凝汽器热井液位控制系统的制作方法

本发明涉及凝汽器技术领域，尤其是涉及一种凝汽器热井液位控制系统。

背景技术：

热井是凝汽器下部收集凝结水的集水井，全称“凝汽器热井”，俗称“热水井”。安装在汽轮机表面式凝汽器底部的一种直立圆筒状部件，用以汇集由大量乏汽连续冷凝而生成的主凝结水，因外形似水井，故名热井。

汽轮机是利用蒸汽的内能经过透平级膨胀做功来驱动发电机、泵、风机与压缩机等的旋转动力设备，在电厂、钢铁、石化等领域应用十分广泛。凝汽式汽轮机的乏汽经过凝汽器后凝结为水，储存于凝汽器的热井中，再由凝结水泵将凝结水送入低压加热器或除氧器等后续流程设备中。热井液位过低或过高，会影响汽轮机的安全经济运行，当热井液位过高淹没凝汽器换热管时，会使换热器的换热面积减小，削弱换热效果，使汽轮机效率降低，同时会使凝结水过冷度增加，溶解于凝结水中的氧气增多，导致凝汽器到除氧器之间的管道阀门及加热器受到腐蚀，而且凝结水过冷使冷却水带走的热量增大，降低汽轮机的经济性；当热井液位过低时，会使凝结水泵气蚀，进一步会造成除氧器液位低，严重时会造成给水泵汽化，进一步影响锅炉正常给水。因此，需要设计凝汽器热井液位自动调节系统。

目前，凝汽器热井液位的调节都是通过控制凝结水主管及再循环管的流量来实现。在凝结水主管及再循环管各设置一台电动或气动调节阀，当机组在初始负荷或冷态条件下时，关闭凝结水主管调节阀，通过控制再循环管调节阀的开度来使热井液位保持在给定范围。当热井液位高于给定值时，开大凝结水主管的调节阀，同时逐渐关闭再循环管调节阀，使热井液位降低并维持在给定范围内；反之当热井液位低于给定值时，开大再循环管调节阀，同时逐渐关小凝结水主管调节阀，使热井液位逐渐升高。

但是当汽轮机处于启动工况或者汽轮机不在满负荷状态运行时，热井液位一直处于逐渐降低的状态，为了将热井液位维持在给定范围，就必须一直开启再循环管调节阀，使一部分凝结水通过再循环管回流到凝汽器热井中去，即凝结水泵的做功有一部分是专门用来维持热井液位的，这也就意味着目前这种控制热井液位的方式是非常不节能的。

针对汽轮机在启动工况、变工况及低负荷运行工况下造成的热井液位波动时，现有热井液位的控制方式存在不节能的缺陷，本发明提出了一种凝汽器热井液位控制系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供凝汽器热井液位控制系统，以解决现有技术中存在的汽轮机在启动或者低负荷工况下，热井液位控制系统不节能的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的凝汽器热井液位控制系统，包括液位变送器、中控室dcs与变频器，其中，

所述中控室dcs的输入端与所述液位变送器电连接，所述中控室dcs的输出端与所述变频器的通信接口电连接，所述变频器的电路输入端与工频电源电连接，所述变频器的电路输出端与电机电连接；

所述液位变送器与凝汽器下部的热井连接，用于检测热井液位变化并将检测到的液位上升或者下降信号传递给所述中控室dcs，同时所述中控室dcs将液位上升或下降的信号反馈给所述变频器，所述变频器根据上升或下降的信号进而控制电机的频率。

作为本发明的进一步改进，与凝汽器热井连通的凝结水主管上设置有第一凝结水泵、第二凝结水泵，所述第一凝结水泵上电连接有第一电机d1，所述第二凝结水泵上电连接有第二电机d2。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机d1、所述第二电机d2并联于所述变频器的电路输出端，所述第一电机d1与所述变频器的电路输出端之间设置有第二接触器km2，所述第二接触器km2的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接，所述第二电机d2与所述变频器的电路输出端之间设置有第四接触器km4，所述第四接触器km4的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机d1与所述工频电源电连接，且该电路上依次串联有第二断路器qf2、第一接触器km1与第一热继电器kh1，所述第一接触器km1的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接；

所述第二电机d2与所述工频电源电连接，且该电路上依次串联有第三断路器qf3、第三接触器km3与第二热继电器kh2，所述第三接触器km3的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接。

作为本发明的进一步改进，所述变频器的电路输入端与所述工频电源之间串联有第一断路器qf1。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机d1与所述第二电机d2的主路上分别并联有电流互感器。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机d1上安装有第一电机风扇。

作为本发明的进一步改进，所述第一电机风扇与所述工频电源电连接，且之间依次串联有第四熔断器fu4、第五接触器km5，所述第五接触器km5的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二电机d2上安装有第二电机风扇。

作为本发明的进一步改进，所述第二电机风扇与所述工频电源电连接，且之间依次串联有第五熔断器fu5、第六接触器km6，所述第六接触器km6的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：在本发明中采用变频电机驱动凝结水泵，同时取消凝结水主管和再循环管的调节阀；本发明中不再需要将凝结水泵出口多余的凝结水通过再循环管回流到热井中，凝结水主管也不需要调节阀去调节流量，仅需要变频水泵就可以控制热井液位；本发明采用变频电机来驱动凝结水泵，降低变频电机的频率，就起到了降低凝结水泵流量和轴功率的作用，升高变频电机的频率，就起到增加凝结水泵流量和轴功率的作用，本发明不仅节约能源，同时也降低了凝汽器热井液位控制系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有凝汽器热井液位控制系统示意图；

图2是本发明凝汽器热井液位控制系统示意图；

图3是本发明凝汽器热井液位控制系统原理图；

图4是本发明凝汽器热井液位控制系统电路原理图。

图中，1、液位变送器；2、中控室dcs；3、变频器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，现有技术凝汽器热井液位的调节都是通过控制凝结水主管及再循环管的流量来实现。在凝结水主管及再循环管各设置一台电动或气动调节阀，当机组在初始负荷或冷态条件下时，关闭凝结水主管调节阀，通过控制再循环管调节阀的开度来使热井液位保持在给定范围。当热井液位高于给定值时，开大凝结水主管的调节阀，同时逐渐关闭再循环管调节阀，使热井液位降低并维持在给定范围内；反之当热井液位低于给定值时，开大再循环管调节阀，同时逐渐关小凝结水主管调节阀，使热井液位逐渐升高。

由于现有技术的这种控制方式原理简单，自动化程度较高，所以在行业中得到了广泛的应用。但是这种控制方式有一个明显的缺陷一直未能引起重视，在这种控制方式中，单台凝结水泵的额定流量是按照汽轮机额定排汽流量的1.1倍选择的，而这种普通的工频水泵是无法调节流量的，也就意味着当汽轮机处于启动工况或者汽轮机不在满负荷状态运行时，热井液位一直处于逐渐降低的状态，为了将热井液位维持在给定范围，就必须一直开启再循环管调节阀，使一部分凝结水通过再循环管回流到凝汽器热井中去，即凝结水泵的做功有一部分是专门用来维持热井液位的，这也就意味着目前这种控制热井液位的方式是非常不节能的。然而保守估计我国目前至少有数千台发电及工业驱动用凝汽式汽轮机在运行，这种能量的浪费是非常巨大的。

本发明针对现有热井液位控制系统的缺陷，创造了另外一种完全不同的控制系统。离心泵的性能曲线会随着泵转速的改变而发生变化，一般情况下，泵的转速下降时，泵的流量和扬程均会下降。因此，用变频电机来驱动凝结水泵，降低变频电机的频率，就起到了降低凝结水泵流量和轴功率的作用。在本发明中，采用变频电机驱动凝结水泵，同时取消凝结水主管和再循环管的调节阀。

如图2-4所示，本发明提供了一种凝汽器热井液位控制系统，包括液位变送器1、中控室dcs2与变频器3。

其中，中控室dcs2的输入端与液位变送器1电连接，中控室dcs2的输出端与变频器3的通信接口电连接，变频器3的电路输入端与工频电源电连接，变频器3的电路输出端与电机电连接；液位变送器1与凝汽器下部的热井连接，用于检测热井液位变化并将检测到的液位上升或者下降信号传递给中控室dcs2，同时中控室dcs2将液位上升或下降的信号反馈给变频器3，变频器3根据上升或下降的信号进而控制电机的频率。

具体的，当汽轮机的负荷发生变化导致热井液位下降时，液位变送器1将液位下降的信号传到中控室dcs2，同时中控室dcs2给变频器3反馈一个降低频率的信号，变频器3在不改变电压的情况下降低电机的频率，从而降低电机和凝结水泵的转速，以达到减小凝结水泵流量的作用；当热井液位逐渐稳定在给定范围时，中控室dcs2不再给出让变频器3降低频率的信号，变频电机的频率也逐渐维持恒定。此时凝结水泵的流量约等于汽轮机的排汽流量，热井液位会一直维持在给定范围。反之当热井液位升高时，只需要提高凝结水泵的转速，直到热井液位维持在给定范围即可。

作为一种可选的实施方式，与凝汽器热井连通的凝结水主管上设置有第一凝结水泵、第二凝结水泵，第一凝结水泵上电连接有第一电机d1，第二凝结水泵上电连接有第二电机d2。

本发明的凝结水主管上设置有两个凝结水泵，两个凝结水泵能够协同工作，当第一凝结水泵工作时，第二凝结水泵可以休息；当第一凝结水泵休息时，第二凝结水泵可以工作。两个水泵协同工作，从而延长了整个凝气器热井液位控制系统的使用寿命。

作为一种可选的实施方式，第一电机d1、第二电机d2并联于变频器3的电路输出端，第一电机d1与变频器3的电路输出端之间设置有第二接触器km2，第二接触器km2的线圈与中控室dcs的输出端电连接，第二电机d2与变频器3的电路输出端之间设置有第四接触器km4，第四接触器km4的线圈与中控室dcs的输出端电连接。

中控室dcs通过控制第一接触器km1与第四接触器km4的通断状态来控制第一电机d1与第二电机d2的工作状态。当中控室dcs的输出端向第一接触器km1发出工作信号时，第一接触器km1的线圈通电，第一接触器km1由常开状态转向闭合状态，第一电机d1开始工作；当中控室dcs的输出端向第一接触器km1发出失效信号时，第一接触器km1的线圈断电，第一接触器km1由闭合状态转向常开状态，第一电机d1停止工作。同理。第二电机d2的控制也是如此。

作为一种可选的实施方式，第一电机d1与工频电源电连接，且该电路上依次串联有第二断路器qf2、第一接触器km1与第一热继电器kh1，第一接触器km1的线圈与中控室dcs的输出端电连接。

第二电机d2与工频电源电连接，且该电路上依次串联有第三断路器qf3、第三接触器km3与第二热继电器kh2，第三接触器km3的线圈与中控室dcs的输出端电连接。

第一接触器km1与第三接触器km3的线圈与中控室dcs的输出端电连接，中控室dcs能够控制第一电机d1与第二电机d2是否接入工频电源，当汽轮机处于满负荷工作状态时，中控室dcs向第一接触器km1发出工作信号，线圈通电，第一接触器km1由常开状态转向闭合状态，此时的第一电机d1接入的是工频电源，以工频工作。第一电机d1工作一段时间之后，可以通过中控室dcs的控制，第一电机d1休息，第二电机d2进入工作状态。

第二断路器qf2与第三断路器qf3能够在发生故障时与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，从而保证系统安全运行。第一热继电器kh1与第二热继电器kh2主要用于第一电机d1与第二电机d2的过载、及对其它电气设备发热状态的控制，目的是防止电机等设备长时间严重过载，而导致的电机等设备绝缘老化加速、使用年限缩短、甚至烧毁的现象发生。

作为一种可选的实施方式，变频器的电路输入端与工频电源之间串联有第一断路器qf1。第一断路器qf1能够在发生故障时与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，从而保证系统安全运行。

作为一种可选的实施方式，第一电机d1与所述第二电机d2的主路上分别并联有电流互感器。电流互感器将较大的电流转变为较小的电流，便于使用者精确测量该主路上的电路。

作为一种可选的实施方式，第一电机d1上安装有第一电机风扇。第一电机风扇能够为第一电机d1及时降温，防止第一电机d1过热，避免安全事故的发生。

作为一种可选的实施方式，第一电机风扇与工频电源电连接，且之间依次串联有第四熔断器fu4、第五接触器km5，第五接触器km5的线圈与中控室dcs的输出端电连接。

第四熔断器fu4用于保护第一电机风扇，在电流过大的情况下，第四熔断器fu4能否断开电路，第五接触器km5在接收到中控室dcs输出端的信号时，线圈通电，第五接触器km5接通，第一电机风扇开始为第一电机d1降温。

作为一种可选的实施方式，第二电机d2上安装有第二电机风扇。第二电机风扇能够为第二电机d2及时降温，防止第二电机d2过热，避免安全事故的发生。

作为一种可选的实施方式，第二电机风扇与所述工频电源电连接，且之间依次串联有第五熔断器fu5、第六接触器km6，所述第六接触器km6的线圈与所述中控室dcs的输出端电连接。

第五熔断器fu5用于保护第二电机风扇，在电流过大的情况下，第五熔断器fu5能否断开电路，第六接触器km6在接收到中控室dcs输出端的信号时，线圈通电，第六接触器km6接通，第二电机风扇开始为第二电机d2降温。

本发明主要发现了现有热井液位控制系统的缺陷，利用了变频电机可调节水泵流量的特性，完美的解决了现有热井液位控制系统不节能的缺陷，达到了节能的效果，并且降低了设备成本。

本发明中不再需要将凝结水泵出口多余的凝结水通过再循环管回流到热井中，凝结水主管也不需要调节阀去调节流量，仅需要变频水泵就可以控制热井液位。

水泵扬程与电机转速平方成正比，水泵轴功率与电机转速立方成正比。即当水泵流量降低20％时，电机转速降低20％，水泵电耗降低50％。当水泵流量降低50％时，电机转速降低50％，水泵电耗降低87.5％。当汽轮机排汽流量降低时，通过降低变频电机的转速来降低凝结水泵的转速，从而达到降低凝结水泵轴功率的目的，以节约电能。以我公司某小型工业驱动用凝汽式汽轮机为例，汽轮机排汽流量约30t/h，水泵扬程要求为125米，配备的单台凝结水泵轴功率为30kw，若汽轮机一直运行在80％负荷，即变频水泵的流量可降低20％，那么水泵的轴功率可降低50％，这也就意味着使用变频水泵每小时可节省约15度电，每年保守按6000小时计算，则每年可节约90000度电。而这只是一台小型工业驱动用汽轮机的节电量，保守估计我国目前至少有数千台凝汽式汽轮机在运行，这其中还有相当数量的大型发电用汽轮机，如果全部采用本发明来控制热井液位，那每年节省的电量将是非常巨大的。

另外本发明还可以显著降低热井液位控制系统的成本。上例列举的汽轮机，将工频水泵换为变频水泵增加投资约0.2万元，增加一台带变频器的变频控制柜约1万元。但是，本发明跟现有控制方式相比较节省了两台电动或气动调节阀，按本例的规格，两套含三阀组的电动调节阀至少需要约8万元，本发明的其它投资与现有技术基本相当。综合来看，本发明比现有控制系统节约成本约6.8万元。而本例选取的汽轮机排汽流量较小，对于排汽流量更大的机组，其节省的成本将更为可观。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应当涵盖在本发明的保护范围之内。