電站鍋爐汽包虛假水位問題研究

大唐洛陽首陽山發電廠 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整的一項基本任務。蒸發設備存水量隨著鍋爐容量的增大而減小，這個變化使蒸發設備進出質量流量一旦有少量的不平衡就會引起水位迅速變化，如果處理不當就會引發水位事故。調整水位，僅僅依靠維持蒸發設備進出質量流量平衡是不夠的，必須處理好虛假水位問題。在機組啟動初期，虛假水位產生幾率較大，如果重視不夠就會因水位保護造成停爐或引發其他事故。

一、虛假水位的定義

不是由于蒸發設備中工質進出質量流量不平衡引起的水位變化現象被稱為虛假水位，虛假水位只是相對于進出質量流量不平衡而言的，并不是不存在的，相反，它是可以進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動作甚至重大設備損壞事故。由于虛假水位變化劇烈，并且往往發生在機組運行工況不穩定的時候，所以應對虛假水位引起高度重視。

二、產生虛假水位的原因

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、下降管聯系起來綜合考慮。大唐洛陽首陽山發電廠二期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。由于液態水的比容隨壓力和溫度變化很小，但當水發生汽、液變化時它們的比容變化很大，并且倍數隨壓力和溫度變化也很大，因此可以得出這樣一個結論，水冷壁內的氣泡多少及變化速度（或干度）是引起汽包虛假水位的關鍵因素。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，見表1。

表 1 不同壓力下，飽和蒸汽、飽和水比容及其倍數

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

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。在機組加負荷時，由于燃料量的增加，燃燒強度增加，水冷壁吸熱量迅速增加，水冷壁內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致汽包水位快速升高是主要因素，壓力增加導致汽包水位降低是次要原因。

鍋爐極熱態啟動點火時，汽包水位有突降的現象，就是影響汽包水位變化的主要因素和次要因素發生變化的結果。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，水冷壁管內的氣泡大量破滅為液態水，引起汽包水位急劇下降，此時操作人員將會大量補水，雖然鍋爐已經滅火，但爐膛溫度仍然較高，水冷壁內的液態水會逐漸汽化，產生氣泡，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，對應的飽和溫度提高，水冷壁內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，導致汽包水位急劇下降。這種工況下，壓力升高使水冷壁內氣泡破滅，導致汽包水位快速下降變為主要因素，此時操作人員發現水位降低會加大補水量，因補水水溫較低將會使水冷壁內氣泡迅速減少，導致水位繼續下降。在停爐后，打開汽機高壓旁路時，汽包壓力下降快，水冷壁內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烈。并且主氣壓越低，氣泡變為水體積縮小的倍數就越大，那么產生汽包虛假水位的程度就越嚴重。

由此可以得出這樣的結論，鍋爐極熱態啟動時，水冷壁內氣泡越多（或干度越大），點火后虛假水位越嚴重。

四、虛假水位現象的處理措施

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

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

2.鍋爐滅火后，汽輪機已跳閘，鍋爐點火前，嚴禁開啟汽機高、低壓旁路。待鍋爐點火后汽包壓力上升，汽包水位穩定后，再緩慢開啟汽機高、低壓旁路。

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

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.操作人員監視水位時思想要集中，一旦發現汽包水位突降，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，對鍋爐極熱態啟動時發生汽包水位突降現象的原因進行了剖析，并提出了預防措施和處理方法。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定運行。