300MW循环流化床机组汽包水位保护

张振江

【摘 要】节能减排的要求越来越严格，循环流化床机组应用越来越广泛。锅炉汽包水位是锅炉和汽轮机安全正常运行的重要参数。笔者就300MW循环流化床机组汽包水位保护进行浅析。

【关键词】锅炉；汽包水位；保护

中图分类号：TG502.31 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0206-02

引言

经过近20年的迅速发展，国外循环流化床技术已趋于成熟。无论是锅炉本身的大型化，还是各种配套的技术和设备，都能适应用户的不同需求。对环境保护的要求日益严格，也促进了循环流化床的发展，相对而言，对循环流化床的理论研究滞后一些。我国也是开发循环流化床技术较早的国家，近几年国内的循环流化床的理论研究也发展很快，完善了循环流化床的传热和热工控制理论，为循环流化床的设计和商业化提供理论依据。笔者就300MW循环流化床机组汽包水位保护进行探讨。

一、锅炉汽包概述

汽包是具有一定壁厚的承压热容器.其工作压力高、机械应力大，当汽包壁温度场不均时，会产生热应力。因此汽包在锅炉运行中起着很重要的作用。

锅炉汽包的汽水流程如图一所示。锅炉给水经过给水泵加压后，在省煤器中吸热后进入汽包，再经过水循环管（即水冷壁）吸收炉膛内产生的热量变成汽水混合物在汽包内进行汽水分离产生饱和水蒸汽，再经过过热器加热后生成过热水蒸汽到汽轮机处做功。

二、锅炉汽包水位保护

汽包水位的稳定程度反映了给水流量与蒸汽流量之间平衡关系。锅炉汽包的水位一般规定在汽包中心线以下100-200mm处，允许波动范围为±50mm。汽包水位的高低直接影响锅炉的运行安全和蒸汽品质。水位过高，汽包的汽空间就会减小，破坏了契税分离装置的正常工作，使蒸汽带水过多，导致汽轮机喷嘴叶片结垢、汽蚀，甚至发生水冲击损坏设备。水位过低，锅炉水循环会被破坏，部分受热面可能面临干烧而发生过热损坏。对于大型锅炉而言，汽包汽水空间相对较小，保持汽包水位在允许值范围内波动对整个机组安全运行有着至关重要的意义。如图二所示。

为保证汽包水位的稳定，必须对给水流量进行调节，在调节时应保持给水流量小范围波动，给水流量剧烈波动不但会影响给水管道和省煤器安全运行还会加重给水泵的负荷，给设备造成不必要的损坏。

水位保护系统的目的就是调节水泵和使汽包中的水位在允许范围之内波动，从而满足锅炉负荷要求。并保持给水流量和蒸汽流量动态平衡。

锅炉汽包水位保护自动控制的任务是使给水量与锅炉的蒸发量维持在汽包水位的工艺允许值的范围内。汽包水位不仅受汽包（包括循环水管）内的储水量影响，也受水位下汽包容量的影响。而水位下汽包容积与锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。因此，影响水位的变化很多，其中主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量。

TP——汽包压力的时间常数；

（HD表示稳定情况下的水位，IH表示水位高度变化）；

（IW表示给水流量变化，Dmax为最大蒸汽负荷量）；

（ID为蒸汽负荷的变化）。

由式中可以看出，汽包水位被控的对象有四个。在不同运行工况下被控对象的动态特性随负荷而变化，要求调节器具有相应变参数自适应的能力。

（一）、给水扰动，包括给水的变化和调节阀开度的变化，此扰动来自给水管道和给水泵。由于给水温度比汽包内饱和水温度低很多，所以给水流量增加后，从原有饱和水中吸取部分热量，这就会使得水位下汽包容积有所减少。当水位下汽包容积的变化逐渐平衡时，水位变化就完全反映了由于储水量增加而成线性上升。因此，实际水位表现，一开始不立即增加，需要出现一段滞后。

（二）、蒸汽负荷扰动，主要要有蒸汽管道阻力变化和主蒸汽调节阀开度调节两个方面。这个扰动主要来自于汽轮机发电机组的负荷变化。此时需要注意的是虚假水位，其是一种反向表象，设计时要加以考虑。

（三）、燃料量扰动，主要是燃料发热量变化，而影响发热量变化的因素很多，由于燃料发热量变化是持续时间相对较长的，所以其对汽包水位影响时间较长，波动范围小。

（四）、汽包压力扰动，主要有：汽包内部汽水系统在压力升高时的自凝结过程；汽包内部压力降低时的自蒸发过程。

在水位保护过程中，虚假水位是一个典型问题，所谓虚假水位就是某个扰动发生时，水位先向相反方向变动，然后才顺应正常变化而变化。一般虚假水位由以下原因形成：

锅炉蒸汽负荷增加或减少，这使得水冷壁和汽包内的汽水混合物汽水比例发生变化，从而使汽包水位上升或下降。这是虚假水位的主要原因有：蒸汽流量增加，汽包气压下降，蒸发温度下降，由于炉水为饱和水，瞬间汽化增大，汽水共沸加剧，使汽包水位随压力下降而上升：燃料量变化，其影响壁的蒸发强度，也会到时虚假水位的产生。