火力发电厂热控仪表取样管路电伴热装置优化改造研究

2021-03-29张洋

应用能源技术 2021年2期

张洋

(晋能控股山西电力塔山发电公司，大同 037006)

0 引言

A火电厂的锅炉每到冬季水汽管极易出现上冻情况，进而影响设备的正常运行，为解决这一问题，铺设电伴热带，令水汽管维持在相对稳定的温度环境中已经成为一项极为重要的工作。然而当前部分火电厂应用的电伴热装置不能完全满足设备正常运转的需要，因此对其进行优化改造成为了一项迫在眉睫的工作。

1 优化改造火力发电厂热控仪表取样管路电伴热装置的意义

2 优化改造火力发电厂热控仪表取样管路电伴热装置的方法

2.1 电伴热装置存在的问题

2.1.1 设备方面

改造前的伴热装置电路，如图1所示，当前A火电厂仪表保护柜内的伴热带的连接方式为并联，端子排列的左侧是伴热带并联短接线，右侧白线是铠装伴热带引线，在并联伴热带过多的情况下，通过温度控制器的电流将会大幅度增加，由计算公式Q=I2Rt可以了解到，温度控制器内部导体产生的热量也会不断提升，并且随着时间的增加，那么产生的热量值也会不断增大，微动开关出现短路或断路的情况，进而导致伴热带处于一直加热或一直不加热的状态。

图1 改造前的伴热装置电路图

2.1.2 控制回路方面

当前A发电厂所使用的电伴热装置的设计存在一定的问题，具体来说，首先，该装置的控制回路中没有将强电与弱电进行有效地隔离，使得控制系统的稳定性较差；其次，该装置并没有送往程控的超温警告输出信号与反馈信号，导致程控方面无法对仪表保护柜的具体状态进行实时监测；最后，该装置并没有安装完善的超温保护断电机制，这一问题的存在大大增加了着火灾风险管控的难度。

2.2 电伴热装置的改造原理

A发电厂所使用的温度控制器属于压力式温度控制器，主要是通过温度调节旋钮与凸轮对相关工作人员所需的温度进行调节，该装置封闭温包内装有“湿饱和蒸汽”，其主要成分为制冷剂硇甲烷或者氟利昂，因为这两种物质均具备较低的沸点，在受热后容易气化膨胀，并且，温包通过毛细管与具备较高弹性的膜盒相连。其工作原理是，最初温度控制器的杠杆一端电触电处于闭合状态，当伴热带开始工作时，温度控制器在感受到温度升高后，温包内的饱和蒸汽将会吸热膨胀，进而导致温包内部的压力增加，并且增加的压力还会通过毛细管传到膜盒中，使得膜盒也随之发生膨胀，推动杠杆克服因弹簧拉力产生的力矩，逆时针转动，并且在温度达到某一数值时断开触点，此时，伴热带断电停止加热；而当温度低于某一数值时，温包内的饱和气体液化收缩，压力降低，杠杆一端的触点闭合，伴热带开始加热。通过这种循环往复的方式，发电厂不仅可以令取样管内的温度维持在一定的范围内，还可以达到节约电力的作用。对A发电厂应用的温度控制器回路进行分析可以发现，该装置共有八个并连在一起的伴热带，在长时间的工作过程中，电路的总电流将会不断增大，并且伴热带提供的热量也会急剧增加，若伴热带工作频率较高，那么压力温控器的微动开关发生热熔以及热变形的概率将会大大提升，导致伴热带处于一直加热或者一直不加热的状态，具体来说，若伴热带处于一直加热的状态，那么取样管路内的液体将会大量汽化；若伴热带一直处于停止加热的状态，取样管路内的液体可能会在低温环境下凝结成冰，进而对取样管温度测量造成不利的影响。

为避免上述问题的出现阻碍温度的正常测量，相关工作人员可以从两方面入手，对电伴热装置进行优化改造。具体来说，一方面，相关工作人员可以将原来由温度控制器微动开关直接控制伴热带运行情况的方式，改为由温度控制器微动开关控制交流接触器，然后由耐高温电流的交流接触器控制伴热带，从而达到隔离控制回路中强弱电的目的，提升电伴热装置工作的稳定性以及汽水取样系统工作的实效性，避免因微控开关出现热熔或热变形直接对伴热带造成影响的情况，保证了机组运行的稳定性。另一方面，相关工作人员可以通过在总控制回路上安装一个220 V继电器的方式，保证伴热带的正常运行，电路图如图2所示。在此过程中，继电器主要由柜内加热器的温控装置进行控制，并且继电器的一个常闭点应当与总电气回路相连，以便在柜内加热装置感受到柜内温度超过标准温度，存在火灾风险时，导通柜内加热器温度控制器的超温报警接点，断开继电器的动作常闭点，令整个控制回路处于断电的状态，从而达到保护电路安全的目的。并且在继电器常闭点断开后，控制回路的断电信号将会沿着控制电缆传输至DCS中，程控画面将会显示出该仪表保护柜中伴热装置的异常，便于相关工作人员对其进行处理，降低二次损失。与更换设备相比，在改造过程中增添交流接触器与继电器的价格比较少，并且施工操作较为简单，操作面也较为集中，在一定程度上减少了工作人员的改造难度与施工量[2]。

图2 改造后的伴热装置电路图

2.3 电伴热装置改造后的效果

由于伴热带的温度过高或过低都会造成取样管内部压力的变化，进而影响到工作人员对于锅炉汽水管路中工质压力与流量在DCS逻辑中的判断情况，因此，只有保证伴热带温度控制系统工作的稳定性，才能实现机组的正常运行，从而达到提升火力发电厂运营效益的目的。在对A火力发电厂热控仪表取样管路电伴热装置进行优化的过程中，相关工作人员主要通过将原有利用温度控制器的微动开关状态，控制伴热带回路的方式，改为利用温度控制器的微动开关，控制交流接触器线圈，并由该交流接触器上的合金触头控制伴热带的通断。同时，为降低火灾发生的可能性，相关工作人员在原有仪表保护柜中的柜内仪表加热控制回路上，加装了一组继电器，对保护柜内的超温风险进行监控，进而达到保障汽水取样系统工作稳定性的目的。在将优化成果投入A火电厂运行后，横向对比连续两年间，锅炉发生伴热带缺陷的概率下降了约75%，据统计，当下每次处理因伴热带出现问题而产生的维修材料费约1 000元，而人工检修费用约为8 000元。计算可知，每次设备的维护费用约为9 000元，经改造后，每台设备在一年间就可以为火电厂节约13.5万元的费用，由于A发电厂共有两台设备，因此每年该发电厂大约可以节省27万元的费用，这种情况的出现，不仅可以保障A火力发电厂的正常运营，降低了发电厂维护检修的成本，提升了该厂的生产效益，还提升了用户对电力使用的满意度，在一定程度上为我国电力行业的平稳运行以及稳步发展提供了助力[3]。