300MW锅炉汽包水位控制浅析

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摘 要：锅炉的汽包水位随燃烧调整而不断变化，水位过高，会使饱和蒸汽带水，蒸汽品质恶化，造成过热器积盐结垢，甚至满水事故;水位过低，会破坏锅内水循环，引起干锅。一般三冲量水位自动调节虽可以投入自动，但在燃烧调整较剧烈情况下，效果并不令人满意。下面通过阐述虚假水位的产生机理，深入分析各种工况所引起的变化，以及如何应对来避免类似事件的发生。

关键词：给水调节;燃烧调整;汽包;汽水循环;虚假水位

电厂锅炉运行主要任务是使锅炉的蒸发量适应外界负荷的需要，同时要控制汽包水位、压力、温度、蒸汽品质都在合格范围内。汽包水位是机组运行的一个重要参数，它反映了给水量与供汽量的动态平衡关系。汽包水位过高或过低都会对机组的安全造成很大的威胁。汽包水位高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水，使过热器和汽轮机叶片结垢增加，影响机组寿命，更甚者使汽轮机发生水冲击，损坏叶片，发生重大设备损坏事故。汽包水位低，会破坏水循环，导致水冷壁干烧，损坏水冷壁，严重干锅时还会使汽包损伤，产生裂纹。所以汽包水位高低保护是机组的重要保护，正常运行时一定要投入和准确，没有汽包水位测量信号以及保护无法投入机组不准投入运行。

以我厂汽包数据为例：妈湾电厂锅炉汽包长度13106mm，内径Φ1778mm，汽包中心线标高58660 mm，正常标准水位在中心线下228.6 mm。

表1妈湾电厂锅炉水容积（m3）

部件

省煤器

汽包

水冷壁

过热器

再热器

合计

水压试验

49

35

98

177

101

460

正常运行

49

15

98

162

我厂锅炉为控制循环汽包炉，汽包水容积相对较小（正常水容积15M3），极小的扰动就可能造成汽包水位的大幅波动，若处理不当，极易造成事故，故此更应对汽包水位重点监视。影响汽包水位的因素很多，但无外乎内扰和外扰。简单的说，蒸汽压力和流量是同方向变化的属于内扰，反之是外扰。汽包水位的稳定与锅炉负荷（或燃烧）的变化有着密切的关系，当负荷变化时，即产生的蒸发量变化时，将引起蒸发受热面中水的消耗量的变化，必将引起汽包水位的变化。所以水位的变化反映了锅炉给水和蒸发量之间的平衡关系。在汽泵工作正常，锅炉负荷的变化在正常波动的范围内，是能够维持正常的汽包水位的。但应注意区分汽包“虚假水位”，“虚假水位”就是暂时不真实的水位。当汽包压力突然降低时，由于炉水饱和温度下降到相对应压力下的饱和温度而放出大量热量来自行蒸发，于是炉水内汽泡增加，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位。当汽包压力突然升高，则对应的饱和温度提高，一部分热量被用于炉水加热，使蒸发量减少，炉水中汽泡减少，体积收缩，促使水位下降，同样形成虚假水位。

由于在汽包及系统中有相当一部分液体是处在非饱和状态下，其过冷度会随着工况而变动。在汽包液面以下的水容积中以及相连通的蒸发系统中有大量的蒸汽泡存在。它们的多少随着工况的变化会有很大的不同，这点是影响锅炉变工况的最主要的因素。液面下汽泡的产生与流动使得汽包内液面位置的变化并不单纯取决于给水的质量平衡，使得在一定条件下出现所谓的“假水位”现象，这就是工况变动下水面汽泡的增多或减少使水位有瞬间的、与汽包内的物质平衡成反方向的变化。例如，在供汽量突然增大的情况下，内部蒸汽压力的下降，由于饱和水的释热面增加了蒸汽的产生，会形成汽包内的“涨水”现象。而实际上，由于蒸汽量大于给水量，汽包内的存水量正在减少。汽包内的假水位现象的出现对于给水控制系统的设计是非常不利的因素，对此，必须给予充分的重视。

我厂汽包水位正常运行时是三冲量调节（汽包水位、给水流量、主蒸汽流量），其中汽包水位是主信号，给水流量是反馈信号，蒸汽流量是前馈信号，如下图所示：

表2 妈湾电厂汽包水位三冲量调节示意图

由于主汽流量为前馈信号，能消除虚假水位而造成的给水过调，也能根据主汽流量的变化提前发信号;给水流量是反馈信号，能消除扰动，起到稳定性的作用，而汽包水位是主调量。三冲量的作用，使汽包水位正常运行使调整相对稳定，汽包水位的动态调整也比较平稳。由于受到给水泵性能的制约，汽包水位从一个状态到另一个状态需要一个过程，有相对的滞后。

影响汽包水位的主要因素有：锅炉负荷，给水压力，燃烧工况等。

机组启动初期，由于锅水未达到饱和温度，所以增减燃料对水位的影响不是很大，这时汽包水位主要受给水量和排污量的控制，当给水温度逐渐升高达到饱和温度后，当饱和温度是100℃时，水变成汽体积膨胀很多（1603倍），在锅水中产生了大量的汽泡，这时汽包水位就会上升很快，这时只调整给水量（到零）和排污量（最大），汽包水位有可能也不会下降，我们就要用减弱燃烧来使水位降下来，主要方法有：降低燃油压力或撤掉一只油枪，在锅水温度达到饱和温度后，设定燃油压力和增减油枪就要注意对汽包水位的影响，操作幅度要尽量的小一些，不要同时投入多只油枪，投油枪时将汽包水位控制的低一点，避免汽包水位虚假水位过大而保护动作。在机组启动以及低负荷（小于75MW）时，汽包水位是单冲量（汽包水位）控制，因此汽包水位自动不是很好用，最好是手动调整，汽包水位如果投入了自动，也必须密切注意汽包水位，机组状如有变化（燃烧、负荷、汽压）要特别注意对汽包水位的影响。当负荷达到75MW时，给水自动为三冲量调节，这时最好将给水泵的自动投入，如果没有什么特别的操作或设备出现异常状况，汽包水位三冲量自动调整是比较可靠的。

正常运行中当负荷达到正常（大于180MW），汽包压力也达到了正常值（17.5Mpa以上），燃烧变化就成了水位变化的主要因素，炉膛内燃烧加强，汽包水位就会先上升后下降，最后达到平衡，汽包水位上升就是由于燃烧加强造成水冷壁上升管中汽泡增加而造成的虚假水位。燃烧减弱，汽包水位就会先下降后上升，最后到平衡，同样水位下降也是由于虚假水位的原因。以上说明只要燃烧发生变化就会产生虚假水位，所以大家在调整燃烧时一定要关注汽包水位的变化。

当锅水饱和温度为360℃时，饱和蒸汽和饱和水的容积比是3.67比1，所以压力越高虚假水位越小，这就是为什么机组启动过程中汽包水位比平时更难控制的原因。正常运行启停磨煤机时汽包水位变化不大，那是由于燃烧加强和减弱是一个逐渐加强和减弱的过程，三冲量给水可以控制汽包水位在正常范围。如果燃烧突然加强，水位就会有一个大的变化，如果变化量太大，就可能使汽包水位保护动作，所以在作燃烧调整时要注意以下方面：

（1）在投油枪时，最好不要动喷燃器摆角和增加燃料以及调整磨煤机风量，因为能量叠加很有可能会造成水位大幅上涨。

（2）在磨煤机发生堵煤时，要特别关注负荷下降了多少，如果负荷下降比较多，就要对堵煤的磨煤机风量调整的幅度小一点，必要时还要减少其它磨煤机的煤量。尤其在汽包压力比较低的时候，由于虚假水位更厉害，所以堵煤影响更大，更要注意。

（3）调整磨煤机风量最好要手动调整，不要用改变磨出口温度定值来增加或减少磨煤机风量，因为那样调整会使磨煤机风量变化很大（会使热风门快速关小或开大），很容易造成堵煤或吹入炉膛大量煤粉，对汽包水位影响很大。

（4）当磨煤机发生跳闸后，再次启动一定要预先打开冷风门将磨煤机中的残留煤粉吹掉，以免启磨后大量煤粉进入炉膛爆燃，对汽包水位有影响。

（5）调整燃烧一定要平缓，不开大幅调整，尤其是对某一参数同时有影响调整，不开同时进行，这样对锅炉的其它参数才不会有太大的影响，机组的各种自动功能才能正常发挥作用。

锅炉在运行中时刻都在调整燃烧，而燃烧调整与汽包水位又有直接联系。总的原则是当燃烧加强时，锅水汽化加强，水体积膨胀，因而使水位暂时升高，由于产生的蒸汽不断增加，使汽压升高，相应提高了饱和温度，锅水中的汽泡含量减少，水位又下降。燃烧减弱时，水位变化和上述相反。所以，调整燃烧时一定注意水位变化情况，不能被虚假水位所蒙蔽，更不能采用频繁的过调手段，切实处理好燃烧与水位的关系。

作者简介： 闫宝，男，（1981.01-），民族：汉，籍贯：河南南阳，单位：华润电力（海丰）有限公司，职称：中级，学历：本科，研究方向：热能工程。