1025t/h亞臨界CFB鍋爐汽包水位變化機理及調整

張明

【摘要】本論文針對我公司300MW機組鍋爐汽包水位的變化機理和鍋爐汽包水位調整技術，對鍋爐運行過程中汽包水位的關鍵問題從不同工況進行了分析，給運行人員水位調整提供了科學的操作依據、實踐經驗和技術支持。

【關鍵詞】汽包水位；變化機理；調整技術

引言

近年來我廠因為鍋爐的汽包水位調整不當，導致鍋爐滿缺水的停爐停機情況不少，鍋爐滿水是指鍋爐汽包水位嚴重高于汽包正常運行水位的上限值，使蒸汽嚴重帶水，汽溫急劇下降，發生水沖擊，損壞汽輪機。鍋爐缺水指鍋爐水位低于能夠維持鍋爐正常水循環的水位，蒸汽溫度急劇上升，水冷壁管得不到充分的冷卻而發生過熱爆管。以上兩種事故的發生輕者造成機組非計劃停運，嚴重時可造成汽輪機和鍋爐設備的嚴重損壞。在機組正常啟停和運行中通過科學的判斷分析和正確的高水平的調整汽包水位，才能很好的防止惡性事故的發生和間接地降低發電廠的生產成本。

以下是我廠鍋爐汽包水位保護定值及動作結果，正常運行時汽包水位應保持±30mm內，允許波動范圍±50mm，超出此值時高低一值報警。汽包水位達+115mm高二值報警，此時自動開啟緊急放水一二次門，汽包水位的低二值報警為-270mm。當汽包水位達+190mm（高三值）或-370mm（低三值）時MFT動作緊急停爐。當汽包水位達+370mm（高四值）汽輪機跳閘。

1、常見工況汽包水位的變化機理

1.1 升爐過程。鍋爐點火后隨著熱負荷的增加，鍋爐風道燃燒器的風溫升高，由于熱量平衡的破壞，使爐內溫度上升，爐水吸熱開始產生汽泡，汽水混合物的體積膨脹，汽包水位開始緩慢上升并產生暫時的虛假水位。隨爐水吸熱量的增加，當水冷壁內水循環流速加快后，大量汽水混合物進入汽包后進行汽水分離，飽和蒸汽進入過熱器，汽水平衡被打破，使汽包水位開始明顯下降。隨著汽包壓力的升高，這種蒸發速度會降低。當到達汽機沖轉參數（主蒸汽壓力3.45Mpa，機前主蒸汽溫度320℃）逐漸關小旁路門的過程中，蒸發量下降，單位工質吸收的熱量增加。此時分子運動速度加快，對汽包、水冷壁、過熱器的撞擊次數增多使汽包壓力又進一步升高，一方面使汽水混合物比容減小，另一方面飽和溫度升高，很多已生成的蒸汽凝結為水，水中氣泡數量減小汽水混合物的體積縮小，促使汽包水位迅速下降，造成暫時的虛假水位。這時在給水量未變的情況下由于鍋爐耗水量下降汽包水位會迅速回升。在掛閘沖轉后水位的變化與此相反。機組并網后負荷90MW給水主副閥切換時，由于給水管路直徑的變大使給水流量加大汽包水位上升很快。其它階段只要給水量隨負荷的上升及時增加給水，汽包水位的變化不太明顯。

1.2 鍋爐重要輔機跳閘。鍋爐引風機、一次風機、二次風機、給煤線任意跳閘1臺，相當于爐內燃燒減弱，水冷壁吸熱量減少，蒸發產生的汽泡減少，爐水體積縮小，使水位暫時下降。同時氣壓也要下降，飽和溫度相應降低，爐水中汽泡數量又將增加，爐水體積膨脹，水位又會上升；另外還由于負荷的下降，給水量不變，如果人工不干預，水位最終會上升。

1.3 蒸汽流量突然變化。當鍋爐安全門動作或負荷突增時，汽包壓力將迅速下降，這時一方面汽水比容增大，另一方面使飽和溫度降低，促使生成更多的蒸汽，汽水混合物體積膨脹，形成虛假高水位。但是由于負荷增大，爐水消耗增加，爐水中的汽泡逐漸逸出水面后，水位又開始迅速下降，即先高后低。當安全門回座或負荷突降時，水位變化過程相反。

1.4 煤質變化。在總給煤量不變的情況下，煤質突變相當于燃燒加強或減弱，此時水冷壁吸熱量將增加或減少，爐水體積膨脹或收縮，使水位暫時上升或降低；同時氣壓也會升高或降低，飽和溫度也相應升高或降低，爐水中汽泡數量又將減少或增加，水位又會下降或上升；隨后蒸發量也將增加或減少，但當給水未增加或減少時，水位又進一步下降或上升，煤質突然變好的情況水位是先高后低，煤質突然變差的情況水位是先低后高。

2、針對上述常見工況汽包水位的調整

2.1 鍋爐啟動過程中汽包水位的調整

2.1.1 鍋爐點火后，鑒于給水流量太小，沒有充滿主給水管道而不能正確顯示數值，大多都顯示為零。當流量超過80t/h左右時流量表才正確顯示數值。在這個階段，最好的上水方法是借助汽包水位的變化和給水泵轉速的大小及定排量的大小來連續給鍋爐上水，穩定汽包水位。

2.1.2 當汽輪機沖轉前關閉高壓旁路時，先將汽包水位穩定在較高水位80-100mm，用點動的方式關閉高壓旁路。當汽包水位下降較快時，立即停止操作，待穩定后方可繼續操作，直至高壓旁路全部關閉。

2.1.3 汽輪機升速過臨階轉速時，產生虛假高水位，應立即降低給水流量。當汽包水位有下降趨勢時，立即加大給水流量；當該數字有升高時，立即將給水流量降至平衡值，穩定汽包水位。

2.1.4 給水旁路切換，進行給水大旁路至主路切換過程中，應先適當降低給水泵出口壓力，使給水泵出口壓力大于省煤器入口壓力1.5-2MPa，然后開啟給水主電動門并及時調節給水泵轉速，保持給水流量和省煤器入口壓力不變，防止水位擾動，水位調節穩定后關閉給水旁路門。

2.1.5盡早啟動一臺汽泵。但由于各種原因沒有備用泵，機組負荷120MW時停止升負荷，否則將造成缺水停機事故。其它各負荷階段，按照汽水平衡調節即可。需要注意的是在進行給水設備的啟或停之前，必須對當時工況進行準確觀察和判斷，充分認識了解蒸汽流量、給水流量和當時負荷的關系，避免盲目啟或停設備而導致水位事故。

2.2 鍋爐重要輔機跳閘后汽包水位的調整。由于爐內發熱量急劇減少，根據其變化規律，先低后高進行緊急處理，才能防止發生機組非停。立即解列自動以最快的速度加大給水量，同時緊緊監視汽包水位的下降速度，若開始趨于緩慢，要適當地減少給水量但不能太多。當汽包水位顯示值的小數點第一位數字開始回升時，立即快速降低給水量；當給水量比當時的蒸汽流量低50T/h時，觀察汽包水位的變化趨勢進行微調，使水位的變化走向緩慢，最終穩定。實踐證明，調整得當時，汽包水位最低可控制在-60mm以內。

2.3 蒸汽流量突然變化后汽包水位的調整。當鍋爐安全門動作或機組負荷突升時，水位先高后低，實際生產中多數情況下會使機組跳閘，但只要調整得當，可防止事故擴大。這種情況的出現，大多汽包水位迅速上升，這時要立即解列自動，快速降低給水泵轉速，減少給水量，緊緊監視汽包水位的上升數值。當汽包水位顯示值開始回降時，立即以最的快速增加給水泵轉速至最大，加大給水量，監視汽包水位的下降數值；當汽包水位顯示值開始回升時，立即快速降低給水量；當給水量比當時的蒸汽流量低50t/h時，觀察汽包水位的變化趨勢進行微調，使水位的變化走向緩慢，最終穩定。

2.4 煤質突然變化引起汽包水位變化的調整。

煤質突然變化是一個爐內燃燒強度急劇增加或減少的過程，根據其變化規律即先高后低或先低后高進行調整處理，才能防止水位事故的發生。若自動跟不上調整應解列為手動操作，以較快的速度減小或增大給水量，同時緊緊監視汽包水位的上升或下降速度，若開始趨于緩慢，要適當地增加或減少給水量，但不能太多。當汽包水位趨勢回降或回升時，立即快速增加或減少給水量；當給水量比當時的蒸汽流量大或小50t/h時，觀察汽包水位的變化趨勢進行微調，使水位的變化走向緩慢，最終穩定。

3、結語

總之鍋爐給水系統在機組穩定的情況下，應盡可能投入自動，并加強監視水位相關的顯示數值，并不斷與正常值對比，隨時掌握自動跟蹤情況。當自動運行不穩定時，應立即切至手動調節并有專人負責調整。尤其在機組啟動、停止、事故處理、給煤線投切、單臺給水泵跳閘、給水泵切換、給水流量變送器故障等不穩定工況下必須注意觀察和手動調節。另外，要根據引起水位變化的原因有針對性及時進行調整，調整要有預見性。在進行汽包水位的調節過程中，應對照汽包水位、主汽流量、給水流量三者之間的關系具有預見性地進行調節，杜絕猛加猛減，同時防止由于“虛假水位”造成誤判錯操。加大專業技術知識理論和實際操作技能的培訓，結合自己在本崗位所欠缺的知識有針對性地進行，不斷提高操作調整、異常判斷及事故處理能力。