CN1080704A - 锅炉汽包快速冷却监、控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉停炉后汽包快速冷却系
统及方法，它包括一套监测水位、温度及压力变化的
信号发生子系统，一套信号采集器及一套作为数据处
理并发出控制指令等的计算机子系统。其监控方法
是根据汽包内的水位，汽包上下和内外壁及过热器、
再热器的温差、降温、降压速率等自动控制上水、放水
及排汽，从而实现停炉后满水快速冷却。本发明可较
常规停炉冷却时间减少75％以上，且安全、可靠，有
效地提高了锅炉利用率及年发电量，具有显著的经济
效益。
Description
本发明属于锅炉停炉后，促使并保证汽包等快速、安全冷却的监测、控制系统及其方法。特别适合用作大型自然循环汽包锅炉停炉后对汽包快速冷却的监控，并可同时监、控高温过热器、再热器的冷却过程。
大型电站锅炉，特别是自然循环汽包锅炉，在停炉冷却过程中，应当保证厚壁部件，特别是汽包等的温度场尽可能均匀，以减少热应力，保证其安全和提高使用寿命。为达到此目的，过去一般都采用尽量减慢冷却和降压速度，使汽包上、下及内外壁温差控制在规定的范围内。此种方式难以控制汽包上、下壁温差，常常发生温差超限的情况，而冷却过程却拖得很长，影响锅炉的利用率及经济效益。以300MW锅炉为例，每多停炉一天就少发电720万千瓦小时。针对该弊病，国内、外一些电厂也曾采用满水停炉技术，该技术通过并依据给水流量表的指示算出进水量，从而估计汽包内的水位。采用该方法虽然在一定程度上可达到快冷的目的，但由于对汽包内水位本身缺乏有效的准确监控，因此，存在可靠性差，水位低了难于达到快冷的目的，水位过高又会造成锅水进入过热器而危及整个系统的安全等弊病。从而限制了该技术的推广应用。
本发明的目的在于设计一种在锅炉停炉后，对汽包水位进行准确监测并通过其温度场、降压速度及应力状态等对其进行有效控制的监、控系统及监控方法，以保证在锅炉停炉后向汽包注水过程中根据汽包等的状态准确控制注、放水速度及水位，使整个汽包内壁既能被水浸没，又不致于因发生水位过高造成锅水进入过热系统，从而达到加快锅炉停炉后的冷却过程，保证冷却过程的安全、可靠性，缩短总的停炉冷却时间、提高锅炉的有效利用率和寿命、增加发电量、提高经济效益等目的。
本发明是根据锅炉停炉（熄火）后汽包内的水位，上、下壁及内、外壁温差，降温、降压速率及高温过热器、再热器的冷却速度等作为控制信息，通过计算机系统自动控制上水、放水、排汽等（仍保留人工监测水位装置），从而实现锅炉满水快速冷却停炉以达到其目的。本发明的解决方案是在原有的直读式水位计，压力变送器、管道、汽阀、水阀及其控制器的基础上，增设一套以监测水位、温度及压力变化的检测装置为特征的信号发生系统;一套信号采集器及一套用于数据处理、状态显示并发出相应指令的计算机系统及其软件;温度检测装置通过热电偶及电信号导线分别与汽包上、下及内、外壁，高温过热器、再热器出口集箱及信号采集器联接，压力变化检测装置仍采用压力变送器进行，而通过增接于压力变送器上的电阻及其引出线与信号采集器联接;计算机系统则通过通讯电缆与信号采集器联接并通过导线向控制器输出指令以控制相应的水阀、汽阀等的开、闭;从而组成本发明的监控系统。本发明中：水位检测装置包括一套直读式水位计及一般不少于三套的高水位信号发生器组成：该信号发生器由起汽、水隔离作用的平衡容器和将压力差信号转变为电信号并送往信号采集器的差压变送器及与之相联的正、负压管路组成。为了保证数据的精确度，在各正压管路上还设有两处温度补偿测点，温度变化检测装置则包括在汽包内、外壁的上、下部，以及在高温过热器再热器出口集箱上分别设置一至数个温度采集点，通过热电偶进行温度检测并将其检测信号送入信号采集器的综合性温度检测装置;其中汽包内壁温度亦可通过中部导管和集中下降管的外壁温度采集点间接获取。而压力变化检测装置则是指装于汽包上以检测其压力变化的压力变送器和与之相接的电阻及其引出线，并通过该引出线将其信号输入信号采集器的装置。信号采集器包括两个信号采集板，其中一个为温度信号采集板，一个为压力信号采集板，两采集板均通过双芯屏蔽电缆与计算机上的网络板联接。计算机系统包括负责数据处理并发出控制指令的单板机、屏幕显示器、执行指令的控制器及其受控单元;该受控单元包括给水旁路调节阀，再热器排汽阀、事故放水阀。
本发明中汽包快速冷却监控方法是在锅炉熄火后，启动快速冷却系统，当计算机提示快冷系统投入条件已满足并经操作人员认可后，快冷系统投入运行且：
（1）通过直读式水位计1，直接对水位进行监视的同时，通过对水、汽起隔离作用的平衡容器2，及差压变送器5，组成的水位信号发生器将水位压力差信号及位于各正压管3，各补偿测点8上的热电偶采得的温度信号转变为电信号，再经信号采集器9将这些信号输入计算机10进行处理。
（2）通过布置于汽包内、外壁的上、下部及高温过热器16、再热器17上各温度检测点的热电偶将相应的温度信号送入信号采集器9，并通过信号采集器将各信号输入计算机进行处理;
（3）通过装于汽包上的压力变送器P将压力信号转变为电信号后亦经信号采集器9输入计算机10进行处理;
上述三方面的信号输入计算机后，分别经10·2水位数据处理及10·3应力数据处理后，再经10·4综合制判断：当水位高度、温度场分布的均匀性、压力变化速度任一参数达到要求的上限或下限值时，计算机便发出相应的指令，通过控制器11、控制相应的给水旁路调节阀13、或再热器排汽阀14、事故放水阀15等的开、闭动作，从而保证汽包及高温过热器，再热器在安全、可靠的前提下快速冷却。
本发明由于在锅炉停炉后采用水位检测装置自动检测水位，同时又根据汽包上下壁及内外壁的温差、降温、降压速率以及高温过热器、再热器的冷却速度等信号通过计算机系统进行数据处理并根据其结果控制汽包的上水、放水及再热器的排汽等。从而实现了在保证厚壁部件安全前提下的满水快速停炉冷却。本发明与常规技术相比，可将自然循环汽包炉的停炉冷却时间减少75%以上。以300MW锅炉为例：采用常规停炉冷却方式每次检修的冷却时间一般需36小时，而采用本发明则可降低到8小时以内，即采用此技术后可使每台锅炉的检修工期每年平均缩短3天左右，多发电2，000万千瓦小时以上，仅此一项即可净增纯利润100万元以上。因此本发明具有停炉时间短，快速冷却安全、可靠，能有效地提高锅炉的利用率及年发电量，具有显著的经济效益。
附图及附图说明
图1为本发明锅炉停炉快速冷却系统示意图;
图2为计算机自动控制流程示意图（框图）;
图3本发明排汽控制部分程序框图;
图4为水位控制部分程序框图。
图中：1、高位直读水位计，2、平衡容器，3、正压管路，4、负压管路，5、差压变送器，6、汽包，7、热电偶，8、平衡容器补偿温度测点（热电偶），9、信号采集器，10、计算机，11、控制器，12、电厂主机（计算机），13、给水旁路调节阀，14、再热器排汽阀，15、事故放水阀，16、过热器，17、再热器，18、蒸汽引出管;10·1采集数据缓冲区，10·2、水位数据处理单元，10·3、应力数据处理单元，10·4、综合判断及控制信号输出单元;11·1、给水旁路调节阀控制模块，11·2、再热器排汽阀控制模块，11·3、事故放水阀控制木块。
实施例
本实施例以300MW自然循环炉为例：
水位检测系统：在保留原高位直读水位计1的同时，增设三套平衡容器2和相应的三对正、负压管路3、4及与之配套使用的差压变送器5以组成高水位信号发生系统;为了保证数据的精确度，在三根正压管路4上还各增设两处采用铠装热电偶检测温度的温度补偿测点8;三套高水位信号发生装置分别安装在汽包左侧2套，右侧1套;各套发送的水位信号及作为校正数据用的来自温度补偿测点的温度信号（电信号），经信号采集器9输入计算机缓冲区10·1，并经水位数据处理单元10·2进行数据处理后再送综合判断及控制信号输出单元10·4;
温度检测系统：本实施例在汽包6左、右两则外壁的上、下各设置2个温度采集点（即热电偶7），用以检测汽包上、下外壁温度;在汽包中部蒸汽引出管18的外壁设一温度采集点以检测汽包内壁上部温度;在汽包6上左侧第4根集中下降管设一温度测点，以检测汽包内下壁温度;通过上述6个测点检测数据即可得知整个汽包的温度分布状态;在高温过热器16和高温再热器17的出口集箱上，沿其轴向均匀分布地各安置8个温度检测点;上述所有温度的检测均采用铠装热电偶作传感器。各热电偶采集到的温度信号均通过信号采集器9由通讯电缆传送到计算机的数据缓冲区10·1，经应力数据处理单元10·3处理后作为判断上述部件热应力状态的基础输往综合判断及控制信号输出单元10·4;
压力变化监测装置：仍通过原装于汽包上的压力变送器P采集其压力信号，并将该信号转变为电信号。本发明在该变送器后增设一阻值为250Ω的电阻及其引出线与信号采集器9联接并经采集器9将信号输入计算机缓冲区10·1，亦经应力数据处理单元10·2处理后作为判断汽包筒体的纵向截面上集中下降管开孔处的压应力状态的基础，输往综合判断及控制信号输出单元10·4;
上述三类经处理的信号输入10·4单元后，经综合判断给出指令并分别通过控制器11中的11·1或11·2、11·3控制相应的给水旁路调节阀13，或再热器排汽阀14、事故放水阀15的开、闭本发明由于对水位进行了有效监控，且对两种上限应力取最小值，而对下限应力取最大值并同时限制了降压速度，从而将锅炉快冷过程中汽包上的应力有效地控制在允许的应力变化范围内。因此，确保了锅炉停炉后能在安全、可靠的条件下实现快速冷却以提高其经济效益等目的。
本实施例在使用中：
当锅炉炉膛熄火后，启动控制系统，首先判断机组状况，看是否可投运快冷系统，若条件不满足则等待，若快冷系统投入条件已满足并经操作人员认可后便可投入自控快冷运行。其计算机工作过程：
排汽控制部分（附图3）
A：A1：置延时;
A2：采集数据并存储;
A3：延时时间到（本实施例为10分钟）则转B1，否则转A2;
B：B1：压降速度计算;
B2：若压降速度低于预设额定值，则转C1，否，转B2，
B3：判断锅炉快冷结束条件具备否，具备转E4，否，转B4;
B4：高温再热器、过热器部件温差计算;
B5：若压降速度高于预设上限值，则转B1，否，转B6;
B6：若温差合格，则转B1;
C：C1：开排汽阀、置延时;
C2：压降速度计算;
C3：若压降速度高于预设上限值，则转C6;
C4：若延时时间到（5分钟），则转C6，否，转C5;
C5：采集数据：转C2;
C6：关排汽阀;
D：D1：置延时;
D2：延时时间到（30分钟），则转E1;
D3：压降速度计算;
D4：高温过热器，高温再热器部件温差计算;
D5：若锅炉快冷结束条件具备，则转E4;
D6：若温差合格，转D2;
E：E1：若压降速度高于预设额定值，则转D1;
E2：若压降速度低于预设下限值，则转C1;
E3：判断温差合格否，合格，转D1;否，转C1;
E4：锅炉全面放水，快冷结束。
水位控制部分（附图4）
G：G1：满水条件具备否？否，转G1，是，转H1;
H：H1：上水，转H2;
H2：水位是否到指定位Ⅰ？是，转H3;否，转H2;
H3：结束上水，转I1;
I：I1：满水结束条件是否具备，是，转P1，否，转J1;
J：J1：水位是否到指定位置Ⅱ，是，转J2;否，转K1;
J2：放水，转J3;
J3：水位是否到指定位置Ⅲ，是，转J4;否，转J3;
J4：结束放水，转M1;
K：K1：水位是否到指定位置Ⅳ，是，转K2;否，转M1;
K2：温差正常且水位是否到指定位置Ⅴ，是，转M1;否，转K3;
K3：上水，转K4;
K4：水位是否到指定位置Ⅵ，是，转K5;否，转K4;
K5：结束上水，转M1;
M：M1：温差正常，应力正常，压降正常且延时是否到1小时，是，转N1;否，转I1;
N：N1：放水，转N2;
N2：水位是否到指定位置，是，转N4;否，转N3;
N3：温差，应力，压降速度是否正常，是，转N2;否，转N4;
N4：结束放水，转O1;
O：O1：满水结束条件是否具备？是，转P1;否，转H1;
P：P1：快冷结束。
Claims (7)
1、一种锅炉汽包快速冷却监、控系统及方法，其中监控系统包括锅炉汽包本体，高温过热器、再热器以及直读式水位计、压力变送器，管道，汽阀、水阀及其控制器，其特征在于还包括一套以监测水位、温度及压力变化的检测装置为特征的信号发生系统：一套信号采集器及一套用于数据处理、状态显示并发出相应指令的计算机系统及其软件；温度检测装置通过热电偶及电信号导线分别与汽包内外壁的上、下部及高温过热器、再热器出口集箱及信号采集器联接；压力变化检测装置仍采用压力变送器进行，而通过增接于压力变送器上的电阻及其引出线与信号采集器联接；计算机系统则通过通讯电缆与信号采集器联接并通过导线向控制器输出指令以控制相应的水阀、汽阀的开、闭；从而组成本发明的监控系统。
2、按权利要求1所述锅炉汽包快速冷却监、控系统及方法，其特征在于所述水位检测装置包括一套直读式水位计及一般不少于三套的高水位信号发生器组成;该信号发生器由起汽、水隔离作用的平衡容器和将压力差信号转变为电信号并送往信号采集器的差压变送器及与之相联的正、负压管路组成，为了保证数据的精度，在各正压管路上还设有两处温度补偿测点。
3、按权利要求1所述锅炉汽包快速冷却监控系统及方法，其特征在于所述温度变化检测装置则包括在汽包内、外壁的上、下部，以及在高温过热器，再热器出口集箱上分别设置一至数个温度采集点，通过热电偶进行温度检测并将其检测信号送入信号采集器的综合性温度检测装置;其中汽包内壁温度亦可通过中部导管和集中下降管的外壁温度采集点间接获取。
4、按权利要求1所述锅炉汽包快速冷却监、控系统及方法，其特征在于所述压力变化检测装置是指装于汽包上以检测压力变化的压力变送器和与之相接的电阻及其引出线，并通过该引出线将其信号输入信号采集器的装置。
5、按权利要求1所述锅炉汽包快速冷却监、控系统及方法，其特征在于信号采集器包括两个信号采集板;其中一个为温度信号采集板，一个为压力信号采集板，两采集板均通过双芯屏蔽电缆与计算机上的网络板联接。
6、按权利要求1所述锅炉汽包快速冷却监控系统及方法，其特征在于所述的计算机系统包括负责数据处理并发出控制指令的单板机，屏幕显示器，执行指令的控制器及其受控单元;该受控单元包括给水旁路调节阀，再热器排汽阀，事故放水阀。
7、按权利要求1所述汽包锅炉快速冷却监、控系统及方法中的监控方法，其特征是在锅炉熄火后，启动快速冷却系统，当计算机提示快冷系统投入条件已满足并经操作人员认可后，快冷系统投入运行且：
（1）通过直读式水位计1，直接对水位进行监视的同时，通过对水、汽起隔离作用的平衡容器2，及差压变送器5组成的水位信号发生器将水位压力差信号及位于各正压管路3，各补偿测点8上的热电偶采得的温度信号转变为电信号，再经信号采集器9，将这些信号输入计算机10进行处理;
（2）通过布置于汽包内、外壁的上、下部及高温过热器16、再热器17上各温度检测点的热电偶将相应的温度信号送入信号采集器9，并通过信号采集器将各信号输入计算机进行处理;
（3）通过装于汽包上的压力变送器P将压力信号转变为电信号后亦经信号采集器9输入计算机10进行处理;
上述三方面的信号输入计算机后，分别经10·2水位数据处理及10·3应力数据处理后，再经10·4综合判断：当水位高度、温度场分布的均匀性、压力变化速度任一参数达到要求的上限或下值时，计算机便发出相应的指令，通过控制器11、控制相应的给水旁路调节阀13或再热器排汽阀14、事故放水阀15等的开、闭动作，从而保证汽包及高温过热器、再热器在安全、可靠的前提下快速冷却。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shenzhen Dongfang Boiler Control Co., Ltd. Assignor: Dongfang Boiler Plant Contract fulfillment period: 2008.4.10 to 2013.4.9 contract change Contract record no.: 2009440000236 Denomination of invention: Boiler steam manifold quick cooling monitoring system and method Granted publication date: 20001208 License type: Exclusive license Record date: 2009.4.7 |
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| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.4.10 TO 2013.4.9; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: SHENZHEN DONGFANG BOILER CONTROL CO., LTD. Effective date: 20090407 |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20010117 Termination date: 20100515 |