火电厂锅炉水位保护改造研究

摘 要：本文介绍了火电厂锅炉的设计原则，分析了火电厂锅炉水位保护的改造方法，对改造后的效果进行了分析。

关键词：电厂锅炉；汽包水位；三取二逻辑；水位保护

中图分类号：TK31 文献标识码：B

1 概述

火电厂生产运行过程实际上是能量转换过程，锅炉作为火力机组的主设备，也是火电厂能量转换意义上的第一站，因此没有锅炉的安全运行，后续能量转换过程将无法实现。许多案例表明，锅炉汽包水位满水和缺水事故严重威胁机组的安全运行，轻者造成机组非计划停运，严重时可造成汽轮机和锅炉设备的严重损坏。锅炉水位控制本质上是给水量与产出蒸汽量间的动态平衡，如果水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至会使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；相反，则会破坏水循环，导致水冷壁管道破裂、锅炉干锅等事故，从而汽包过高或过低都会影响机组的安全运行。

2 设备状况

自1995年建厂以来，某公司GAZ-IAD型FSSS锅炉炉膛保护装置中锅炉汽包水位保护因利用电极式水位计高、低Ⅰ值（±75mm）热工光字牌报警，高、低Ⅱ值（±200mm）进行单点越限时，开关量信号直接启动来实现汽包水位保护，运行过程中经常突然出现水位保护动作引起紧急停炉。分析原因由于电极绝缘材料长期处于饱和水、汽中，在绝缘材料表面腐蚀和结垢，造成电极挂水或缺水等误发虚假信号，引发锅炉汽包水位保护误动。主要存在以下问题：

（1）GAZ-IAD型FSSS锅炉炉膛保护装置中灭火保护、汽包水位保护和炉膛压力保护等集成，不能单独实现任一保护投退，只要其中任一保护出现问题时，都必须将FSSS锅炉炉膛保护装置退出，此时当其它保护事实达到动作条件时，反而不能动作，对锅炉起不到相应的保护作用。

（2）汽包水位保护选用电极式水位计一组提供的高低I值为±75mm开关信号作为报警，高低II值为±200mm开关信号用于停炉保护，切断进炉的燃料（煤粉或燃油），设计本身存在缺陷；当电极绝缘材料腐蚀、结垢和氧化铝纯度达不到要求时，都可能引起高II值误发信号，启动保护回路动作和打开事故放水阀，此时反而可能导致锅炉缺水事故发生或者低II值电极结垢引起缺水信号误发引起锅炉保护动作。

（3）FSSS锅炉炉膛保护装置配置与《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》条文相悖。锅炉汽包水位高、低保护应用独立测量的三取二的逻辑判断方式，而不是仅一取一的方式。

3 改造方案及实施

3.1 设计原则和依据

（1）锅炉汽包水位高、低保护应用独立测量的三取二的逻辑判断方式。

当有一点因某种原因须退出运行时，应自动转为二取一的逻辑判断方式，并办理审批手续，限期（不宜超过8h）恢复；当有二点因某种原因须退出运行时，应自动转为一取一的逻辑判断方式，应制定相应的安全运行措施，经总工程师批准，限期（8h以内）恢复，如逾期不能恢复，应立即停止锅炉运行。

（2）锅炉汽包水位保护在锅炉起动前和停炉前应进行实际传动校检。

用上水方法进行高水位保护试验、用排污门放水的方法进行低水位保护试验，严禁用信号短接方法进行模拟传动替代。

（3）汽包水位测量应进行温度压力补偿。

在确认水位保护定值时，应充分考虑因温度不同而造成的实际水位与水位计（变送器）中水位差值的影响。

（4）汽包锅炉水位保护是锅炉起动的必备条件之一，水位保护不完整严禁起动。

3.2 现场条件

3.2.1 现场水位计配置

每台锅炉已配套6套独立测量的水位计，其中有两套石英管双色水位计，一套电接点水位计，三套差压式水位计。所谓电接点水位是测量筒上安装19只电极、电接点液位仪及所相应连续电源、信号电缆组成；所谓差压式水位计，将汽包液位与参照水位通过引压管引至差压变送器，转换成相对应的4～20mADC模拟量信号，再经过相配套指示仪反映出来，达到显示汽包实际水位的目的。

3.2.2 信号配置

石英管双色水位计是就地显示水位计，没有相应电信号和开关量输出；电接点水位计可以提供一组高低越限停炉信号；另有三套差压式水位计可以通过转换限值报警，输出三组独立的开关量信号。

3.3 方案设计

高保护设置3个定值分别为高I值（+75mm）、高II值（+180mm）、高III值（+200mm），高I值由电接点水位计发出水位高预告信号，目的引起运行人员的注意；当采取措施后还不能使水位恢复正常，水位升至高II值时由水位保护装置发出报警信号的同时打开事故放水电动门；当水位继续升至高III值时，水位保护装置动作输出动闭触点，停排粉机、关燃油电磁场阀，同时伴有热工光字牌指示“水位保护动作”；实现汽包水位低保护也设置3个定值分别为：低I值（-75mm）、低II值（-180mm）、低III值（-200mm），低I值、II值报警同上；当水位降至低III值时，水位保护装置动作输出动闭触点，停排粉机、关燃油电磁场阀，同时有热工光字牌指示。

3.4 方案实施

3.4.1 设备完整性检查

（1）差压变送器检查

对三台量程为-300～+300mm的差压变送器组织进行校验、迁移调整，判断全量程是否4～20mA对应成同比例线型关系，基本误差是否合格。

（2）单室平衡容器及管路检查

检查单室平衡容器汽阀、水阀是否阻塞及管路是畅通及管道安装是否符合规定，尽可能减少目前各种测量方式间的测量误差。

4 改造后效果

该保护装置使用多年来，均未发生误动和拒动情况，从而实现对锅炉汽包水位的准确测量和可靠保护，消除了原设计中汽包水位保护经常误动和拒动缺陷，提高机组的安全稳定运行，同时也符合了《防止电力生产重大事故的二十五项反措重点要求》中相关条文的要求。

结语

三套独立的锅炉汽包水位信号经过设定限值比较后，实现三取二逻辑，有效杜绝运行过程中水位保护的误动和拒动，避免了不必要的启停炉，从而提高了工作效率和经济效益。

参考文献

[1]国家电力公司发输电运营部.防止电力生产重大事故二十五项重点要求[M].北京：中国电出版社，2001.