300 MW 亞臨界自然循環(huán)鍋爐汽包水位調(diào)整技術(shù)

范春林

（內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010206）

0 引言

在外界擾動(dòng)下，自然循環(huán)鍋爐汽包水位變化復(fù)雜。汽包水位調(diào)整是每個(gè)運(yùn)行人員面臨的一道難題，尤其是經(jīng)驗(yàn)相對(duì)欠缺的新員工。汽包水位調(diào)整得好，可以在事故情況下避免因汽包水位異常而造成機(jī)組滅火跳機(jī)的異常事故，否則會(huì)造成鍋爐干燒、汽輪機(jī)進(jìn)水等惡性事故，所以調(diào)節(jié)好汽包水位是每個(gè)運(yùn)行人員必須要好好研究的事情。不同于大多數(shù)研究汽包水位調(diào)整的文章，本文著重介紹在各種機(jī)組運(yùn)行工況下和事故工況下汽包水位的調(diào)整和變化規(guī)律，先通過公式研究了汽包水位變化的原因和各因素影響汽包水位的能力大小，虛假汽包水位主要是由什么因素主導(dǎo)的，并提出了一種全新的汽包水位調(diào)整手段。

通過了解虛假水位的主要影響因素，揭示了鍋爐瞬時(shí)蒸發(fā)量的變化方向和大小與汽包虛假水位的變化方向與大小呈近似等比關(guān)系，這樣就能快速判斷汽包虛假水位變化的方向和大小，降低對(duì)運(yùn)行人員素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)的要求，大大提高調(diào)整汽包水位的效率和準(zhǔn)確性，解決了以往需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去判斷各種工況下汽包虛假水位變化方向的弊端，是一種簡(jiǎn)單、易學(xué)的汽包水位調(diào)整方法。

1 鍋爐汽包水位變動(dòng)的計(jì)算

基于文獻(xiàn)[1]，以鍋爐的瞬間蒸發(fā)量D 描述的汽包水位變動(dòng)

計(jì)算式：

式中 Wsm——鍋爐給水量

Wqb——鍋爐蒸發(fā)量

Vup——汽包水面上容積

Vdown——汽包水面下容積

ρ′——飽和水密度

ρ′′——飽和蒸汽密度

h——汽包水位

Rb——汽包汽水界面面積

P——汽包壓力

D——鍋爐的瞬間蒸發(fā)量

Vx0——汽包水下蒸汽所占容積初始穩(wěn)態(tài)值

D0——鍋爐的瞬間蒸發(fā)量初始穩(wěn)態(tài)值

由上式可知，汽包水位的變化不僅取決于給水流量與鍋爐蒸發(fā)量的平衡情況、汽包壓力變化情況，還取決于瞬時(shí)蒸發(fā)量的變化情況。而且由于汽包壓力變化相對(duì)較慢，所以汽包干度的變化量大小、變化快慢（即瞬時(shí)蒸發(fā)量的變化量，變化快慢，兩者接近等比例關(guān)系）就決定了汽包虛假水位的大小和快慢。

2 通過汽包水位變動(dòng)計(jì)算式對(duì)汽包水位變動(dòng)時(shí)的規(guī)律歸納

（1）汽包水位變化有自平衡性。擾動(dòng)因素產(chǎn)生的影響有兩種：一是使蒸發(fā)區(qū)工質(zhì)質(zhì)量發(fā)生變化，二是使蒸發(fā)區(qū)工質(zhì)參數(shù)發(fā)生變化。這兩種變化都會(huì)造成汽包壓力和溫度的變化，促使汽包金屬產(chǎn)生蓄熱、放熱作用，推進(jìn)汽包工質(zhì)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。汽包內(nèi)工質(zhì)參數(shù)（壓力、干度）變化率由大變小，汽包水位的變化率也隨之由大到小，出現(xiàn)了一種自平衡現(xiàn)象。

（2）汽包水位最終變化取決于質(zhì)量收支，但在受到擾動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)，主要由壓力變化率、干度變化率（與鍋爐的瞬間蒸發(fā)量變化率有近似線性的同向變化關(guān)系）決定。隨著汽包水位受外界擾動(dòng)最終產(chǎn)生自平衡，汽包質(zhì)量收支影響逐漸增強(qiáng)，汽包水位變化的最終方向取決于給水流量和鍋爐蒸發(fā)量的匹配關(guān)系。

（3）汽包水位瞬間變化取決于汽包內(nèi)蒸汽的平均比焓，而平均比焓的變化率又正比于鍋爐的。焓與比容是正比關(guān)系，平均比焓發(fā)生變化時(shí)平均比容也發(fā)生同向變化，汽包水位也就發(fā)生了變化。例如：給水量的增加，因給水“欠焓”使平均比焓減小；汽包出口蒸汽量的增加使得金屬放熱，平均比焓會(huì)增大；鍋爐加熱量的增加，使平均比焓同時(shí)增大。通過平均比焓的增減分析，就可以確定汽包水位的變化方向和速度。

3 事故情況下的汽包水位調(diào)整

在汽包水位調(diào)節(jié)過程中，無論遇到什么情況、什么樣的虛假水位，第一要?jiǎng)?wù)是維持汽包水位在正常范圍之內(nèi)。視汽包水位變化的情況，在平時(shí)給水流量和蒸汽流量匹配的流量差的基礎(chǔ)上，增加或減少100～200 t/h 給水流量，在虛假水位結(jié)束、汽包水位回頭后立即收水，否則會(huì)造成汽包水位過調(diào)節(jié)，發(fā)生汽包水位調(diào)整事故。在這期間可靈活運(yùn)用開關(guān)給水泵再循環(huán)門，解除機(jī)組協(xié)調(diào)至BASE 方式（BASEMODE 基本方式）增減大機(jī)調(diào)門開度等方式調(diào)節(jié)鍋爐給水和鍋爐蒸發(fā)量，但大機(jī)調(diào)門動(dòng)作幅度不宜過大。第二要?jiǎng)?wù)是維持鍋爐蒸發(fā)量與給水流量在調(diào)節(jié)過程中不產(chǎn)生過大偏差：如果大的偏差是因?yàn)榇髾C(jī)調(diào)門動(dòng)作過大、過快造成的，則必須將協(xié)調(diào)解除至BASE 方式，調(diào)節(jié)大機(jī)調(diào)門使得鍋爐蒸發(fā)量與給水流量再次匹配；如果不匹配是由于燃料減少過多造成的，必須立即加煤、投油阻止鍋爐蒸發(fā)量快速下降的趨勢(shì)，而燃料增加過快造成主汽壓力和鍋爐蒸發(fā)量快速上漲的情形，則需要快速減煤、撤油，協(xié)調(diào)解除至BASE 方式。需要注意的是，增加大機(jī)調(diào)門開度但不能太快，以免造成汽包虛假水位和負(fù)荷劇烈波動(dòng)甚至發(fā)生發(fā)電機(jī)超負(fù)荷事故。

總之，調(diào)整汽包水位的關(guān)鍵就是盡量維持給水流量、鍋爐蒸發(fā)量、汽包壓力盡量小的波動(dòng)，這樣汽包的虛假水位就完全在給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的可控制范圍之內(nèi)，尤其是汽泵調(diào)節(jié)水位時(shí)，如果小機(jī)工作汽源只是四段抽汽，隨著機(jī)組負(fù)荷的下降或上升，四段抽汽壓力也會(huì)跟著下降或上升，這樣在機(jī)組負(fù)荷大幅擺動(dòng)時(shí)汽泵照樣可以自動(dòng)穩(wěn)定調(diào)整的能力。只要給水流量、鍋爐蒸發(fā)量、汽包壓力波動(dòng)不快，汽泵就完全調(diào)得過來，這在內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電廠的運(yùn)行實(shí)踐中已經(jīng)被反復(fù)驗(yàn)證過。

內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電廠300 MW 亞臨界機(jī)組配套的是一臺(tái)100%BMCR（Boiler Maximum Continuous Rating，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）負(fù)荷的汽泵和一臺(tái)50%BMCR 負(fù)荷電泵，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較大時(shí)遇到汽泵跳閘、電泵聯(lián)啟后出力達(dá)不到50%BMCR 負(fù)荷下的流量，較設(shè)計(jì)出力小了很多。如果主汽一直維持接近額定壓力的情況，電泵甚至?xí)淮蛩Ｋ?，?dāng)發(fā)生事故時(shí)協(xié)調(diào)不切汽機(jī)給隨方式（TFMODE）而切BASE 方式，給水壓力就能均勻下降、保證電泵出力。同時(shí)，由于汽包壓力不斷下降，鍋爐放出了蓄熱，增加了鍋爐蒸發(fā)量，減緩了鍋爐蒸發(fā)量快速下降的趨勢(shì)，使得汽包水位調(diào)整變得相對(duì)簡(jiǎn)單，保證給水流量的調(diào)整。

4 結(jié)論

從理論上分析造成汽包水位變化的3 個(gè)因素，分別是：給水流量與鍋爐蒸發(fā)量的收支不平衡、汽包壓力的變化以及汽包內(nèi)蒸汽的平均比焓的變化。其中，汽包內(nèi)蒸汽的平均比焓的變化是造成汽包虛假水位的主要原因。這樣，就可以提前調(diào)整汽包虛假水位的大小和方向，再運(yùn)用給水流量、鍋爐蒸發(fā)量、燃料量3 個(gè)方面綜合調(diào)整的方法，盡量減少給水流量和鍋爐蒸發(fā)量的波動(dòng)幅度，通過調(diào)節(jié)燃料量穩(wěn)定汽包壓力，達(dá)到安全、穩(wěn)定調(diào)整汽包水位的目的。同時(shí)，將協(xié)調(diào)方式切換至BASE 的控制方式，有效降低了汽包壓力，利用鍋爐的蓄熱減緩了鍋爐蒸發(fā)量的下降速度，為鍋爐給水和凝結(jié)水調(diào)整爭(zhēng)取了時(shí)間，使得汽泵可以在投入自動(dòng)情況下平穩(wěn)工作，保證電泵可以隨時(shí)正常出力，是一種值得推廣的新的汽包水位調(diào)整方法。