對(duì)高壓鍋爐汽包水位的分析及運(yùn)行中的控制

馬占輝

（北華大學(xué)，吉林 吉林 132021）

1 概述

在鍋爐運(yùn)行中，汽包水位正常與否是鍋爐及汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要條件之一。事實(shí)證明，在各項(xiàng)操作如升壓、并汽、帶負(fù)荷、正常運(yùn)行乃至停爐中，由于汽包水位的失控造成的事故屢見不鮮，給單位造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2 汽包水位運(yùn)行工況

汽包內(nèi)部汽水空間是沒有明顯分界面的，但在運(yùn)行中觀察汽包水位時(shí)，往往把汽包內(nèi)部看成是汽水兩空間。汽空間被蒸汽所充滿，水空間被飽和水所占有。

2.1 汽包實(shí)際水位運(yùn)行工況的不穩(wěn)定

汽包內(nèi)部水位很不穩(wěn)定，汽水混合物有從水面引入汽包的，也有從水下引入汽包的，汽水混合物沖擊著爐水，使水面形成波浪，同時(shí)汽包工作壓力不斷波動(dòng)，致使水冷壁中的水沸騰，起始位置不斷下降或升高。

2.2 汽水沒有明顯的分界面

在爐水中含有著汽泡，這些汽泡在接近水面處多，而汽包底部少，由底部到水面，水中的蒸汽含量逐漸增加，水份含量則減少，即爐水的重度自上而下逐漸減小，爐水的表面并沒有明顯界線。

2.3 沿汽包軸面水位分布情況

由于汽包沿軸向引入汽水混合物不相等，而造成汽包兩端水位偏低，中部有明顯的凸起，實(shí)際有時(shí)爐水含鹽量高，導(dǎo)致鹽段水位高于凈段，也有時(shí)出現(xiàn)兩端高的現(xiàn)象。對(duì)于高壓鍋爐汽包中部凸起高度可達(dá)100mm 以上。

3 汽包水位的幾個(gè)概念

3.1 實(shí)際水位

以汽包內(nèi)部工況分析，從汽包內(nèi)濕份分布曲線看是找不到汽水空間相連的部位，但可以找到重度變化最快的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)便定為汽包的實(shí)際水位，實(shí)際水位是決定蒸汽品質(zhì)的重要參數(shù)。

3.2 重量水位

在實(shí)際水位線以下的爐水中含有一定數(shù)量的飽和蒸汽，它們的平均重度水平為汽包壓力下的飽和水重度。假定汽包在瞬間與給水系統(tǒng)隔絕，汽包水空間中的蒸汽和汽泡都跑到汽空間，汽空間的水滴出落到水空間中，這時(shí)的水位為汽包的重量水位。

3.3 指示水位

從云母水面計(jì)看到的水位為指示水位。由于云母水面計(jì)的散熱使水面計(jì)中的水柱的重度增加，而使指示值偏低。

3.4 虛假水位

虛假水位指不真實(shí)水位。由于外界原因使汽包壓力突降，爐水飽和溫度下降到壓力較低的飽和溫度，此時(shí)爐水將大量放出熱量進(jìn)行蒸發(fā)汽化。于是爐水內(nèi)部的汽泡增加，汽水混合物體積膨脹，促使水位很快上升形成虛假水位。

4 影響汽包水位變化的因素分析

汽包水位在鍋爐運(yùn)行中是經(jīng)常變化的，引起水位改變的根本原因一是在于物質(zhì)平衡遭到破壞，即給水與蒸發(fā)量等的不平衡。二是工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化，如爐內(nèi)放熱量的改變，將引起蒸汽壓力和飽和溫度的變化，從而使水和蒸汽比容以及水容積中蒸汽泡數(shù)量發(fā)生變化，由此引起水位變化。

根據(jù)上述引起水位變化的根本原因可以歸納出影響水位變化的主要原因有鍋爐負(fù)荷、燃燒工況及給水壓力等。

4.1 鍋爐負(fù)荷因素影響水位變化的分析

蒸汽是給水進(jìn)入鍋爐以后逐漸受熱汽化而產(chǎn)生的。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，將引起蒸發(fā)受熱面中水的消耗量發(fā)生變化，因而必然會(huì)引起汽包水位發(fā)生變化。負(fù)荷增加如果給水量不變或者不能及時(shí)的相應(yīng)增加，則蒸發(fā)設(shè)備中的水量逐漸被消耗，其最終結(jié)果將使水位下降，反之將使水位上升。

在實(shí)際中，當(dāng)鍋爐工況變動(dòng)時(shí)，只要引起工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)就會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象。在鍋爐負(fù)荷的變化幅度和變化速度都很大時(shí)，則“虛假水位”的現(xiàn)象就比較明顯。

4.2 燃燒工況變化因素影響水位的分析

在外界負(fù)荷不變的情況下，燃燒強(qiáng)化時(shí)水位將暫時(shí)上升然后又下降。燃燒減弱時(shí)，水位暫降低然后又升高。這是因?yàn)槿紵r的改變使?fàn)t內(nèi)放熱量改變而引起工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化所至。

4.3 對(duì)給水壓力因素影響水位的分析

假如運(yùn)行中鍋爐的給水壓力發(fā)生變化，由于給水門開度沒做相應(yīng)改變，給水量將發(fā)生相應(yīng)的變化，從而破壞了給水與蒸發(fā)的平衡關(guān)系，引起汽包水位的波動(dòng)。如給水壓力升高，將使給水量增加，水位升高。反之給水壓力下降，給水量減少，水位降低。

4.4 其它影響水位變化的因素

如：排汽量的增加、爐管漏泄或爆管都將直接影響鍋爐水位，有的較明顯，有的不明顯，主要看擾動(dòng)量大小。

5 對(duì)汽包水位的控制調(diào)節(jié)

5.1 鍋爐啟動(dòng)中水位的控制

鍋爐在啟爐點(diǎn)火升壓過程中，工況變化較多，如燃燒不穩(wěn)。隨著汽溫汽壓的升高，排污量的改變，下部聯(lián)箱的放水，這些工況的變化都會(huì)對(duì)水位產(chǎn)生不同程度的影響。因此時(shí)水位調(diào)節(jié)器不能投入，須手動(dòng)控制，因此對(duì)水位的控制就要特別加強(qiáng)，并由專人監(jiān)視汽包水面計(jì)的指示，并加強(qiáng)對(duì)照。

在鍋爐升壓過程中水位的控制和調(diào)節(jié)應(yīng)密切配合各工況變化來進(jìn)行，具體分為以下幾個(gè)階段：

（1）點(diǎn)火升壓初期

點(diǎn)火初期爐水逐漸受熱、汽化，容積膨脹，水位逐漸升高，但此時(shí)還要繼續(xù)排污（為使水冷壁受熱均勻），因此應(yīng)根據(jù)排污量的多少和水位變化的情況，決定是否進(jìn)行補(bǔ)水。

（2）點(diǎn)火升壓中期

隨著鍋爐汽溫汽壓的升高及排汽量的增加（供點(diǎn)火管路排大氣或滑參數(shù)啟機(jī)）應(yīng)及時(shí)增加給水量，此期間在增加燃料量時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，做好預(yù)見性調(diào)整，防止水位降低。

（3）升壓過程的后期

在升壓后期有兩項(xiàng)主要工作，一是大修后或新安裝的鍋爐要進(jìn)行安全門定鉈，二是并汽。

已運(yùn)行的高壓鍋爐大修后安全門定鉈一般用改變?nèi)剂狭考芭盼哿縼砜刂茐毫?。?duì)新安裝的大型鍋爐在投運(yùn)時(shí)，安全門定鉈主安全門要?jiǎng)幼?，造成大量蒸汽突然外排，此時(shí)汽壓會(huì)迅速降低，而引起嚴(yán)重的虛假水位現(xiàn)象。

（4）鍋爐在帶負(fù)荷過程中水位的控制

帶負(fù)荷過程中，應(yīng)根據(jù)送汽量的增加，逐漸增加給水量，根據(jù)水量的大小，決定是用點(diǎn)火旁路、低負(fù)荷旁路和主給水調(diào)節(jié)門，以滿足鍋爐的供水，保持正常水位。

5.2 對(duì)虛假水位的控制

當(dāng)外界負(fù)荷急劇增加時(shí)，起初水位上升，這時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)當(dāng)明確從蒸發(fā)量與給水量的不平衡情況來看蒸發(fā)量大于給水量，因而這時(shí)水位上升的現(xiàn)象是暫時(shí)的，不可能無止境上升，而且很快就會(huì)下降。因而切不可立即關(guān)小給水門，應(yīng)當(dāng)做好強(qiáng)化燃燒和恢復(fù)水位的準(zhǔn)備。然后待水位開始下降時(shí)增加給水量，使其與蒸發(fā)量相適應(yīng)，恢復(fù)正常水位。

5.3 停爐過程中水位的控制

停爐過程中在控制減負(fù)荷的速度的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)的減少給水量，在減弱燃燒中，應(yīng)預(yù)見性控制好虛假水位。在熄火后根據(jù)設(shè)備的具體情況準(zhǔn)確限制給水量，防止水位過高。當(dāng)停止向汽機(jī)送汽后用過熱器疏水或點(diǎn)火管路降壓、冷卻，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)上相應(yīng)的水量，保持上部可見高水位。

5.4 鍋爐運(yùn)行中水位的控制與調(diào)節(jié)

鍋爐正常運(yùn)行中的水位控制調(diào)節(jié)主要是靠改變給水調(diào)節(jié)門的開度，即改變給水量來實(shí)現(xiàn)的。水位高關(guān)小給水門，水位低開大給水門，大型高壓鍋爐大都采用比較可靠的給水自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，自動(dòng)地調(diào)整給水量，保持汽包水位。

汽包水位的高低是通過水位計(jì)來監(jiān)視的，原則上以一次水面計(jì)為準(zhǔn)。一次水平計(jì)應(yīng)清晰可見，云母水位計(jì)內(nèi)部水位應(yīng)有輕微波動(dòng)。如果停止不動(dòng)，則可能是聯(lián)通管堵，應(yīng)進(jìn)行沖洗，以保證水面計(jì)時(shí)刻清晰、準(zhǔn)確。

為了監(jiān)視好汽包水位，不但在汽包裝有云母水面計(jì)，還在控制室裝有電子水位顯示記錄儀表、電接點(diǎn)水位表、機(jī)械水位表，先進(jìn)一些的還有工業(yè)電視，以便可靠地監(jiān)視水位。另外還有燈光、音響、報(bào)警提示運(yùn)行人員重視。

總之，只有在高壓鍋爐運(yùn)行中對(duì)汽包水位進(jìn)行詳細(xì)的分析，并針對(duì)分析結(jié)果采取行之有效的控制，才能在鍋爐的正常安全運(yùn)行的前提下，保證鍋爐生產(chǎn)的高效率和低消耗。

6 結(jié)語

本文主要探討了在生產(chǎn)實(shí)踐中如何對(duì)鍋爐汽包水位進(jìn)行有效的控制，以保證鍋爐安全而有效的運(yùn)行。對(duì)汽包水位的控制主要針對(duì)鍋爐在啟動(dòng)、運(yùn)行和停止過程中的工作狀況來采取相應(yīng)的必要措施，而對(duì)虛假水位的控制尤為重要。

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