查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序 它包括检查 加标记和 或 出具检定证书 强制检定是由法定计量检定机构实行的定点定期检定 2 计量检定的依据计量检定必须按照国家计量检定系统表和计量检定规程进行 3 计量检定印 证计量检定印证是证明计量器具检定结论的印证或文件 3 计量校准 1 计量校准 计量校准是实现量值溯源的一条重要途径 2 计量校准的依据 计量校准应当按照计量校准规范和委托合同的要求进行 并向委托人出具校准报告 4 计量器具许可证制度 6 测量误差和测量不确定度 1 误差表示方法 1 绝对误差 2 相对误差 3 引用误差仪表以基本误差的百分数值 即无 号及 百分号 为准确度等级 实际工程上基本误差不是一般科学试验中的相对误差 而是满刻度 标度 误差 FS 如某仪表准确度 0 2 FS 表示满刻度误差为 0 2 准确度等级为0 2级 2 测量不确定度的概念 第二节温度的测量1 温度及温标 1 温度及温标温度是指从特定的标尺上测量出来的物体的冷热程度 温标是衡量物体温度高低的标尺 它是描述温度数值的统一表示方法 明确了温度单位 目前采用90国际温标 国际温标是经国际协议而采用的易于高精度复现 属于能接近热力学温标的一种在国际上通用的经验温标 ITS 90温标有热力学和摄氏温度两种 符号T90代表热力学温度 名称 开尔文 K t90表示摄氏温度 名称 摄氏度 换算公式为 我国目前采用的温标是1990年国际温标 其代号为ITS 90 它是目前国际上通用的温标 2 常用温度计及特性 1 1常用温度计及性能指标 1 热电偶测温原理热电偶的测温原理基于一种金属和另一种金属之间的热电现象 其理论基础是热电效应 当两种不同材料的金属导体A和B按右图组成闭合回路时 可得 它表示了热电偶的热电势与温度的关系 3 热电偶温度计 2 热电偶冷端温度处理常用的冷端补偿法有 热电势修正法 冷端恒温法 冷端温度补偿器法和补偿导线法 补偿导线法就是利用一种热电极性相同的廉价金属材料做导线 把热电偶的冷端延伸出来 如右图 3 热电偶的材料与结构对热电偶材料的要求 物理和化学性能稳定 热电势率大 热电势与温度之间呈线性关系 复现性好 价格便宜 常用热电偶分贵金属 廉金属 非金属和半导体等 按工业标准化情况可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类 前者工艺上比较成熟 能批量生产 性能稳定而良好并已列入国标 同一性能的热电偶互换性好 具有统一的分度号 标准化热电偶见下表 后者没有统一的分度表 无论从使用范围和数量上都不及标准热电偶 由于使用中因热端氧化 腐蚀 高温结晶等会引起热电特性变化而引起测量误差 因此必须定期校验 常用热电偶型号及特性 4 热电偶的应用普通插入式和嵌装式 安装注意 1 安装地点要选择在便于施工维护 不易受损伤 2 热电偶插入方向应与被测介质流向相逆或垂直 尽量避免与被测介质流向一致 3 热电偶露在设备外的部分要尽量短并应加保温层 以便减少热量损失和测量误差 4 用于测量金属壁温时 测量精度与热电偶工作端的贴合方式有关 升压过程中汽缸壁温上下温差不得超过50 5 N型热电偶及应用 1 热电阻测温原理及特点热电阻温度计是利用导体在温度变化时本身的电阻也发生变化的特性来测量温度的 金属导体电阻与温度的关系为 特点 在中 低温范围内其精度高于热电偶温度计 灵敏度高 温度升高1 数热电阻阻值增加0 4 0 6 2 几种常用的热电阻元件 1 铂热电阻精度高 性能稳定 复现性好 抗氧化等优点 因此在基准 标准 实验室和工业中铂电阻元件被广泛应用 见下图 铂丝纯度对温度计精度是关键 纯度常用100 和0 条件下的电阻值比R100 R0来表示 4 热电阻温度计 铂电阻温度计有Pt100 Pt50二种 技术指标见下表 2 半导体热敏电阻温度计半导体温度计的最大优点是具有大的负温度系数 灵敏度高 由于电阻率远比金属材料大 可做成体积小而电阻值大的电阻元件 具有热惯性小和可测点温或动态温度 缺点是特性分散性大 非线性严重 互换性差 5 其它温度计 1 玻璃管液体温度计利用液体体积随温度升高而膨胀的原理制成的 最常用液体有水银和酒精 特点是测量准确 读数直观 结构简单 价廉 2 双金属温度计利用膨胀系数不同的两种金属片焊成一体构成的 当温度升高时 双金属片产生弯曲偏转变形 其偏转角 反映了被测温度的数值 优点是抗震性好 坚固 但精度较低 为1 2级 3 压力式温度计由温包 毛细管和弹簧管压力表组成 见下图 测量精度较低 但使用简便 抗震动 4 非接触式温度计 1 辐射高温计 2 光电高温计 3 红外测温仪 这三种非接触式温度计主要特性见下表 温度变送器把输入的热电势信号Ei或热电阻信号Ri转换成统一的4 20mADC信号输出 具有零点迁移 量程可调 冷端自动补偿 使用方便等优点 7 壁面温度测量a 点 b 面 c 等温线 d 分立 见下图 在进行壁面温度测量时应优先考虑如下几点 1 强度允许条件下应尽量采用直径小导热系数低热电偶 2 优先考虑等温线敷设 3 被测材料为非良导热体时可用面接触方式 4 如允许 表面开槽敷设对提高测量精度更有利 如下图 6 温度变送器 第三节压力测量1 压力及压力表 计 的分类 1 压力的表示方式和单位压力是指均匀垂直作用于单位面积上的力 压力的单位为帕斯卡 简称帕 Pa 压力有绝对压力 表压和差压 绝对压力 以完全真空作零标准 参考压力 表示的压力称绝对压力 表压 以大气压作为零标准表示的压力称表压 其关系式为 液柱式压力计是利用液柱所产生的压力平衡 并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计 常用的液体介质为水和汞 见下图 在实际使用中 影响液柱式压力计测量精度的因素为 a 环境温度变化的影响 b 重力加速度变化的修正 精密测量 c 毛细现象造成的误差酒精封液管径 3mm 水 水银作封液管径 8mm 2 压力表 计 1 液柱式压力计 2 弹性压力计 2 弹性压力计常用的弹性元件有弹簧管 膜片和波纹管 相应的有弹簧管压力计 膜式压力计和波纹管式差压计 由于弹性元件变形产生的位移较小 因此往往需要把它变换为指针的角位移或电信号 以便显示压力的大小 1 弹簧管压力计下图为弹簧管压力计及弹性敏感元件图 弹簧管压力计由弹簧管 齿轮传动机构 指针 刻度盘组成 弹簧管压力表精度 普通0 6 2级 精密0 1 0 4级 3 远传压力计 在需要远传压力信号时 为了安全 可靠 方便和减少迟延 常采用就地压力仪表弹性元件的位移或力转换成电信号的方法 它们有电接点压力表 力平衡式 电容式压力变送器及谐振式智能压力变送器等 压力传感器 是一种能感受压力 并按照一定的规律将压力信号转换成可用电信号输出的器件或装置 压力传感器内部没有放大电路 满量程输出一般为毫伏级 带负载能力低 不能直接与计算机连接 压力变送器 是一种能感受压力 并按照一定的规律将压力信号转换成标准信号输出的设备 变送器内置有放大电路 其标准输出信号通常为直流 4 20mA 1 5V 压力变送器 压力传感器 专用放大电路 2 电接点压力表电接点压力表由弹簧管压力表加装电气接点所组成 除就地指示外 还用于发出压力越限信号报警或跳闸 下图为利用电接点压力表控制压力的线路图 2 力平衡式压力变送器基于力平衡原理工作的 DDZ 型 0 5级 3 电容式压力变送器由中心感压膜片和其两边弧形电容极板形成电容量为CH和CL的两个电容组成 1151 0 25级 4 EJA系列智能压力变送器它由单晶硅谐振式传感器上的两个H形振动梁分别将差压 压力信号转换为频率信号 送到脉冲计数器 再将两频率之差直接传递到CPU进行数据处理 经D A转换为与输入信号相对应的4 20mADC输出信号 并在模拟信号上叠加有一个数字信号进行通信 见下图 在进行通讯时 频率信号对4 20mADC的信号不产生任何扰动影响 精度可达0 1级甚至更高 4 压力仪表 计 的选择 根据工艺对压力测量要求 被测介质性质 现场环境 经济适用等考虑压力表的量程 精度和指示形式 1 压力表 计 量程的选择测稳定压力时 Pmg不应超过量程的2 3 测脉动压力时 Pmg不应超过量程的1 2 测高压时 Pmg不应超过量程的3 5 2 压力表 计 精度的选择根据生产允许最大误差定 如用0 1 6 106Pa量程压力表测压力容器压力 若要求测量值绝对误差不大于 3 104Pa 0 3kgf cm2 则所选压力表允差应不大于 3 104 100 1 6 0 106 1 875 即应选用1 5级精度的压力表 按产品规格可知 1 5级精度 0 1 6 106Pa测量范围的压力表 其测量误差不会大于 2 4 104Pa 可满足测量精度要求 3 压力表 计 种类和型号的选择 从被测介质压力大小来考虑 如对被测介质压力在1 5 104Pa以下 不要求迅速读数的 选用U型管压力计或单管压力计 压力在5 104Pa以上的 选用弹簧管压力表 从被测介质性质来考虑 对腐蚀性介质应选用耐酸压力表 精密压力表 氨用压力表 不锈钢为膜片的膜片压力表 对氧 乙炔等介质 应选用专用压力表 从使用环境来考虑 对爆炸性气氛环境 选用防爆型压力表 机械振动强烈的场合 应选用船用压力表 从工艺要求来考虑 如需观察压力的变化情况 应选用记录式压力表 若不但需要就地指示还需要远距离传送压力信号 则可选用电气式压力表或压力变送器 如需报警或位式调节 可选用电接点压力表等 第四节水位测量1 玻璃板水位计 水位测量的目的有两个 一是通过液位测量来确定容器里的原料 半成品的数量 另一个是在连续生产情况下 通过水位测量 了解水位是否在规定范围内 对维持正常生产以及安全生产具有重要意义 电厂广泛采用玻璃水位计 云母水位计 电极式水位计和差压式水位计测量锅炉汽包 除氧器 油库等液位 1 玻璃板水位计玻璃板水位计广泛使用在低 中压锅炉上 其金属框上嵌固着刻有几道凹槽的平板玻璃 因而能更清楚地显示出蒸汽和水的分界面 特种玻璃水位计可用于压力达32MPa 温度400 汽包水位的测量 2 云母水位计广泛使用在中 高压蒸汽锅炉汽包水位测量上 运行可靠 维修工作量小 特别是没有玻璃板水位计容易小于爆裂的缺点 缺点显示不清晰 用于压力 10 8MPa 3 双色水位计双色水位计是利用水和蒸汽对光的折射率不同的原理制成的 其工作压力可达22 5MPa 它是白炽光通过红绿二块玻璃产生红绿二束光 通过棱镜折射成红绿二束光 由于红 绿光波长不一样 而水和蒸汽对红 绿光折射率又不一样 因此 当二束光通过水时 绿光正好折射到窥视孔上 而将红光折射到窥视孔外 故显示为绿色 当通过蒸汽时正好相反 红光折射到窥视孔上 而绿光折射到孔外 故显示红色 因而形成红 绿汽水分界面 2 云母 双色水位计 高压锅炉饱和蒸汽电阻率要比饱和水的电阻率大数万倍 比饱和蒸汽凝结水的电阻率也要大一百倍以上 因此可以把饱和蒸汽看作非导体 高阻 而把饱和蒸汽的凝结水看成导体 低阻 电接点水位计的工作原理就是利用饱和蒸汽与饱和蒸汽凝结水电导率的差异 将非电量的水位变化转换成电信号 并有二次仪表来远距离显示水位 电接点水位计由测量筒体 电极及显示仪表等组成 见左下图 右下图为绝缘电极结构示意图 对电接点水位计 电极越多精度越高 但将影响其工作可靠性 4 电接点水位计 差压式水位计有 水位 差压 转换装置和差压计两部分组成 通过转换装置将水位的变化转换成差压的变化 又用差压计 即差压变送器 将差压值再经指示仪表补偿计算得出水位值 1 水位 差压 转换装置 水位 差压 转换装置又称为平衡容器 或取样筒体 由单室平衡容器 双室平衡容器 带蒸汽加热罩的双室 水位 差压 平衡容器等 25项反措要求锅炉汽包水位测量采用下图形式的单室平衡容器 5 差压式水位计 汽包水位测量过程中 需要注意 虚假水位 的形成和消除 虚假水位 的形成是当汽包内压力升高时 对应的饱和温度跟着升高 汽温升高 汽化时间增长 使汽 水混合中汽的比例减少引起水位下降 这种不是由于物质的不平衡所引起的水位变化称 虚假水位 引起 虚假水位 扰动的因素有两个 一是蒸汽流量 二是给煤量 而给煤量的变化也能归结为蒸汽量的变化 因此引起 虚假水位 的干扰也可归结为蒸汽流量的变化 所以采取前馈调节措施取蒸汽流量信号 当蒸汽流量增大时 使得给水阀门开大 由于 虚假水位 使给水阀门关小 两者可以抵消 使得阀门动作 等到 虚假水位 现象消除后 蒸汽流量信号很强 又必须等到水位下降 就使给水阀门开大 这样既消除了 虚假水位 带来影响 又防止了误动作 正确地使阀门提前动作 满足调节要求 2 变送器量程的迁移在水位测量过程中为了提高测量精度或者抵消已有的固定差压 就常常要对差压 压力变送器进行量程迁移 见右上图 由于变送器的安装位置不在最低液位的同一水平面上 这时就需要对变送器的量程进行迁移 从右下图可见 正 负迁移的输入 输出特性曲线为不带迁移量的特性曲线沿表示输入量的横坐标平移 正迁移向正方向移动 负迁移向负方向移动 而且移动的距离即为迁移量 第五节流量测量1 流量仪表及分类 表1 11各类流量计性能特点 2 流量计及选用1 电磁流量计 电磁流量计是用电磁感应定律的原理来测量管道中的流量的 凡是导电液体均可用电磁流量计进行计量 它的应用范围较广 能用于各种腐蚀性液体及含有固体颗粒或纤维导体液体的流量 电磁流量计是由监测和转换两部分组成的 前者安装在被测介质的管道中 被测介质的流量经它变换成感应电势 后者是将感应电势转换成标准的4 20mA直流信号供指示 记录和控制等使用 1 出线盒2 励磁线圈3 上躯壳4 导管5 下躯壳6 磁7 电极8 衬里 2 差压式流量计 采用节流装置和差压变送器所组成的差压式流量计在电厂应用最广 节流装置目前已经 标准化 1 节流现象及原理连续流动的流体遇到安插在管道内的节流件时流体流通面积突然缩小 在压头的作用下流体的流速增大 挤过节流孔形成流束收缩 当挤过节流孔之后 流速又由于流通面积的变大和流束的扩大而降低 并在节流装置前后的管壁处的流体静压力产生差异 形成静压差 p p p1 p2 且p1 p2 此即节流现象 见下图 2 节流装置的形式a 孔板孔板实际上是一块中间带圆孔的园板 圆孔比管道的直径小 它由圆柱形的流入面和圆锥的流出面所组成 b 喷嘴喷嘴的制造要比孔板难 它是一块带短喇叭的园板 流入截面是逐渐变化的 c 文丘利管象一个长喇叭管 其内表面的形状和流体的线性非常接近 流体通过时速度是逐渐变化的 压力损失很小 3 取压方法节流装置的取压方式很多 不同取压方式就有不同的流量系数 对孔板而言 取压方式由角接取压 法兰取压 理论取压和径距取压四种 角接取压法又分环室取压和单独钻孔取压两种 但环室取压法能得到较高的测量精度 4 差压计差压流量计主要有节流装置和差压计两部分组成 工业上采用的差压计种类很多 主要有U型管式和差压变送器 5 差压流量计的安装差压流量计的安装包括 节流装置 导压管路和差压计三个部分 如果安装不符合规定的技术要求 会对测量精度和使用带来很大的影响 这些要求为 前后的直管段要求 导压管路的管径 倾斜度以及总长度要求 节流件与垫圈中心与管道的中心重合度要求 定期对差压计进行检查和校验 第二章热工自动技术及应用 大容量高参数机组启停 正常运行 事故处理中的关系进一步密切 这对自动控制系统提出了越来越高的要求 尤其对参与电网调频和调峰的机组 按照电网对单元机组的运行方式的要求 单元机组控制分为带基本负荷和变负荷 参与电网的调峰 调频 两大类 主要控制系统有 燃烧控制 给水控制 汽温控制和协调控制系统 在火力发电厂既有单元制机组运行方式 也有母管制并列运行方式 既有中间粉仓式 也有直吹式制粉系统 有汽包炉 也有直流炉 有的机组带基本负荷 有的机组则承担变负荷任务等 燃烧控制系统是一个较为复杂的多变量控制系统 燃烧控制系统包括主蒸汽压力 送风与引风三个相对独立的控制系统 任务 1 及时改变锅炉的燃料量 使锅炉蒸发量与汽轮机的耗汽量相适应 维持机前压力为额定值 2 维持锅炉送风量与燃料量相适应 具有较高的经济效率 3 在锅炉送风量改变的同时控制引风量 以维持炉膛负压在规定范围之内 第一节燃烧控制技术 1 单元机组燃烧控制系统特点 1 不存在锅炉之间负荷分配 系较简单 2 在大型单元机组中 由于增加了中间过热器 当主汽门突然开大时 汽轮机高压缸的出力相应迅速增加 而低压缸由于前面增加了一个容积很大的中间过热器 所以出力的变化比较迟缓 功率变化的惰性对调峰不利 为了消除惰性 需要提高汽轮机对负荷变化的适应性 即要求其出力能很快跟随汽门开度变化而变化 因此 在开始时就应该将汽门多开一些 这给控制带来了困难 3 锅炉 汽轮机的两个控制系统已由生产过程把它们联系在一起 下图为大机组燃烧控制系统框图 系统带有切换功能 锅炉带变动负荷时 汽压校正调节器和燃料调节器组成串级系统 在锅炉出口汽压PM变化时 汽压校正调节器发出改变燃料量的信号 燃料调节器以该信号为给定值调节燃料量B 为了保证充分燃烧 锅炉主控制器输出的主控信号经小选后去燃料系统 经大选后去送风系统 见下图 燃料量指令信号和总风量信号经小选判断 选出较小的输出作为燃料系统的指令信号 燃料量指令信号和总燃料量信号经大选判断 选出较大的输出信号作为送风系统的指令信号 即增负荷时先增风量后增燃料量 减负荷时先减燃料量后减风量 烟气氧量则采用氧化锆测量 其正常工作温度应在850 第二节给水控制技术1 汽包水位的控制方案 汽包炉和直流炉给水控制任务不同 汽包炉给水控制的任务是控制汽包水位为定值 直流炉给水控制可能用给水来控制锅炉负荷或用给水来调节过热器中间点的温度 汽包水位全程控制设计成两套系统 低负荷时由电泵向锅炉供水 水位控制通过调节电泵出口阀来实现 控制系统为单冲量控制系统 正常运行时 由汽泵向锅炉供水 水位通过调节汽泵转速来维持 此时控制系统由蒸汽流量 汽包水位和给水流量组成见下图 2 给水全程控制系统方案 大机组由三台并联的给泵 其中两台汽泵 容量为50 电泵容量30 50 当负荷在30 50 之间使用一台汽泵 超过50 用两台汽泵 电泵一般在机组启动 低负荷或汽泵故障时使用 在电泵出口至给水总管处有一调节阀 以实现启动阶段电泵的小流量控制 见图 1 反馈控制从结构上看 这是一个由主调节器及若干副回路组成的多级系统 水位偏差信号同时送至单 三冲量水位调节器 在三冲量调节系统中 主调节器PI1的输出信号与给水流量和蒸汽流量信号综合后送到三冲量调节器PI2 其输出信号作为给水流量指令去控制三台给水泵 此时T1为a c接通 单冲量与三冲量切换时 为了实现无扰切换 必须考虑两套调节系统之间的切换跟踪 在单冲量调节器PI6工作时 三冲量系统的副调节器PI5应跟踪阀位信号 此时T2为b c接通 而当三冲量调节器工作时 单冲量调节器PI6应跟踪阀位信号 阀位跟踪信号有T2自动切换 2 逻辑控制启动 低负荷的给水单冲量调节方式和正常负荷时的三冲量调节方式之间是通过切换开关T1 T2来切换的 T1 T2由控制逻辑根据锅炉运行情况及机组事故情况经逻辑运算后发出的控制指令来实现自动切换 当给水阀操作器的按钮处于自动位置时 如果D 25 T1和T2将自动切换到单冲量方式 如果D 25 T1和T2将自动切换到三冲量方式 3 自动跟踪 在给水全程控制系统中 由于锅炉汽压的不断变化 其汽 水密度也在变化 因此必须对汽包水位 给水流量和蒸汽流量等信号进行压力 温度变化自动修正 水位测量的变送器应三冗余配置 并有压力补偿 经温度补偿的冗余给水流量测量 并与喷水流量测量值相加 得出一个总给水流量信号 作为控制反馈信号 蒸汽流量信号应是经温度和压力补偿的冗余测量 并应把汽机旁路蒸汽流量也考虑进蒸汽流量信号中 自动修正的方法是先推导出被测参数随温度 压力变化的数学模型 然后由控制系统进行修正运算 3 给水控制系统的信号修正及要求 1 汽包水位的修正从启动到正常运行汽包压力变化很大 汽包内饱和蒸汽 饱和水密度变化也很大 因此必须对差压信号进行压力修正 水位测量采用单室平衡容器 其表达式为 水位H是差压和汽 水密度的函数 而密度 a与温度有关 启动时水温略有升高 压力也同时升高 这两方面变化对 a的影响基本可抵消即可近似认为 a是恒定值 饱和水和饱和蒸汽的密度 w s均为汽包压力pd的函数 见图 2 给水流量的修正当给水温度100 压力0 196 19 6MPa内变化 给水流量测量误差0 47 压力19 6MPa不变 给水温度100 290 内变化 给水流量测量误差达13 3 蒸汽流量的修正过热蒸汽流量常用节流装置测量 当被测工质压力 温度偏离设计值时 密度变化会造成流量测量误差 所以应进行温 压修正 目前主蒸汽流量取汽机第一级压力经函数器f x 转换而成 所以不需考虑被测工质的温 压变化对流量测量所造成的误差 修正回路见图 第三节汽温控制技术1 过热汽温控制 分过热和再热汽温控制 过热汽温控制分一 二级喷水减温 再热汽温控制分摆动燃烧器 烟气挡板和喷水减温 汽温偏低时用摆动燃料喷嘴位置来调节 汽温偏高时采用喷水减温来调节 最终使汽温维持不变 过热汽温度控制的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内 并使其管壁温度不超温 一般要求过热汽温与规定值的暂时偏差值不超过 10 长期偏差不超过 5 自动控制装置常由测量 运算 执行三基本部分组成 自动控制系统最重要的品质指标是稳定性 对过热汽温的控制 一般采用改变喷水量的方法 下图是串级控制系统 该系统把经减温器后的汽温 1当作导前信号 只要 1一发生变化 副调节器 常用P或PD 就去改变减温水量 而过热汽温 2则起校正作用 只要 2不恢复到给定值 则PID调节器就不断地改变校正信号去改变减温水量 一直到 2恢复到给定值为止 主调输出不再变化 此时 1可能稳定在与原来不同的数值上 系统达到稳定状态 注意 微分作用不得单独用于调节器 主蒸汽管道长 延迟和惯性时间常数较大 故对过热汽温控制要求较高 一般采用两级减温 级减温的目的是减小出口汽温的偏差 级减温的目的是精确保证出口温度恒定 级减温控制系统以主汽温度为被调量 并采用 级减温器出口汽温为导前信号 级减温控制系统则以 级减温器出口温度偏差信号为被调量 级减温系统在 级减温系统投入运行后才能投入 可减少 级减温喷水量 属初调 见下图 再热汽温控制一般采用烟气作为主要调节手段 例如采用改变烟气再循环量 烟气旁路量或燃烧器的倾角度等 而喷水减温则在汽温超过某一规定的限值时才参加调节或作为超温事故的保护手段 通常对减温水的要求较高 因此 当机组出现MFT FCB 负荷太低的情况下 不仅再热汽温控制方式转换为手动 同时燃烧器倾角被强制固定在中间位置 50 位置 其次 在发生汽机跳闸或主燃料跳闸 MFT 或机组其它故障或事故信号时 控制系统将关闭所有喷水阀以保护汽轮机 防止汽轮机进水 2 再热汽温控制 第四节 单元机组的协调控制 CCS将锅炉和汽轮机组作为一个整体来考虑 在加减负荷时同时给汽机和锅炉控制回路发指令 达到快速响应负荷变化 尽可能发挥机组调峰 频能力 稳定机炉运行参数目的 CCS由负荷指令管理和机炉负荷控制两部分组成 见下图 下图为锅炉跟随控制方式 这种方式能很快适应负荷 但汽压波动较大 尤其对直流锅炉 其蓄热能力比汽包锅炉小得多 采用锅炉跟随的控制方式来适应较大的负荷变化十分困难 机组在启动过程中或承担变动负荷时 常采用这种负荷调节方式 1 锅炉跟随的控制方式 2 汽轮机跟随的控制方式 汽机跟随有定压和滑压两种方式 汽机跟随控制方式 定压运行 下图为汽机跟随控制方式 这种控制方式即用汽轮机调节蒸汽流量以维持汽压不变 其过程的响应速度比燃烧调节过程快 因此主汽压力波动较小 负荷响应较慢 3 机炉协调控制方式 CCS 下图为CCS图 当电网 负荷要求 时 通过机炉主控制器对锅炉和汽机同时分别发出调负荷指令 并行地改变燃烧率和进汽量 同时为使汽压波动不致太大 还根据汽压PM偏离给定值P0情况适当限制汽机进汽阀开度和适当加强锅炉调节作用 以其尽快使机组功率和主汽压达到要求值 锅炉跟随和汽机跟随方式的主要特点比较 4 手动控制方式 5 直接能量平衡负荷控制方式 DEB方式 直接能量平衡负荷控制系统见下图 发电功率的控制直接施加于汽机调速系统 以获得最快的功率响应 而锅炉负荷指令则根据汽机对锅炉的能量需求计算而来 这个信号即称作能量需求信号 它代表机组在各种工况下汽机对锅炉的能量需求 直接能量平衡负荷控制系统的主要特点是 能快速地控制机组的发电功率与外界负荷要求相匹配 能在任何工况下计算出汽机对锅炉的能量需求 并控制锅炉的出力与汽机的能量要求相匹配 以保持主汽压力的稳定 在DEB中的电功率控制和锅炉燃烧率控制这两者不是直接相关的 对锅炉能量需求信号是基于汽机对能量的要求计算出来的 这个能量要求也称为 能量平衡信号 它代表了在任何工况下汽机为响应外界负荷时对蒸汽的需求量 能量平衡信号 随汽机调门的开度变化而变化 即使在故障情况下或手动调节汽机调门时 上述计算也能得出正确的结果 第三章热工保护 为了消除故障后果 机组大量采用保护技术 其作用为 1 引起操作人员对不正常状态的注意力 报警 2 一旦发生可能引发严重故障时 则使设备停止运行 3 消除或缓解因故障而产生的不正常状态 否则会引起更为严重损害 4 防止在重要位置上出现危险情况 保护系统在设备运行时具有工作和准备两种状态 工作状态 当设备发生故障时 保护系统正常动作起到保护作用 称之为正确动作 而当设备故障时 保护系统也发生故障而不动作 称之为拒动 准备状态 当设备正常运行时 保护系统处于带电准备状态接受着长期通电考验 如果在这期间因保护系统本身发生故障而引起动作 造成设备停运 称之为无故障误动 大机组保护项目十分齐全 大致有 锅炉保护 总燃料跳闸 MFT 保护 炉膛压力保护及炉膛火焰保护 饱和蒸汽压力保护 过热蒸汽压力保护 再热器压力保护 汽包水位保护 分离器水位保护和直流炉断水保护等 汽轮发电机组保护 超速保护 轴向位移保护 真空保护 润滑油压低保护 汽缸与转子膨胀差保护 推力轴承或支持轴承温度高保护 发电机内部故障保护 汽机防进水保护和轴振动保护等 热控保护信号不得与测量 控制共用一个信号源 机组跳闸命令不应通过通信总线传输 第一节锅炉汽压保护系统 汽压保护系统与锅炉运行方式有关 对母管制锅炉 汽压保护动作参数分两值 当锅炉汽压升高到 值时 保护系统发出压力偏高信号 此信号同时作为第 值的 与 条件 当压力升高到 值时 停掉部分给粉机或开对空排汽门使主汽压力回降 对单元制锅炉 主汽压保护框图见下图 当汽轮机甩负荷时 立即切除部分给粉机 同时投油稳定燃烧 但一般因炉内燃烧强度不能立即减弱 仍会产生大量蒸汽使压力继续上升 而造成安全门动作 对于有旁路系统的锅炉 则自动投旁路系统 使锅炉产生的蒸汽经旁路降温减压后回收 第二节锅炉炉膛安全保护系统 锅炉燃烧的基本要求是建立和保持稳定的燃烧火焰 锅炉运行时 喷燃器不断地向炉内喷射燃料 由于炉内温度高 又有足够的空气 喷射到炉内的燃料很快着火燃烧 由于操作不当或煤种变化等原因 炉内燃烧强度减弱 火焰发暗 甚至于发生炉膛灭火 而这时若燃料仍不断向炉内喷射 就有引起爆炸危险 对于直流炉 在灭火时还会产生高压水冲入汽轮机的危险 为了防止这种恶性事故出现 必须设计和配置锅炉灭火保护系统 以便在正常运行时对火焰进行监视 在燃烧不正常时发出报警信号 当灭火时 保护系统发出停炉信号 使锅炉自动停止继续向炉内输送燃料 下图为以PC为核心的简易灭火保护装置 该装置以光敏电阻元件做成炉膛火焰监视器 时刻监视炉内工况 当燃烧不稳时发出声光报警信号 提醒运行人员注意 一旦出现炉膛灭火时 能及时切断全部进入炉膛的燃料 有效防止炉膛爆炸事故的发生 灭火以后 装置将监督运行人员按规定程序进行炉膛吹扫 该系统还能对违反运行程序的操作起闭锁作用 以防止运行人员使用 爆燃法 重新点火等误操作发生 1 简易灭火保护装置 系统具有如下功能 主燃料跳闸 MFT 在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时发出MFT动作信号 快速切断进入炉膛的燃料 并在规定的吹扫操作程序完成之前 MFT信号一直保持有效 使任何燃料不能投入 炉膛吹扫在下述条件下按吹扫钮便可进入吹扫程序 a 至少一台送风机在运行 b 至少一台引风机在运行 c MFT信号有效 若在4分钟内上述条件一直保持 程序将使MFT复归 并发出 吹扫完毕 信号 锅炉方可重新点火启动 否则吹扫无效 报警及记忆 大型锅炉炉膛安全保护系统简称为FSSS 它包括燃烧器控制系统 BCS 和燃料安全系统 FSS FSSS的可利用率不低于99 9 FSSS的MFT信号应安全 可靠地提供给DCS用于事故记录 SOE 和历史记录 HSR 为事故分析提供依据 FSSS应向其它保护系统提供可靠的MFT信号 并接收其它保护系统送至FSSS的保护信号 根据要求实现机炉大连锁 2 炉膛火焰监视及保护 FSSS通常主要的功能有 a 锅炉冷态自动点火 b 全炉膛火焰监测 c 单支燃烧器火焰检测及保护 d 炉膛压力越限报警和保护 e 锅炉汽包水位越限报警和保护 f 炉膛自动吹扫 g 制粉系统自启停 h 系统自检等 同时要求做到 炉膛灭火保护系统和机电炉大连锁系统且相互独立 MFT信号且直接作用于最后执行对象 不是因送 引风机跳闸引起的MFT动作 送 引风机不能跳闸 由于送 引风机跳闸引起MFT动作后 应延时打开所有送 引风机挡板 并保持全开状态下自然通风 15min 给粉机 给煤机控制电源中断时 应同时切断给粉机 给煤机电动机电源 1 炉膛火焰监视及保护 1 火焰检测装置火焰检测装置是FSSS的关键部件 常用的火焰检测器有紫外线式 红外线式和可见光式等几种 目前已广泛采用红外线式和可见光式火焰检测器 火焰检测器根据火焰的物理特性对燃烧工况进行检测 即利用火焰的闪烁频率和发光强度来鉴别火焰的有 无和强 弱 当火焰燃烧状态不正常或灭火时 可按一定方式发出信号 作为故障报警或FSSS的逻辑判断条件 因此火焰检测器是炉膛安全保护系统的 眼睛 常用的火焰检测装置有 a 可见光式火焰检测装置 b 紫外线式火焰检测装置 c 离子式火焰检测装置 a 可见光式火焰检测装置炉膛燃料燃烧时辐射出的可见光具有脉动性 燃煤火焰的脉动频率最低 18Hz或更低 燃油 40Hz 60Hz 和天然气则比燃煤的要高的多 同时 燃 风比 燃料喷射速度 风速和燃烧器的几何形状等 都会影响火焰的脉动频率和强度 可见光式火焰检测器以探测燃烧时辐射的可见光为基础 同时检测火焰的频率和强度 它由安装在锅炉上的探头和信号处理两部分组成 信号处理部分由12个模件和电源组成 并装有操作开关和指示灯 火焰检测过程如下 被检测到的火焰信号穿过凸透镜落到光导纤维上 位于内导管里的光导纤维将此信号送至另一端的探头 光导纤维将光传到光电二极管上进行光 电转换 电压 电流转换 对数放大 及电压 电流转换成电流信号并送到远处的信号处理系统进行处理 见图 强度和频率监视信号处理部分是关键 它们分别用于对接收的火焰信号进行强度和频率检测 强度模件同时还对探头送来的信号进行自检 当发现送来信号超出设定范围时 该插件送出火焰检查装置 自身故障 信号 并将模件面板上的 故障 灯点亮 同时闭锁该回路输出的火焰信号 一个通道的火焰信号处理框图见下图 下图为火焰强度信号的处理方法 当强度信号超过上限设定点时 强度信号就能生效 给出强度允许信号 在强度信号降低到下限设定点以前 强度允许信号始终保持 适当设定上 下限 可提高鉴别火焰的能力并保证灵敏度 且不至于造成误动作 在故障检测部分也设置了上限值和下限值 当探头或信号传输电缆出现故障时 输出信号就会超出此限值的范围 图中的阴影线条部分 故障检测的上 下限是预先设定的 火焰检测器运行中不得调整 下图是频率检测部分的原理框图 送来的火焰信号经交流放大器和比较器 变换成一系列代表火焰频率的方波脉冲 此频率在一个可调频率鉴别器里与内部设定频率进行比较 当频率高于设定频率时 频率允许灯亮 若强度信号同时存在 则输出火焰信号 当输入频率低于设定频率时 不发出频率允许信号 火焰检测装置也不会发出有火焰的信号 调整频率鉴别器的内部频率 3 5 103Hz 能很好地将要检测的火焰鉴别出来 从而提高火检装置可靠性 FSSS系统的模拟量信号在进行A D转换前 常采取光电隔离措施 上述仅介绍了单个火检工作原理 下图为层火检原理框图 b 紫外线式火焰检测装置c 离子式火焰检测装置 2 防止炉膛爆炸措施炉膛爆炸是指在锅炉的炉膛 烟道和风道中积存的可燃混合物突然同时被点燃 释放出大量的热能 造成炉墙结构破坏现象 在炉膛内产生爆燃气体猛然膨胀 其作用力将炉墙推向外侧称为外爆 当炉膛突然灭火 炉内气体因火焰熄灭 温度剧烈下降而猛然收缩 炉外大气压力将炉墙推向内侧称为内爆 爆燃分为冷 热态爆燃 穿透性和局部性爆燃 通常炉膛爆炸必须具备如下三个条件 1 炉膛或烟道内由燃料和助燃空气积存 2 积存的燃料和空气混合物是爆炸性的并达到爆炸浓度 3 具有足够的点火能量 炉膛内发生可燃物积存和爆燃的危险情况有 1 燃料 空气或点火能量中断 造成炉膛内瞬时失去火焰时可燃物堆积 如接着点火或火焰恢复时可能引起爆燃 2 运行中整个炉膛熄火 可燃混合物聚集 随后再次点火或有点火火源存在时 这些可燃混合物就会爆燃 3 在多个燃烧器正常运行时 一个或几个燃烧器燃烧突然失去火焰 从而堆积起可燃混合物 4 炉膛顶部大量结焦 塌焦时冲击火焰中心 造成火焰熄灭或燃烧混乱 结焦物在冷灰池内与炉低水封产生反应 生成大量水蒸汽和水煤气 也会造成爆燃 防止炉膛爆炸事故发生的常用的措施有 a 燃烧器出口处有足够点火能量 并能稳定点燃主燃料 b 当有可燃物积存炉膛时 立即停炉进行吹扫 c 当有个别燃烧器突然熄火时 立即切断该燃烧器的燃料供给 防止和减少燃料的积存 2 炉膛压力检测及保护炉膛压力也是判断锅炉是否灭火的可靠依据 1 炉膛压力保护定值的确定a 高 低报警和保护定值 MFT动作值 以及延迟时间应有锅炉厂 设计院确定 b 越限报警值应适当大于锅炉正常启动 停运时的最大压力值 c 炉膛压力保护动作值应低于炉膛强度设计值 随着锅炉服役年限的延长 尤其是对曾经发生过炉膛爆炸事故的锅炉 其炉膛强度会有所下降 在确定炉膛压力保护定值时必须充分考虑这些因素 d 锅炉正常操作或异常工况下 炉膛可能产生瞬时的压力波动 为了抑制由此而造成的误报警或误动作 可在炉膛压力保护系统内适当增加阻尼环节 e 保护动作值及动作延迟时间 应严格执行规程 2 炉膛压力测量元件的选用必须选购质量可靠 性能满足实际要求的产品 3 炉膛压力取压孔及脉冲信号管路的安装炉膛压力取样孔及脉冲信号管路的安装应根据压力测量的有关规定进行 同时还应注意如下几点 a 取样孔位置应有制造厂确定 一般在距炉顶2m到3m处两侧墙和前墙上开孔 取样管口与内墙面平齐且应向下倾斜 不漏风 四周1 5m内不应有吹灰孔 b 取样孔必须单独使用 脉冲管路不得紧贴炉墙或热体 c 如有必要可在取样孔与压力开关 或变送器 之间装设缓冲容器 时间常数 应 2s 但应注意传输延时 4 维护保养a 定期进行冷却风系统的维护保养 b 定期吹扫炉膛正 负压脉冲信号管路 c 做好炉膛正 负压脉冲信号管路的防冻 防堵工作 为了确保锅炉汽包水位的安全运行 通常汽包水位监控系统由水位仪表 自动调节 信号报警 连锁保护等组成 只要这些设备处于可靠的工作状态 汽包水位自动调节系统就能准确地控制在正常范围内 水位参数正常就意味着安全 锅炉汽包水位保护并不是主要保护锅炉的安全 也是确保汽轮机安全的重要手段 由于测量用水位计布置在汽包外侧 水位计中较少的水量暴露在冷空气下而产生冷却效应 使水位计中水的温度远低于汽包内的温度 造成就地水位计中的水位低于汽包内的实际水位 随着汽包压力的升高 其差值就愈来愈大 第三节锅炉汽包水位保护 水位保护 1 当水位高 低于第一值时发出报警 打开事故防水门 备用给水门 2 当水位严重过高或过低时 保护系统发出事故停炉信号 按照预定程序停炉 汽包正常水位是指锅炉正常运行时应该保持的高度 即汽包零水位 随着汽包内部结构和汽水分离器等差异 各种亚临界锅炉汽包正常水位的高度有所差异 见下表 正常运行中水位控制在 50mm内 当超出0 50mm时发 值报警 超出或达到0 150mm时发 值报警 1 就地水位计玻璃板水位计一般适用于饱和蒸汽压力不大于4 3MPa的蒸汽锅炉 蒸汽压力大于4 3MPa的锅炉则采用云母式水位计 双色水位计是利用水和蒸汽对光的折射率不同的原理制成的 其工作压力可高达22 5MPa 所谓双色指显示出 汽红 水绿 两种颜色 云母水位计广泛使用在中 高压蒸汽锅炉汽包水位测量上 云母水位计没有玻璃板水位计容易爆裂的缺点 但清晰度不如玻璃板水位计 特别是高压锅炉上云母水位计显示不够清晰 通常用于压力 10 8MPa汽包水位的测量 1锅炉汽包水位测量技术 2 电接点水位计电接点水位计测量筒体结构如下图 由筒体 电极和二次表等组成 汽包内的汽水通过连通管将汽水引入电接点测量筒体 浸埋在水中的电极因水具有较大的电导率而接通测量电路 使二次表中相应的氖灯点亮 未浸入水中的电极因蒸汽电导率小而断开测量电路 相应氖灯不亮 二次表中发亮氖灯的数目就代表被测水位高度 二次表在集控室内对汽包水位进行显示和监视 并具有报警信号接点和保护信号接点输出 3 差压式水位计采用差压式水位测量汽包水位的关键部件是平衡容器 平衡容器是将 水位 转换成 差压 的部件 下图为简单平衡容器构成的差压水位计结构示意图 由图可得到差压式水位计和汽包水位之间的关系为 由于汽水密度随着压力变化而变化 在锅炉启动或变压运行过程中 同一汽包水位所产生的压差是不同的 以引进强制型循环汽包锅炉为例 已知汽包内径1778mm 正常水位 NWL 在汽包机械中心线下229mm 水位计汽侧取样孔在正常水位线上737mm 水侧取样孔在正常水位线以下533mm H 737 533 1270mm 取参比水柱平均温度为50 通过计算可以得到下表的汽压对汽包水位差压的影响 2锅炉汽包水位保护1 差压式水位高 低保护逻辑水位保护框图如下图 当水位至高 值时 发出水位高报警信号 此报警信号作为水位高 值信号的 与 条件 若继续升至高 值 保护系统打开事故放水门 水位高 值信号同时作为水位高 值的 与 信号条件 放水后继续升至高 值 保护系统发出紧急停炉信号 运行中汽包压力降低也会使水位升