300 MW 亞臨界自然循環鍋爐汽包水位調整技術

范春林

（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010206）

0 引言

在外界擾動下，自然循環鍋爐汽包水位變化復雜。汽包水位調整是每個運行人員面臨的一道難題，尤其是經驗相對欠缺的新員工。汽包水位調整得好，可以在事故情況下避免因汽包水位異常而造成機組滅火跳機的異常事故，否則會造成鍋爐干燒、汽輪機進水等惡性事故，所以調節好汽包水位是每個運行人員必須要好好研究的事情。不同于大多數研究汽包水位調整的文章，本文著重介紹在各種機組運行工況下和事故工況下汽包水位的調整和變化規律，先通過公式研究了汽包水位變化的原因和各因素影響汽包水位的能力大小，虛假汽包水位主要是由什么因素主導的，并提出了一種全新的汽包水位調整手段。

通過了解虛假水位的主要影響因素，揭示了鍋爐瞬時蒸發量的變化方向和大小與汽包虛假水位的變化方向與大小呈近似等比關系，這樣就能快速判斷汽包虛假水位變化的方向和大小，降低對運行人員素質和經驗的要求，大大提高調整汽包水位的效率和準確性，解決了以往需要根據經驗去判斷各種工況下汽包虛假水位變化方向的弊端，是一種簡單、易學的汽包水位調整方法。

1 鍋爐汽包水位變動的計算

基于文獻[1]，以鍋爐的瞬間蒸發量D 描述的汽包水位變動

計算式：

式中 Wsm——鍋爐給水量

Wqb——鍋爐蒸發量

Vup——汽包水面上容積

Vdown——汽包水面下容積

ρ′——飽和水密度

ρ′′——飽和蒸汽密度

h——汽包水位

Rb——汽包汽水界面面積

P——汽包壓力

D——鍋爐的瞬間蒸發量

Vx0——汽包水下蒸汽所占容積初始穩態值

D0——鍋爐的瞬間蒸發量初始穩態值

由上式可知，汽包水位的變化不僅取決于給水流量與鍋爐蒸發量的平衡情況、汽包壓力變化情況，還取決于瞬時蒸發量的變化情況。而且由于汽包壓力變化相對較慢，所以汽包干度的變化量大小、變化快慢（即瞬時蒸發量的變化量，變化快慢，兩者接近等比例關系）就決定了汽包虛假水位的大小和快慢。

2 通過汽包水位變動計算式對汽包水位變動時的規律歸納

（1）汽包水位變化有自平衡性。擾動因素產生的影響有兩種：一是使蒸發區工質質量發生變化，二是使蒸發區工質參數發生變化。這兩種變化都會造成汽包壓力和溫度的變化，促使汽包金屬產生蓄熱、放熱作用，推進汽包工質達到新的平衡狀態。汽包內工質參數（壓力、干度）變化率由大變小，汽包水位的變化率也隨之由大到小，出現了一種自平衡現象。

（2）汽包水位最終變化取決于質量收支，但在受到擾動的短時間內，主要由壓力變化率、干度變化率（與鍋爐的瞬間蒸發量變化率有近似線性的同向變化關系）決定。隨著汽包水位受外界擾動最終產生自平衡，汽包質量收支影響逐漸增強，汽包水位變化的最終方向取決于給水流量和鍋爐蒸發量的匹配關系。

（3）汽包水位瞬間變化取決于汽包內蒸汽的平均比焓，而平均比焓的變化率又正比于鍋爐的。焓與比容是正比關系，平均比焓發生變化時平均比容也發生同向變化，汽包水位也就發生了變化。例如：給水量的增加，因給水“欠焓”使平均比焓減?。黄隹谡羝康脑黾邮沟媒饘俜艧?，平均比焓會增大；鍋爐加熱量的增加，使平均比焓同時增大。通過平均比焓的增減分析，就可以確定汽包水位的變化方向和速度。

3 事故情況下的汽包水位調整

在汽包水位調節過程中，無論遇到什么情況、什么樣的虛假水位，第一要務是維持汽包水位在正常范圍之內。視汽包水位變化的情況，在平時給水流量和蒸汽流量匹配的流量差的基礎上，增加或減少100～200 t/h 給水流量，在虛假水位結束、汽包水位回頭后立即收水，否則會造成汽包水位過調節，發生汽包水位調整事故。在這期間可靈活運用開關給水泵再循環門，解除機組協調至BASE 方式（BASEMODE 基本方式）增減大機調門開度等方式調節鍋爐給水和鍋爐蒸發量，但大機調門動作幅度不宜過大。第二要務是維持鍋爐蒸發量與給水流量在調節過程中不產生過大偏差：如果大的偏差是因為大機調門動作過大、過快造成的，則必須將協調解除至BASE 方式，調節大機調門使得鍋爐蒸發量與給水流量再次匹配；如果不匹配是由于燃料減少過多造成的，必須立即加煤、投油阻止鍋爐蒸發量快速下降的趨勢，而燃料增加過快造成主汽壓力和鍋爐蒸發量快速上漲的情形，則需要快速減煤、撤油，協調解除至BASE 方式。需要注意的是，增加大機調門開度但不能太快，以免造成汽包虛假水位和負荷劇烈波動甚至發生發電機超負荷事故。

總之，調整汽包水位的關鍵就是盡量維持給水流量、鍋爐蒸發量、汽包壓力盡量小的波動，這樣汽包的虛假水位就完全在給水自動調節的可控制范圍之內，尤其是汽泵調節水位時，如果小機工作汽源只是四段抽汽，隨著機組負荷的下降或上升，四段抽汽壓力也會跟著下降或上升，這樣在機組負荷大幅擺動時汽泵照樣可以自動穩定調整的能力。只要給水流量、鍋爐蒸發量、汽包壓力波動不快，汽泵就完全調得過來，這在內蒙古大唐國際托克托發電廠的運行實踐中已經被反復驗證過。

內蒙古大唐國際托克托發電廠300 MW 亞臨界機組配套的是一臺100%BMCR（Boiler Maximum Continuous Rating，鍋爐最大連續蒸發量）負荷的汽泵和一臺50%BMCR 負荷電泵，當機組負荷較大時遇到汽泵跳閘、電泵聯啟后出力達不到50%BMCR 負荷下的流量，較設計出力小了很多。如果主汽一直維持接近額定壓力的情況，電泵甚至會不打水。所以，當發生事故時協調不切汽機給隨方式（TFMODE）而切BASE 方式，給水壓力就能均勻下降、保證電泵出力。同時，由于汽包壓力不斷下降，鍋爐放出了蓄熱，增加了鍋爐蒸發量，減緩了鍋爐蒸發量快速下降的趨勢，使得汽包水位調整變得相對簡單，保證給水流量的調整。

4 結論

從理論上分析造成汽包水位變化的3 個因素，分別是：給水流量與鍋爐蒸發量的收支不平衡、汽包壓力的變化以及汽包內蒸汽的平均比焓的變化。其中，汽包內蒸汽的平均比焓的變化是造成汽包虛假水位的主要原因。這樣，就可以提前調整汽包虛假水位的大小和方向，再運用給水流量、鍋爐蒸發量、燃料量3 個方面綜合調整的方法，盡量減少給水流量和鍋爐蒸發量的波動幅度，通過調節燃料量穩定汽包壓力，達到安全、穩定調整汽包水位的目的。同時，將協調方式切換至BASE 的控制方式，有效降低了汽包壓力，利用鍋爐的蓄熱減緩了鍋爐蒸發量的下降速度，為鍋爐給水和凝結水調整爭取了時間，使得汽泵可以在投入自動情況下平穩工作，保證電泵可以隨時正常出力，是一種值得推廣的新的汽包水位調整方法。