汽包虛假水位對鍋爐運行的影響及其有效處理

摘 要：鍋爐在工業生產運行中是重要的工業設備，在鍋爐運行的任務之中，鍋爐中的水位是其主要命脈，正常狀態下的鍋爐汽包水位是運行安全的重要保證。鍋爐容量的大小決定了蒸發設備的儲水量，設備的流量不平衡就會引起鍋爐水位的急劇變化，因而，必須處理好鍋爐虛假水位的問題，調節好適當的水位，預防發生因水位調整不當而造成的停爐或其他安全事故。

關鍵詞：鍋爐運行；虛假水位；處理；

中圖分類號：TK223.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-04-00-02

一、汽包水位的重要性

維持鍋爐汽包水位是保證鍋爐和汽機安全運行的重要條件之一。當汽包水位過高時，由于汽包蒸汽容積和空間高度減小，蒸汽攜帶鍋水將增加，因而引起蒸汽品質惡化，容易造成過熱器積鹽垢，引起管子過熱損壞；同時鹽垢使傳熱熱阻增大，引起傳熱惡化，過熱汽溫降低。汽包嚴重滿水時，除引起汽溫急劇下降外，還會造成蒸汽管道和汽輪機的水沖擊，甚至打壞汽輪機葉片。汽包水位過低，則會破壞爐水的正常循環，使水冷壁的安全受到威脅；如果出現嚴重缺水而又處理不當，則可能造成水冷壁爆管。

300MW單元機組的鍋爐，汽包的相對水容積變小，容許變動的水量就更少，如果鍋爐給水中斷而繼續運行，在幾秒到十幾秒內汽包水位計中的水位就會消失。即使是給水量與蒸發量不相平衡，在幾分鐘內也可能出現鍋爐滿水或缺水事故，可見對于容量較大的鍋爐，汽包水位在任何時候都是必須嚴密監視的重要參數。

二、鍋爐運行中水位變化的影響因素分析

虛假水位只是相對于進出質量流量不均衡而言的，它是真實可測的真實水位，我們用W、D、H值來分別表示鍋爐的給水量、鍋爐負荷和鍋爐水位，鍋爐的汽包、下降管和水冷壁，我們可以把它們看成一個互相連通的容器，在對這個連通容器的運行考察中，要綜合考慮鍋爐水位的影響因素，在這些因素的變化狀態下，從現象上來看，鍋爐蒸發量、燃料量和給水量的擾動是影響水位的關鍵因素；從實質來看，水冷壁汽水的溫度和壓力的變化是鍋爐水位的內在因素。下面，本文進行逐一的闡述。

（一）負荷變化對水位的影響

負荷的變化即意味著蒸汽流量的變化，由于鍋爐蒸發量是處于持續的變動狀態，成為鍋爐虛假水位的產生根源。如下圖：

由上圖所示：當其他條件保持恒定（即：鍋爐燃料量和給水量恒定）的情況下，機組負荷增加則鍋爐水位降低，如圖中的曲線H1所示；當機組負荷驟然增加時，汽壓將迅速下降，這時一方面使汽水混合的比容增大，另一方面使飽和溫度降低，爐水和水冷壁金屬放出部分熱量，促使生成更多蒸汽，汽包水空間汽泡數量劇增，汽水混合物體積迅速膨脹，促使水位上升，形成虛假水位，如圖中的曲線H2所示，虛假水位是暫時的，因為負荷增加，爐水消耗增加，爐水中的汽泡逐漸逸出水面后，汽水混合物體積又將收縮，所以如果給水量未隨負荷增加時，水位又將迅速下降。反之，當負荷突然下降時，水位波動過程相反。

（二）燃燒工況對水位的影響

在其他條件恒定的狀態下，燃燒工況的變化對水位的影響也很大。如燃料量突然增加，燃燒加強，水冷壁吸熱量增加，爐水體積膨脹，汽泡增多使水位暫時上升，同時產汽量增加又會使汽包壓力升高，飽和溫度相應升高，爐水中汽泡數量將減少，水位又會下降（如下圖）；汽壓升高又引起蒸汽流量增大，在汽機調速系統未動作之前，發電機有功負荷增大，如果不加以人為干預，水位進一步降低。所以正常情況下應盡量投入機組協調控制，保證機組負荷穩定。如果爐內燃燒減弱，對水位影響與上述過程相反。

（三）給水流量對汽包水位的影響

在給水溫度低于鍋爐內的飽和水溫度時，汽包數量快速減少、體積收縮，使水位呈現暫時性的降低，造成虛假水位，繼而又由于蒸汽流量驟然減少，而給水流量來不及減小，使水位突然升高。反之，給水溫度高于鍋爐內的飽和水溫度時，汽包內的體積產生膨脹，使水位呈現暫時性的上升，造成虛假水位，繼而又由于蒸汽流量驟然增加，給水流量跟不及，而導致水位的下降。除此之外，還有特殊的“汽水共騰”虛假水位現象。

三、鍋爐虛假水位的處理措施及方法。

由上面的分析可知，鍋爐虛假水位的影響因素有各方面，包括主蒸汽流量的變化、燃料量的變化和給水量的變化，這些因素都會造成虛假的水位現象，我們要深刻明晰不同鍋爐運行工況，進行有效預防及處理措施。

（一）采取三沖量鍋爐給水系統進行給水調節控制策略。沖量指的是變量，這一系統包括三個信號系統，即：鍋爐水位H、蒸汽流量D、給水流量W，在這系統之中主要采用串級控制方案，通過對三個沖量汽包水位、蒸汽流量、給水流量進行PID運算。它由主、負兩個調節器組成， 在兩個調節器的參數設定下，由主調節器對水位的偏差進行運算，由副調節器來消除給水流量和蒸汽流量的干擾，保持系統的運行工況穩定。

具體PID調節要遵循主調比例弱、積分強；副調比例強、積分弱的原則，在具體操作時要注意的事項為：主調節器在調整水位偏差的過程中，在水位不變、蒸汽流量變大時，需要注意開調節閥進行及時的補水。副調節器在給水流量增大之時，要注意關小調節閥以減少給水量。另外，整定時要注意PID死區設置要合理 ，避免過大或過小的頻繁或滯后動作；還要考慮一個系統對另一個系統的耦合影響，如：爐、機之間的影響、凝汽器液位和除氧器液位給分支間的影響等。

（二）掌握鍋爐自動調節系統的特性，根據實際工況進行虛假水位的調整，及時進行針對性的處理，在處理的過程中，逐步累積經驗，記錄各負荷狀態下的主蒸汽流量和給水流量值，以進行動態的、持續的監控，保障鍋爐系統的安全穩定運行。

（三）保持鍋爐燃燒的穩定。鍋爐操作員平時要多加鍛煉，累積鍋爐處理經驗，具備“火眼金睛”，辨清虛假水位的造成原因，由于鍋爐都是大容量的機組，機會稍縱即逝，必須當機立斷，及時調整燃料的控制速度，根據鍋爐運行的參數情況，迅速果斷地穩定燃燒狀態，確保其安全及穩定。

（四）要處理好鍋爐極熱態啟動措施。由于鍋爐在極熱態啟動時，水冷壁氣泡如果越多，則鍋爐點火后的虛假水位越嚴重。因此，要在初期點火時，先投入兩只油槍，盡量減少變化幅度；然后進行一段時間內，要盡量注意不要關閉汽機的高低壓旁路，同時時刻注意汽包水位。待鍋爐滅火后，禁止開啟汽機高低壓旁路，并將機組負荷降至最低。

（五）處理主汽調門自關、自開所造成的虛假水位措施。由于主汽調門自關而造成瞬間的水位下降，要調低鍋爐熱負荷，并準備將鍋爐滿水；如果是由于主汽調門自開所造成的瞬間水位升高，要做好鍋爐缺水的準備。

（六）處理負荷下安全閥起坐的措施。由于安全閥起坐造成的虛假水位，要降低主汽壓力，使安全閥盡快回坐。對于安全閥起坐與回坐這兩種不同狀態下的虛假水位高低，要防止高低水位保護動作，根據安全閥不同水位的高低進行不同的調整方法，這是比較復雜的處理措施，需要及時判斷現場情況，進行水位變動趨勢的準確判斷，及時采取干預措施，加以調整和處理。

（七）鍋爐監控人員要隨時保持集中的注意力，如果水位發生突變，要及時調整給水流量，并當虛假水位達到MFT動作值時，要進行應急處理，在完成水位保護動作之下，再進行緊急停爐處置，否則，極易發生安全事故，危及重大設備的損壞。

四、結束語

鍋爐運行工況是不斷變化的，它在運行的過程中要受到不同因素的影響，我們要通過不同的因素進行針對性的剖析，分析其變化的本質和內涵，從鍋爐內壁汽包的溫度和壓力的變化來進行分析，對鍋爐極熱態啟動時虛假水位采取針對性的處理措施，鍋爐操作人員要全神貫注地密切注意鍋爐汽包水位高低變化情況，對于不同工況下所造成的虛假水位進行深刻的了解，及時把握稍縱即逝的調整時間，根據鍋爐水位的變化波動規律，進行準確的判斷與果敢的處理，化險為夷。