CN105423278B - 汽包水位全程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽包水位全程控制系统，所述系统包含：磁浮水位装置、差压水位装置和切换装置；所述磁浮水位装置用于测量锅炉内汽包水位值，并将所述汽包水位值输出至远端；所述差压水位装置用于通过液压获取锅炉内汽包水位值并显示输出；所述切换装置分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连，用于比对所述磁浮水位装置输出的汽包水位值和所述差压水位装置输出的汽包水位值，根据比对结果，选择所述磁浮水位装置或所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。以此，不仅降低运行人员劳动强度，避免大量操作可能带来的误操作风险，而且节省了机组启动的绝对时间，减少了能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电机管理领域，尤指一种汽包水位全程控制系统。
背景技术
火力发电机组启动和停止过程中存在着大量复杂的人工操作，不可避免地会发生误操作事故，而APS(一键启停)的实现替代了绝大部分手动操作，也消除了其中的安全隐患，提高了机组启停的正确性和规范性，大大减轻了工作人员的工作强度。此外APS实现了快速、有序、精准的机组启停，缩短了机组启、停设备的时间，降低了启停过程中的煤耗和气耗，提高了机组效率。实现机组APS是体现机组提高自动化水平的一个标志，也是火力发电自动化发展的趋势。
燃气-蒸汽联合循环发电机组常常具有频繁启停的任务，机组运行人员减少和控制系统复杂多样的矛盾日趋尖锐。为了实现机组APS控制，要求汽包水位控制系统具备从锅炉上水至点火以及机组带负荷全过程投入自动控制功能。
为实现全过程汽包水位准确控制，本发明提出一种基于两种测量装置的根据机组不同状态(上水/点火/带负荷)能够实现自动切换测量装置的控制策略，实现了真正的汽包水位全程(上水/点火/带负荷)控制。
从汽包锅炉上水、点火、带负荷三个阶段来分析，火力发电机组汽包给水控制系统的设计一般遵循以下三个步骤：在锅炉上水阶段，由于缺乏有效的汽包水位DCS远传测量装置，一般运行人员均通过手动控制锅炉上水调节阀，人眼观察就地水位计进行上水。在锅炉点火阶段，通过人工进行差压水位计排污，待锅炉点火升压一段时间之后，差压水位计平衡容器内凝结水满为止，差压水位计测量装置才能正常投入，此时控制系统投入单冲量控制模式。随着机组并网带负荷，当机组蒸发量大于约30％额定蒸发量时汽包水位控制系统自动投入三冲量控制模式。
通过以上设计，在锅炉上水和点火初期阶段，必须通过运行人员监视就地云母水位计数值来控制锅炉上水，直至差压水位计能够准确表征汽包水位，方能投入汽包水位自动。根据差压水位计的测量原理，差压水位计信号测量依靠平衡容器凝满凝结水，并且进行汽包压力和温度补偿，才能准确表征汽包水位。在锅炉冷态上水和点火初期阶段，平衡容器没有凝结水或者没有凝满的状态下，差压水位信号不能用来进行水位监视。由于在锅炉冷态上水和点火初期阶段，没有有效的远传水位信号测量手段用来监视和控制，因此该设计无法实现锅炉启动全过程水位自动控制功能，在锅炉上水和点火初期阶段只能通过人工监视手动上水，给运行人员带来的操作压力较大，浪费人力和时间，不能实现APS控制，降低了机组自动化水平和效率。
发明内容
本发明目的在于提供一种简便有效的控制系统去实现锅炉内全程水位自动控制，保障机组APS系统的整体性和完整性。
为达上述目的，本发明具体提供一种汽包水位全程控制系统，所述系统包含：磁浮水位装置、差压水位装置和切换装置；所述磁浮水位装置用于测量锅炉内汽包水位值，并将所述汽包水位值输出至远端；所述差压水位装置用于通过液压获取锅炉内汽包水位值并显示输出；所述切换装置分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连，用于比对所述磁浮水位装置输出的汽包水位值和所述差压水位装置输出的汽包水位值，根据比对结果，选择所述磁浮水位装置或所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述差压水位装置包含：复数个差压水位计。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述磁浮水位装置包含：复数个磁浮水位模块，所述磁浮水位模块为磁浮水位计或磁致伸缩水位计。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述系统还包含云母水位计，所述云母水位计用于显示所述锅炉内汽包水位值。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述切换装置包含手动切换模块和自动切换模块，所述手动切换模块用于根据所述云母水位计和/或所述差压水位装置手动选择以所述云母水位计或所述磁浮水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述自动切换模块还包含监测模块，所述监测模块用于监测比较所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值，当所述比较结果小于预置第一阀值且汽包压力和主蒸汽流量大于预置的第二阀值并持续预定时间后，自动切换模块切换至所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述第一阀值为30mm。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述系统还包含信号接收装置，所述信号接收装置一端分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连接，用于接收所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值的测量信号；所述信号接收装置另一端与所述切换装置，用于将接收到的测量信号输入至所述切换装置。
在上述汽包水位全程控制系统中，优选的，所述磁浮水位装置和所述差压水位装置与所述信号接收装置通过4～20mA电信号进行通信。
本发明的有益技术效果在于：对于燃气-蒸汽联合循环发电机组的余热锅炉水位控制，能否实现全程水位自动控制，直接影响到机组APS系统的整体性和完整性。通过以上形式的全程水位自动控制方案，不仅降低运行人员劳动强度，避免大量操作可能带来的误操作风险，而且节省了机组启动的绝对时间，减少了能源消耗。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为现有技术所提供的汽包水位全程控制系统的示意图；
图2为本发明所提供的汽包水位全程控制系统的示意图；
图3为本发明所提供的汽包水位全程控制系统的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
请参考图2所示，本发明具体提供一种汽包水位全程控制系统，所述系统包含：磁浮水位装置102、差压水位装置103和切换装置104；所述磁浮水位装置102用于测量锅炉内汽包水位值，并将所述汽包水位值输出至远端；所述差压水位装置103用于通过液压获取锅炉内汽包水位值并显示输出；所述切换装置104分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连，用于比对所述磁浮水位装置输出的汽包水位值和所述差压水位装置输出的汽包水位值，根据比对结果，选择所述磁浮水位装置或所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。
在本发明一优选的实施例中，所述差压水位装置包含：复数个差压水位计。所述磁浮水位装置包含：复数个磁浮水位模块，所述磁浮水位模块为磁浮水位计或磁致伸缩水位计。所述系统还包含云母水位计，所述云母水位计用于显示所述锅炉内汽包水位值。
在上述实施例中，本发明基于水位计测量原理，选择具有信号远传功能的磁浮水位计或者磁致伸缩水位计作为初期锅炉内水位测量仪，该磁浮水位模块采用远传4～20mA电信号进行数据传输，在锅炉冷态上水和点火初期阶段，能够测量汽包水位并远传至DCS系统，代替人眼观察云母水位计，从根源上实现锅炉上水和点火初期阶段汽包水位信号测量问题，提高整体系统的自动化管理。
进一步的，本发明还提供一种手/自动一体的信号切换装置，用来在适宜的工况下将磁浮/磁致水位测量信号无扰切换至差压水位测量信号，在整个锅炉上水、点火、机组带负荷三个阶段，通过两种测量手段，使得工作人员可根据实际情况有效的实现全过程水位控制。
在上述实施例中，所述切换装置包含手动切换模块和自动切换模块，所述手动切换模块用于根据所述云母水位计和/或所述差压水位装置手动选择以所述云母水位计或所述磁浮水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。具体的，工作初始时，工作人员可参考云母水位计显示的汽包水位值，或结合差压水位装置输出的汽包水位值判断该汽包水位值是否合理，如合理则可根据该汽包水位值采用手动控制方式，以该汽包水位值作为参考值接入水位控制系统；如云母水位计显示的汽包水位值，或结合差压水位装置输出的汽包水位值显示的汽包水位结果不理想，以及其他不适合手动接入控制系统的情况下，工作人员可采用自动切换模块，由自动切换模块选择磁浮水位模块输出的汽包水位值作为初期参考值，以此接入水位控制系统。
为使得本发明所提供的汽包水位全程控制系统对接入水位控制更为精准，在本发明一优选的实施例中，还在所述自动切换模块中设置有监测模块，所述监测模块用于监测比较所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值，当所述比较结果小于预置第一阀值且汽包压力和主蒸汽流量大于预置的第二阀值并持续预定时间后，自动切换模块切换至所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。由于锅炉上水过程属于冷态模式，磁浮水位装置能够准确测量汽包水位值，而差压水位装置则需要通过汽包压力、温度和环境温度进行补偿，才能计算出实际水位，因此初期本发明采用磁浮水位装置输出的汽包水位值作为水位参考值，随着汽包加热升压后，汽包水位存在虚假水位现象，磁浮水位装置不具有温度和压力补偿功能，因此需要切换至差压水位计进行精确测量汽包水位，至于何时切换，本发明则通过监测模块分别实时监测所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值，以此，当两者差值到达预定阀值时，将水位参考值由磁浮水位装置提供转换至由所述差压水位装置提供，以此提供较为准确的水位参考值，减少后期接入水位控制系统时不必要的能源损耗。
其中，所述第一阀值可设置为30mm(毫米)。第二阀值可设置为20％机组额定蒸汽流量，时间建议取30分钟以上。当然，由于实际环境情况的不同，本发明对所述第二阀值并不做限制，本领域相关技术人员可根据实际需要设置所述第二阀值。
在上述汽包水位全程控制系统中，所述系统还包含信号接收装置，所述信号接收装置一端分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连接，用于接收所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值的测量信号；所述信号接收装置另一端与所述切换装置，用于将接收到的测量信号输入至所述切换装置。所述磁浮水位装置和所述差压水位装置与所述信号接收装置通过4～20mA电信号进行通信。
再请参考图1所示，现有技术中的汽包水位测量信号布置如图所示，该系统设置了人眼观测用的云母水位计和三个差压式水位变送器。本发明所提供的汽包水位全程控制系统与现有系统相比，设置了复数个磁浮水位模块，将其测量信号(4～20mA)远传至DCS系统，以此提供自动接入水位控制系统的汽包水位值参考。该磁浮水位模块能够测量锅炉冷态情况下汽包水位，并以电信号方式输出，解决锅炉上水和点火初期阶段水位信号连续测量问题。
同时，由于在锅炉升压机组带负荷阶段，随着差压水位计平衡容器凝结水凝满，锅炉汽包水位控制系统也可以差压水位信号为准进行控制；对此本发明提供了一种手/自动信号的切换装置，实现水位控制系统中测量信号的无扰切换，从磁浮水位信号切换至差压水位信号，保证水位自动控制的连续性，从而实现全过程水位控制。
在上述实施例中，所述手/自一体信号的切换装置工作原理如下：
(1)当运行人员将装置切换至手动模式下，运行人员自行判断磁浮水位计信号和差压水位计信号的准确性，并选择采用哪一种测量信号接入水位控制系统；
(2)当运行人员将装置切换至自动模式下，系统自动判断磁浮水位计信号和差压水位计信号的偏差，同时参考锅炉汽包压力和机组主蒸汽流量。当两种信号偏差小于30mm，并且汽包压力和主蒸汽流量大于运行人员预先设定的数值且持续一定时间后，信号切换装置自动输出差压水位计信号作为水位参考，接入水位控制系统。
按照图2所示，完成磁浮水位计和差压水位计测量信号的安装后，调试测量信号至4～20mA的工业标准模拟量信号传输电流等级的电信号远传输出；其后，将以上两种远传水位测量信号接入手/自一体信号切换装置；工作时，按照常规模式设计水位单/三冲控制系统，在DCS系统中组态水位控制逻辑，并下装，其全程水位控制系统的实现方案如下图3所示；通过图3所提供的控制模式即常规单/三冲控制模式，即可实现全程水位自动控制，不仅降低运行人员劳动强度，避免大量操作可能带来的误操作风险，而且节省了机组启动的绝对时间，减少了能源消耗；鉴于该模式为常用模式，因此本发明在此不再详述。
本发明所提供的汽包水位全程控制系统较现有技术的水位控制来讲，增加了具有远传电信号的磁浮水位计，为实现全过程水位控制提供必要条件。同时避免了锅炉冷态上水和点火初期阶段完全依靠运行人员肉眼监视水位，手动控制给水阀门来上水，大大降低了运行操作工作量；同时，采用的手/自一体信号切换装置，能够实现自动判断磁浮水位计测量信号和差压水位计测量信号差值，如果差值在设定的范围内能够自动切换测量信号，实现水位控制的无扰连续控制；作为机组实现APS的重要环节，本发明所提供的汽包水位全程控制系统在实际工作中提高了机组自动化水平，可操作性和控制安全性强，便于推广。
基于此，汽包水位全程控制系统对于燃气-蒸汽联合循环发电机组的余热锅炉水位控制，能否实现全程水位自动控制，直接影响到机组APS系统的整体性和完整性；通过本发明所提供的汽包水位全程控制系统，不仅降低运行人员劳动强度，避免大量操作可能带来的误操作风险，而且节省了机组启动的绝对时间，减少了能源消耗。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述系统包含：磁浮水位装置、差压水位装置和切换装置；
所述磁浮水位装置用于测量锅炉内汽包水位值，并将所述汽包水位值输出至远端；
所述差压水位装置用于通过液压获取锅炉内汽包水位值并显示输出；
所述切换装置分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连，用于比对所述磁浮水位装置输出的汽包水位值和所述差压水位装置输出的汽包水位值，根据比对结果，选择所述磁浮水位装置或所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统；
所述切换装置包含自动切换模块，所述自动切换模块还包含监测模块，所述监测模块用于监测比较所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值，当所述比较结果小于预置第一阀值且汽包压力和主蒸汽流量大于预置的第二阀值并持续预定时间后，自动切换模块切换至所述差压水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。
2.根据权利要求1所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述差压水位装置包含：复数个差压水位计。
3.根据权利要求1所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述磁浮水位装置包含：复数个磁浮水位模块，所述磁浮水位模块为磁浮水位计或磁致伸缩水位计。
4.根据权利要求1所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述系统还包含云母水位计，所述云母水位计用于显示所述锅炉内汽包水位值。
5.根据权利要求4所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述切换装置包含手动切换模块，所述手动切换模块用于根据所述云母水位计和/或所述差压水位装置手动选择以所述云母水位计或所述磁浮水位装置输出的汽包水位值作为水位参考，接入水位控制系统。
6.根据权利要求1所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述第一阀值为30mm。
7.根据权利要求1所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述系统还包含信号接收装置，所述信号接收装置一端分别与所述磁浮水位装置和所述差压水位装置相连接，用于接收所述磁浮水位装置和所述差压水位装置输出的汽包水位值的测量信号；所述信号接收装置另一端与所述切换装置，用于将接收到的测量信号输入至所述切换装置。
8.根据权利要求7所述的汽包水位全程控制系统，其特征在于，所述磁浮水位装置和所述差压水位装置与所述信号接收装置通过4～20mA电信号进行通信。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |