對高壓鍋爐汽包水位的分析及運行中的控制

馬占輝

（北華大學，吉林 吉林 132021）

1 概述

在鍋爐運行中，汽包水位正常與否是鍋爐及汽輪機安全運行的重要條件之一。事實證明，在各項操作如升壓、并汽、帶負荷、正常運行乃至停爐中，由于汽包水位的失控造成的事故屢見不鮮，給單位造成嚴重的經濟損失。

2 汽包水位運行工況

汽包內部汽水空間是沒有明顯分界面的，但在運行中觀察汽包水位時，往往把汽包內部看成是汽水兩空間。汽空間被蒸汽所充滿，水空間被飽和水所占有。

2.1 汽包實際水位運行工況的不穩定

汽包內部水位很不穩定，汽水混合物有從水面引入汽包的，也有從水下引入汽包的，汽水混合物沖擊著爐水，使水面形成波浪，同時汽包工作壓力不斷波動，致使水冷壁中的水沸騰，起始位置不斷下降或升高。

2.2 汽水沒有明顯的分界面

在爐水中含有著汽泡，這些汽泡在接近水面處多，而汽包底部少，由底部到水面，水中的蒸汽含量逐漸增加，水份含量則減少，即爐水的重度自上而下逐漸減小，爐水的表面并沒有明顯界線。

2.3 沿汽包軸面水位分布情況

由于汽包沿軸向引入汽水混合物不相等，而造成汽包兩端水位偏低，中部有明顯的凸起，實際有時爐水含鹽量高，導致鹽段水位高于凈段，也有時出現兩端高的現象。對于高壓鍋爐汽包中部凸起高度可達100mm 以上。

3 汽包水位的幾個概念

3.1 實際水位

以汽包內部工況分析，從汽包內濕份分布曲線看是找不到汽水空間相連的部位，但可以找到重度變化最快的點，這個點便定為汽包的實際水位，實際水位是決定蒸汽品質的重要參數。

3.2 重量水位

在實際水位線以下的爐水中含有一定數量的飽和蒸汽，它們的平均重度水平為汽包壓力下的飽和水重度。假定汽包在瞬間與給水系統隔絕，汽包水空間中的蒸汽和汽泡都跑到汽空間，汽空間的水滴出落到水空間中，這時的水位為汽包的重量水位。

3.3 指示水位

從云母水面計看到的水位為指示水位。由于云母水面計的散熱使水面計中的水柱的重度增加，而使指示值偏低。

3.4 虛假水位

虛假水位指不真實水位。由于外界原因使汽包壓力突降，爐水飽和溫度下降到壓力較低的飽和溫度，此時爐水將大量放出熱量進行蒸發汽化。于是爐水內部的汽泡增加，汽水混合物體積膨脹，促使水位很快上升形成虛假水位。

4 影響汽包水位變化的因素分析

汽包水位在鍋爐運行中是經常變化的，引起水位改變的根本原因一是在于物質平衡遭到破壞，即給水與蒸發量等的不平衡。二是工質狀態發生變化，如爐內放熱量的改變，將引起蒸汽壓力和飽和溫度的變化，從而使水和蒸汽比容以及水容積中蒸汽泡數量發生變化，由此引起水位變化。

根據上述引起水位變化的根本原因可以歸納出影響水位變化的主要原因有鍋爐負荷、燃燒工況及給水壓力等。

4.1 鍋爐負荷因素影響水位變化的分析

蒸汽是給水進入鍋爐以后逐漸受熱汽化而產生的。當負荷變化時，將引起蒸發受熱面中水的消耗量發生變化，因而必然會引起汽包水位發生變化。負荷增加如果給水量不變或者不能及時的相應增加，則蒸發設備中的水量逐漸被消耗，其最終結果將使水位下降，反之將使水位上升。

在實際中，當鍋爐工況變動時，只要引起工質狀態發生改變時就會出現“虛假水位”現象。在鍋爐負荷的變化幅度和變化速度都很大時，則“虛假水位”的現象就比較明顯。

4.2 燃燒工況變化因素影響水位的分析

在外界負荷不變的情況下，燃燒強化時水位將暫時上升然后又下降。燃燒減弱時，水位暫降低然后又升高。這是因為燃燒工況的改變使爐內放熱量改變而引起工質狀態發生變化所至。

4.3 對給水壓力因素影響水位的分析

假如運行中鍋爐的給水壓力發生變化，由于給水門開度沒做相應改變，給水量將發生相應的變化，從而破壞了給水與蒸發的平衡關系，引起汽包水位的波動。如給水壓力升高，將使給水量增加，水位升高。反之給水壓力下降，給水量減少，水位降低。

4.4 其它影響水位變化的因素

如：排汽量的增加、爐管漏泄或爆管都將直接影響鍋爐水位，有的較明顯，有的不明顯，主要看擾動量大小。

5 對汽包水位的控制調節

5.1 鍋爐啟動中水位的控制

鍋爐在啟爐點火升壓過程中，工況變化較多，如燃燒不穩。隨著汽溫汽壓的升高，排污量的改變，下部聯箱的放水，這些工況的變化都會對水位產生不同程度的影響。因此時水位調節器不能投入，須手動控制，因此對水位的控制就要特別加強，并由專人監視汽包水面計的指示，并加強對照。

在鍋爐升壓過程中水位的控制和調節應密切配合各工況變化來進行，具體分為以下幾個階段：

（1）點火升壓初期

點火初期爐水逐漸受熱、汽化，容積膨脹，水位逐漸升高，但此時還要繼續排污（為使水冷壁受熱均勻），因此應根據排污量的多少和水位變化的情況，決定是否進行補水。

（2）點火升壓中期

隨著鍋爐汽溫汽壓的升高及排汽量的增加（供點火管路排大氣或滑參數啟機）應及時增加給水量，此期間在增加燃料量時應緩慢進行，做好預見性調整，防止水位降低。

（3）升壓過程的后期

在升壓后期有兩項主要工作，一是大修后或新安裝的鍋爐要進行安全門定鉈，二是并汽。

已運行的高壓鍋爐大修后安全門定鉈一般用改變燃料量及排污量來控制壓力。對新安裝的大型鍋爐在投運時，安全門定鉈主安全門要動作，造成大量蒸汽突然外排，此時汽壓會迅速降低，而引起嚴重的虛假水位現象。

（4）鍋爐在帶負荷過程中水位的控制

帶負荷過程中，應根據送汽量的增加，逐漸增加給水量，根據水量的大小，決定是用點火旁路、低負荷旁路和主給水調節門，以滿足鍋爐的供水，保持正常水位。

5.2 對虛假水位的控制

當外界負荷急劇增加時，起初水位上升，這時運行人員應當明確從蒸發量與給水量的不平衡情況來看蒸發量大于給水量，因而這時水位上升的現象是暫時的，不可能無止境上升，而且很快就會下降。因而切不可立即關小給水門，應當做好強化燃燒和恢復水位的準備。然后待水位開始下降時增加給水量，使其與蒸發量相適應，恢復正常水位。

5.3 停爐過程中水位的控制

停爐過程中在控制減負荷的速度的同時，應相應的減少給水量，在減弱燃燒中，應預見性控制好虛假水位。在熄火后根據設備的具體情況準確限制給水量，防止水位過高。當停止向汽機送汽后用過熱器疏水或點火管路降壓、冷卻，應及時補上相應的水量，保持上部可見高水位。

5.4 鍋爐運行中水位的控制與調節

鍋爐正常運行中的水位控制調節主要是靠改變給水調節門的開度，即改變給水量來實現的。水位高關小給水門，水位低開大給水門，大型高壓鍋爐大都采用比較可靠的給水自動調節裝置，自動地調整給水量，保持汽包水位。

汽包水位的高低是通過水位計來監視的，原則上以一次水面計為準。一次水平計應清晰可見，云母水位計內部水位應有輕微波動。如果停止不動，則可能是聯通管堵，應進行沖洗，以保證水面計時刻清晰、準確。

為了監視好汽包水位，不但在汽包裝有云母水面計，還在控制室裝有電子水位顯示記錄儀表、電接點水位表、機械水位表，先進一些的還有工業電視，以便可靠地監視水位。另外還有燈光、音響、報警提示運行人員重視。

總之，只有在高壓鍋爐運行中對汽包水位進行詳細的分析，并針對分析結果采取行之有效的控制，才能在鍋爐的正常安全運行的前提下，保證鍋爐生產的高效率和低消耗。

6 結語

本文主要探討了在生產實踐中如何對鍋爐汽包水位進行有效的控制，以保證鍋爐安全而有效的運行。對汽包水位的控制主要針對鍋爐在啟動、運行和停止過程中的工作狀況來采取相應的必要措施，而對虛假水位的控制尤為重要。

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