電站鍋爐汽包虛假水位問題研究

大唐洛陽首陽山發(fā)電廠 常 皓

電站鍋爐汽包虛假水位問題研究

大唐洛陽首陽山發(fā)電廠 常 皓

水位是汽包鍋爐的命脈，維持正常汽包水位是鍋爐調(diào)整的一項基本任務(wù)。蒸發(fā)設(shè)備存水量隨著鍋爐容量的增大而減小，這個變化使蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)出質(zhì)量流量一旦有少量的不平衡就會引起水位迅速變化，如果處理不當(dāng)就會引發(fā)水位事故。調(diào)整水位，僅僅依靠維持蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)出質(zhì)量流量平衡是不夠的，必須處理好虛假水位問題。在機(jī)組啟動初期，虛假水位產(chǎn)生幾率較大，如果重視不夠就會因水位保護(hù)造成停爐或引發(fā)其他事故。

一、虛假水位的定義

不是由于蒸發(fā)設(shè)備中工質(zhì)進(jìn)出質(zhì)量流量不平衡引起的水位變化現(xiàn)象被稱為虛假水位，虛假水位只是相對于進(jìn)出質(zhì)量流量不平衡而言的，并不是不存在的，相反，它是可以進(jìn)行測量的可見的真實水位（測量錯誤除外）。虛假水位過高和過低都會引起水位保護(hù)動作甚至重大設(shè)備損壞事故。由于虛假水位變化劇烈，并且往往發(fā)生在機(jī)組運行工況不穩(wěn)定的時候，所以應(yīng)對虛假水位引起高度重視。

二、產(chǎn)生虛假水位的原因

汽包鍋爐的汽包、下降管、水冷壁可以看作一個連通容器。在研究虛假水位時，必須把水冷壁、下降管聯(lián)系起來綜合考慮。大唐洛陽首陽山發(fā)電廠二期300MW的鍋爐型號為DG1025/ 16.7-π2，正常運行時汽包水容積為23m3，但水冷壁水容積為158m3。由于液態(tài)水的比容隨壓力和溫度變化很小，但當(dāng)水發(fā)生汽、液變化時它們的比容變化很大，并且倍數(shù)隨壓力和溫度變化也很大，因此可以得出這樣一個結(jié)論，水冷壁內(nèi)的氣泡多少及變化速度（或干度）是引起汽包虛假水位的關(guān)鍵因素。通過查閱水蒸氣表，可以計算出不同壓力下飽和蒸汽比容是飽和水比容的倍數(shù)，見表1。

表 1 不同壓力下，飽和蒸汽、飽和水比容及其倍數(shù)

由表1可知，汽包虛假水位的實質(zhì)是因為水冷壁內(nèi)的氣泡多少變化引起的。但是引起氣泡多少變化因素分析，從實質(zhì)上看是水冷壁內(nèi)汽水的溫度和壓力變化幅度所致，從現(xiàn)象上看是內(nèi)擾和外擾所致。

三、在特殊的工況下，造成虛假水位主、次要原因的變化

水汽的溫度和壓力對汽包水位的影響作用是反方向的，在不同工況下，影響因素有所不同。在機(jī)組加負(fù)荷時，由于燃料量的增加，燃燒強(qiáng)度增加，水冷壁吸熱量迅速增加，水冷壁內(nèi)的水會因溫度升高形成大量氣泡，此時即使不增加給水流量，汽包水位也會有較快的增長。隨著壓力升高，對應(yīng)飽和溫度也要升高，一些氣泡會重新變成水，所以壓力升高會使汽包水位降低。但是此工況下水溫升高是導(dǎo)致汽包水位快速升高是主要因素，壓力增加導(dǎo)致汽包水位降低是次要原因。

鍋爐極熱態(tài)啟動點火時，汽包水位有突降的現(xiàn)象，就是影響汽包水位變化的主要因素和次要因素發(fā)生變化的結(jié)果。其原因是鍋爐剛滅火后，因爐膛溫度急劇下降，水冷壁吸熱迅速減少，水冷壁管內(nèi)的氣泡大量破滅為液態(tài)水，引起汽包水位急劇下降，此時操作人員將會大量補(bǔ)水，雖然鍋爐已經(jīng)滅火，但爐膛溫度仍然較高，水冷壁內(nèi)的液態(tài)水會逐漸汽化，產(chǎn)生氣泡，在點火前汽包水位呈上升趨勢，操作人員會暫時中斷給水。此時鍋爐點火后，只要汽包壓力稍有增加，對應(yīng)的飽和溫度提高，水冷壁內(nèi)的汽水混合物溫度低于飽和溫度，大量的氣泡會重新變成水，導(dǎo)致汽包水位急劇下降。這種工況下，壓力升高使水冷壁內(nèi)氣泡破滅，導(dǎo)致汽包水位快速下降變?yōu)橹饕蛩?，此時操作人員發(fā)現(xiàn)水位降低會加大補(bǔ)水量，因補(bǔ)水水溫較低將會使水冷壁內(nèi)氣泡迅速減少，導(dǎo)致水位繼續(xù)下降。在停爐后，打開汽機(jī)高壓旁路時，汽包壓力下降快，水冷壁內(nèi)的水更容易汽化成蒸汽，鍋爐點火后，只要汽包壓力稍有增加，氣泡變成水的作用就更加強(qiáng)烈。并且主氣壓越低，氣泡變?yōu)樗w積縮小的倍數(shù)就越大，那么產(chǎn)生汽包虛假水位的程度就越嚴(yán)重。

由此可以得出這樣的結(jié)論，鍋爐極熱態(tài)啟動時，水冷壁內(nèi)氣泡越多（或干度越大），點火后虛假水位越嚴(yán)重。

四、虛假水位現(xiàn)象的處理措施

鍋爐極熱態(tài)啟動時，壓力衰減越多，點火后虛假水位程度越深。所以在鍋爐極熱態(tài)啟動時，要做好以下幾點。

1.鍋爐滅火后，屬于停爐不停機(jī)時，啟動過程中嚴(yán)禁開啟汽機(jī)高、低壓旁路。同時，盡量將機(jī)組負(fù)荷降至最低（根據(jù)不同機(jī)組保證逆功率保護(hù)不動作或電廠用電需要即可）。

2.鍋爐滅火后，汽輪機(jī)已跳閘，鍋爐點火前，嚴(yán)禁開啟汽機(jī)高、低壓旁路。待鍋爐點火后汽包壓力上升，汽包水位穩(wěn)定后，再緩慢開啟汽機(jī)高、低壓旁路。

3.鍋爐點火后最初一段時間內(nèi)，盡量避免關(guān)閉汽機(jī)高、低壓旁路，如若調(diào)整，必須提醒注意汽包水位。需要時可以暫時開大汽機(jī)高、低壓旁路，待水位上升后再行調(diào)整。

4.鍋爐剛點火時，最好先投入2只油槍，避免同時投入多只油槍，從而減少壓力變化幅度。

5.操作人員監(jiān)視水位時思想要集中，一旦發(fā)現(xiàn)汽包水位突降，立即加大給水流量。

以上是筆者對鍋爐虛假水位的分析和探討，對鍋爐極熱態(tài)啟動時發(fā)生汽包水位突降現(xiàn)象的原因進(jìn)行了剖析，并提出了預(yù)防措施和處理方法。只有深刻了解了不同工況下造成汽包虛假水位的現(xiàn)象與原因，才能練就“火眼金睛”，不被汽包的虛假水位蒙蔽雙眼，確保電站鍋爐的安全穩(wěn)定運行。