300MW循環(huán)流化床機(jī)組汽包水位保護(hù)

張振江

【摘 要】節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)格，循環(huán)流化床機(jī)組應(yīng)用越來越廣泛。鍋爐汽包水位是鍋爐和汽輪機(jī)安全正常運(yùn)行的重要參數(shù)。筆者就300MW循環(huán)流化床機(jī)組汽包水位保護(hù)進(jìn)行淺析。

【關(guān)鍵詞】鍋爐；汽包水位；保護(hù)

中圖分類號：TG502.31 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0206-02

引言

經(jīng)過近20年的迅速發(fā)展，國外循環(huán)流化床技術(shù)已趨于成熟。無論是鍋爐本身的大型化，還是各種配套的技術(shù)和設(shè)備，都能適應(yīng)用戶的不同需求。對環(huán)境保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，也促進(jìn)了循環(huán)流化床的發(fā)展，相對而言，對循環(huán)流化床的理論研究滯后一些。我國也是開發(fā)循環(huán)流化床技術(shù)較早的國家，近幾年國內(nèi)的循環(huán)流化床的理論研究也發(fā)展很快，完善了循環(huán)流化床的傳熱和熱工控制理論，為循環(huán)流化床的設(shè)計(jì)和商業(yè)化提供理論依據(jù)。筆者就300MW循環(huán)流化床機(jī)組汽包水位保護(hù)進(jìn)行探討。

一、鍋爐汽包概述

汽包是具有一定壁厚的承壓熱容器.其工作壓力高、機(jī)械應(yīng)力大，當(dāng)汽包壁溫度場不均時(shí)，會產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此汽包在鍋爐運(yùn)行中起著很重要的作用。

鍋爐汽包的汽水流程如圖一所示。鍋爐給水經(jīng)過給水泵加壓后，在省煤器中吸熱后進(jìn)入汽包，再經(jīng)過水循環(huán)管（即水冷壁）吸收爐膛內(nèi)產(chǎn)生的熱量變成汽水混合物在汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離產(chǎn)生飽和水蒸汽，再經(jīng)過過熱器加熱后生成過熱水蒸汽到汽輪機(jī)處做功。

二、鍋爐汽包水位保護(hù)

汽包水位的穩(wěn)定程度反映了給水流量與蒸汽流量之間平衡關(guān)系。鍋爐汽包的水位一般規(guī)定在汽包中心線以下100-200mm處，允許波動(dòng)范圍為±50mm。汽包水位的高低直接影響鍋爐的運(yùn)行安全和蒸汽品質(zhì)。水位過高，汽包的汽空間就會減小，破壞了契稅分離裝置的正常工作，使蒸汽帶水過多，導(dǎo)致汽輪機(jī)噴嘴葉片結(jié)垢、汽蝕，甚至發(fā)生水沖擊損壞設(shè)備。水位過低，鍋爐水循環(huán)會被破壞，部分受熱面可能面臨干燒而發(fā)生過熱損壞。對于大型鍋爐而言，汽包汽水空間相對較小，保持汽包水位在允許值范圍內(nèi)波動(dòng)對整個(gè)機(jī)組安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。如圖二所示。

為保證汽包水位的穩(wěn)定，必須對給水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)保持給水流量小范圍波動(dòng)，給水流量劇烈波動(dòng)不但會影響給水管道和省煤器安全運(yùn)行還會加重給水泵的負(fù)荷，給設(shè)備造成不必要的損壞。

水位保護(hù)系統(tǒng)的目的就是調(diào)節(jié)水泵和使汽包中的水位在允許范圍之內(nèi)波動(dòng)，從而滿足鍋爐負(fù)荷要求。并保持給水流量和蒸汽流量動(dòng)態(tài)平衡。

鍋爐汽包水位保護(hù)自動(dòng)控制的任務(wù)是使給水量與鍋爐的蒸發(fā)量維持在汽包水位的工藝允許值的范圍內(nèi)。汽包水位不僅受汽包（包括循環(huán)水管）內(nèi)的儲水量影響，也受水位下汽包容量的影響。而水位下汽包容積與鍋爐的負(fù)荷、蒸汽壓力、爐膛熱負(fù)荷等有關(guān)。因此，影響水位的變化很多，其中主要是鍋爐蒸發(fā)量（蒸汽流量）和給水流量。

TP——汽包壓力的時(shí)間常數(shù)；

（HD表示穩(wěn)定情況下的水位，IH表示水位高度變化）；

（IW表示給水流量變化，Dmax為最大蒸汽負(fù)荷量）；

（ID為蒸汽負(fù)荷的變化）。

由式中可以看出，汽包水位被控的對象有四個(gè)。在不同運(yùn)行工況下被控對象的動(dòng)態(tài)特性隨負(fù)荷而變化，要求調(diào)節(jié)器具有相應(yīng)變參數(shù)自適應(yīng)的能力。

（一）、給水?dāng)_動(dòng)，包括給水的變化和調(diào)節(jié)閥開度的變化，此擾動(dòng)來自給水管道和給水泵。由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水溫度低很多，所以給水流量增加后，從原有飽和水中吸取部分熱量，這就會使得水位下汽包容積有所減少。當(dāng)水位下汽包容積的變化逐漸平衡時(shí)，水位變化就完全反映了由于儲水量增加而成線性上升。因此，實(shí)際水位表現(xiàn)，一開始不立即增加，需要出現(xiàn)一段滯后。

（二）、蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)，主要要有蒸汽管道阻力變化和主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)兩個(gè)方面。這個(gè)擾動(dòng)主要來自于汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化。此時(shí)需要注意的是虛假水位，其是一種反向表象，設(shè)計(jì)時(shí)要加以考慮。

（三）、燃料量擾動(dòng)，主要是燃料發(fā)熱量變化，而影響發(fā)熱量變化的因素很多，由于燃料發(fā)熱量變化是持續(xù)時(shí)間相對較長的，所以其對汽包水位影響時(shí)間較長，波動(dòng)范圍小。

（四）、汽包壓力擾動(dòng)，主要有：汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力升高時(shí)的自凝結(jié)過程；汽包內(nèi)部壓力降低時(shí)的自蒸發(fā)過程。

在水位保護(hù)過程中，虛假水位是一個(gè)典型問題，所謂虛假水位就是某個(gè)擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，水位先向相反方向變動(dòng)，然后才順應(yīng)正常變化而變化。一般虛假水位由以下原因形成：

鍋爐蒸汽負(fù)荷增加或減少，這使得水冷壁和汽包內(nèi)的汽水混合物汽水比例發(fā)生變化，從而使汽包水位上升或下降。這是虛假水位的主要原因有：蒸汽流量增加，汽包氣壓下降，蒸發(fā)溫度下降，由于爐水為飽和水，瞬間汽化增大，汽水共沸加劇，使汽包水位隨壓力下降而上升：燃料量變化，其影響壁的蒸發(fā)強(qiáng)度，也會到時(shí)虛假水位的產(chǎn)生。