300MW鍋爐汽包水位控制淺析

摘 要：鍋爐的汽包水位隨燃燒調整而不斷變化，水位過高，會使飽和蒸汽帶水，蒸汽品質惡化，造成過熱器積鹽結垢，甚至滿水事故;水位過低，會破壞鍋內水循環(huán)，引起干鍋。一般三沖量水位自動調節(jié)雖可以投入自動，但在燃燒調整較劇烈情況下，效果并不令人滿意。下面通過闡述虛假水位的產生機理，深入分析各種工況所引起的變化，以及如何應對來避免類似事件的發(fā)生。

關鍵詞：給水調節(jié);燃燒調整;汽包;汽水循環(huán);虛假水位

電廠鍋爐運行主要任務是使鍋爐的蒸發(fā)量適應外界負荷的需要，同時要控制汽包水位、壓力、溫度、蒸汽品質都在合格范圍內。汽包水位是機組運行的一個重要參數(shù)，它反映了給水量與供汽量的動態(tài)平衡關系。汽包水位過高或過低都會對機組的安全造成很大的威脅。汽包水位高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導致蒸汽帶水，使過熱器和汽輪機葉片結垢增加，影響機組壽命，更甚者使汽輪機發(fā)生水沖擊，損壞葉片，發(fā)生重大設備損壞事故。汽包水位低，會破壞水循環(huán)，導致水冷壁干燒，損壞水冷壁，嚴重干鍋時還會使汽包損傷，產生裂紋。所以汽包水位高低保護是機組的重要保護，正常運行時一定要投入和準確，沒有汽包水位測量信號以及保護無法投入機組不準投入運行。

以我廠汽包數(shù)據(jù)為例：媽灣電廠鍋爐汽包長度13106mm，內徑Φ1778mm，汽包中心線標高58660 mm，正常標準水位在中心線下228.6 mm。

表1媽灣電廠鍋爐水容積（m3）

部件

省煤器

汽包

水冷壁

過熱器

再熱器

合計

水壓試驗

49

35

98

177

101

460

正常運行

49

15

98

162

我廠鍋爐為控制循環(huán)汽包爐，汽包水容積相對較?。ㄕＫ莘e15M3），極小的擾動就可能造成汽包水位的大幅波動，若處理不當，極易造成事故，故此更應對汽包水位重點監(jiān)視。影響汽包水位的因素很多，但無外乎內擾和外擾。簡單的說，蒸汽壓力和流量是同方向變化的屬于內擾，反之是外擾。汽包水位的穩(wěn)定與鍋爐負荷（或燃燒）的變化有著密切的關系，當負荷變化時，即產生的蒸發(fā)量變化時，將引起蒸發(fā)受熱面中水的消耗量的變化，必將引起汽包水位的變化。所以水位的變化反映了鍋爐給水和蒸發(fā)量之間的平衡關系。在汽泵工作正常，鍋爐負荷的變化在正常波動的范圍內，是能夠維持正常的汽包水位的。但應注意區(qū)分汽包“虛假水位”，“虛假水位”就是暫時不真實的水位。當汽包壓力突然降低時，由于爐水飽和溫度下降到相對應壓力下的飽和溫度而放出大量熱量來自行蒸發(fā)，于是爐水內汽泡增加，體積膨脹，使水位上升，形成虛假水位。當汽包壓力突然升高，則對應的飽和溫度提高，一部分熱量被用于爐水加熱，使蒸發(fā)量減少，爐水中汽泡減少，體積收縮，促使水位下降，同樣形成虛假水位。

由于在汽包及系統(tǒng)中有相當一部分液體是處在非飽和狀態(tài)下，其過冷度會隨著工況而變動。在汽包液面以下的水容積中以及相連通的蒸發(fā)系統(tǒng)中有大量的蒸汽泡存在。它們的多少隨著工況的變化會有很大的不同，這點是影響鍋爐變工況的最主要的因素。液面下汽泡的產生與流動使得汽包內液面位置的變化并不單純取決于給水的質量平衡，使得在一定條件下出現(xiàn)所謂的“假水位”現(xiàn)象，這就是工況變動下水面汽泡的增多或減少使水位有瞬間的、與汽包內的物質平衡成反方向的變化。例如，在供汽量突然增大的情況下，內部蒸汽壓力的下降，由于飽和水的釋熱面增加了蒸汽的產生，會形成汽包內的“漲水”現(xiàn)象。而實際上，由于蒸汽量大于給水量，汽包內的存水量正在減少。汽包內的假水位現(xiàn)象的出現(xiàn)對于給水控制系統(tǒng)的設計是非常不利的因素，對此，必須給予充分的重視。

我廠汽包水位正常運行時是三沖量調節(jié)（汽包水位、給水流量、主蒸汽流量），其中汽包水位是主信號，給水流量是反饋信號，蒸汽流量是前饋信號，如下圖所示：

表2 媽灣電廠汽包水位三沖量調節(jié)示意圖

由于主汽流量為前饋信號，能消除虛假水位而造成的給水過調，也能根據(jù)主汽流量的變化提前發(fā)信號;給水流量是反饋信號，能消除擾動，起到穩(wěn)定性的作用，而汽包水位是主調量。三沖量的作用，使汽包水位正常運行使調整相對穩(wěn)定，汽包水位的動態(tài)調整也比較平穩(wěn)。由于受到給水泵性能的制約，汽包水位從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)需要一個過程，有相對的滯后。

影響汽包水位的主要因素有：鍋爐負荷，給水壓力，燃燒工況等。

機組啟動初期，由于鍋水未達到飽和溫度，所以增減燃料對水位的影響不是很大，這時汽包水位主要受給水量和排污量的控制，當給水溫度逐漸升高達到飽和溫度后，當飽和溫度是100℃時，水變成汽體積膨脹很多（1603倍），在鍋水中產生了大量的汽泡，這時汽包水位就會上升很快，這時只調整給水量（到零）和排污量（最大），汽包水位有可能也不會下降，我們就要用減弱燃燒來使水位降下來，主要方法有：降低燃油壓力或撤掉一只油槍，在鍋水溫度達到飽和溫度后，設定燃油壓力和增減油槍就要注意對汽包水位的影響，操作幅度要盡量的小一些，不要同時投入多只油槍，投油槍時將汽包水位控制的低一點，避免汽包水位虛假水位過大而保護動作。在機組啟動以及低負荷（小于75MW）時，汽包水位是單沖量（汽包水位）控制，因此汽包水位自動不是很好用，最好是手動調整，汽包水位如果投入了自動，也必須密切注意汽包水位，機組狀如有變化（燃燒、負荷、汽壓）要特別注意對汽包水位的影響。當負荷達到75MW時，給水自動為三沖量調節(jié)，這時最好將給水泵的自動投入，如果沒有什么特別的操作或設備出現(xiàn)異常狀況，汽包水位三沖量自動調整是比較可靠的。

正常運行中當負荷達到正常（大于180MW），汽包壓力也達到了正常值（17.5Mpa以上），燃燒變化就成了水位變化的主要因素，爐膛內燃燒加強，汽包水位就會先上升后下降，最后達到平衡，汽包水位上升就是由于燃燒加強造成水冷壁上升管中汽泡增加而造成的虛假水位。燃燒減弱，汽包水位就會先下降后上升，最后到平衡，同樣水位下降也是由于虛假水位的原因。以上說明只要燃燒發(fā)生變化就會產生虛假水位，所以大家在調整燃燒時一定要關注汽包水位的變化。

當鍋水飽和溫度為360℃時，飽和蒸汽和飽和水的容積比是3.67比1，所以壓力越高虛假水位越小，這就是為什么機組啟動過程中汽包水位比平時更難控制的原因。正常運行啟停磨煤機時汽包水位變化不大，那是由于燃燒加強和減弱是一個逐漸加強和減弱的過程，三沖量給水可以控制汽包水位在正常范圍。如果燃燒突然加強，水位就會有一個大的變化，如果變化量太大，就可能使汽包水位保護動作，所以在作燃燒調整時要注意以下方面：

（1）在投油槍時，最好不要動噴燃器擺角和增加燃料以及調整磨煤機風量，因為能量疊加很有可能會造成水位大幅上漲。

（2）在磨煤機發(fā)生堵煤時，要特別關注負荷下降了多少，如果負荷下降比較多，就要對堵煤的磨煤機風量調整的幅度小一點，必要時還要減少其它磨煤機的煤量。尤其在汽包壓力比較低的時候，由于虛假水位更厲害，所以堵煤影響更大，更要注意。

（3）調整磨煤機風量最好要手動調整，不要用改變磨出口溫度定值來增加或減少磨煤機風量，因為那樣調整會使磨煤機風量變化很大（會使熱風門快速關小或開大），很容易造成堵煤或吹入爐膛大量煤粉，對汽包水位影響很大。

（4）當磨煤機發(fā)生跳閘后，再次啟動一定要預先打開冷風門將磨煤機中的殘留煤粉吹掉，以免啟磨后大量煤粉進入爐膛爆燃，對汽包水位有影響。

（5）調整燃燒一定要平緩，不開大幅調整，尤其是對某一參數(shù)同時有影響調整，不開同時進行，這樣對鍋爐的其它參數(shù)才不會有太大的影響，機組的各種自動功能才能正常發(fā)揮作用。

鍋爐在運行中時刻都在調整燃燒，而燃燒調整與汽包水位又有直接聯(lián)系?？偟脑瓌t是當燃燒加強時，鍋水汽化加強，水體積膨脹，因而使水位暫時升高，由于產生的蒸汽不斷增加，使汽壓升高，相應提高了飽和溫度，鍋水中的汽泡含量減少，水位又下降。燃燒減弱時，水位變化和上述相反。所以，調整燃燒時一定注意水位變化情況，不能被虛假水位所蒙蔽，更不能采用頻繁的過調手段，切實處理好燃燒與水位的關系。

作者簡介：閆寶，男，（1981.01-），民族：漢，籍貫：河南南陽，單位：華潤電力（海豐）有限公司，職稱：中級，學歷：本科，研究方向：熱能工程。