300 MW 亚临界自然循环锅炉汽包水位调整技术

范春林

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010206）

0 引言

在外界扰动下，自然循环锅炉汽包水位变化复杂。汽包水位调整是每个运行人员面临的一道难题，尤其是经验相对欠缺的新员工。汽包水位调整得好，可以在事故情况下避免因汽包水位异常而造成机组灭火跳机的异常事故，否则会造成锅炉干烧、汽轮机进水等恶性事故，所以调节好汽包水位是每个运行人员必须要好好研究的事情。不同于大多数研究汽包水位调整的文章，本文着重介绍在各种机组运行工况下和事故工况下汽包水位的调整和变化规律，先通过公式研究了汽包水位变化的原因和各因素影响汽包水位的能力大小，虚假汽包水位主要是由什么因素主导的，并提出了一种全新的汽包水位调整手段。

通过了解虚假水位的主要影响因素，揭示了锅炉瞬时蒸发量的变化方向和大小与汽包虚假水位的变化方向与大小呈近似等比关系，这样就能快速判断汽包虚假水位变化的方向和大小，降低对运行人员素质和经验的要求，大大提高调整汽包水位的效率和准确性，解决了以往需要根据经验去判断各种工况下汽包虚假水位变化方向的弊端，是一种简单、易学的汽包水位调整方法。

1 锅炉汽包水位变动的计算

基于文献[1]，以锅炉的瞬间蒸发量D 描述的汽包水位变动

计算式：

式中 Wsm——锅炉给水量

Wqb——锅炉蒸发量

Vup——汽包水面上容积

Vdown——汽包水面下容积

ρ′——饱和水密度

ρ′′——饱和蒸汽密度

h——汽包水位

Rb——汽包汽水界面面积

P——汽包压力

D——锅炉的瞬间蒸发量

Vx0——汽包水下蒸汽所占容积初始稳态值

D0——锅炉的瞬间蒸发量初始稳态值

由上式可知，汽包水位的变化不仅取决于给水流量与锅炉蒸发量的平衡情况、汽包压力变化情况，还取决于瞬时蒸发量的变化情况。而且由于汽包压力变化相对较慢，所以汽包干度的变化量大小、变化快慢（即瞬时蒸发量的变化量，变化快慢，两者接近等比例关系）就决定了汽包虚假水位的大小和快慢。

2 通过汽包水位变动计算式对汽包水位变动时的规律归纳

（1）汽包水位变化有自平衡性。扰动因素产生的影响有两种：一是使蒸发区工质质量发生变化，二是使蒸发区工质参数发生变化。这两种变化都会造成汽包压力和温度的变化，促使汽包金属产生蓄热、放热作用，推进汽包工质达到新的平衡状态。汽包内工质参数（压力、干度）变化率由大变小，汽包水位的变化率也随之由大到小，出现了一种自平衡现象。

（2）汽包水位最终变化取决于质量收支，但在受到扰动的短时间内，主要由压力变化率、干度变化率（与锅炉的瞬间蒸发量变化率有近似线性的同向变化关系）决定。随着汽包水位受外界扰动最终产生自平衡，汽包质量收支影响逐渐增强，汽包水位变化的最终方向取决于给水流量和锅炉蒸发量的匹配关系。

（3）汽包水位瞬间变化取决于汽包内蒸汽的平均比焓，而平均比焓的变化率又正比于锅炉的。焓与比容是正比关系，平均比焓发生变化时平均比容也发生同向变化，汽包水位也就发生了变化。例如：给水量的增加，因给水“欠焓”使平均比焓减小；汽包出口蒸汽量的增加使得金属放热，平均比焓会增大；锅炉加热量的增加，使平均比焓同时增大。通过平均比焓的增减分析，就可以确定汽包水位的变化方向和速度。

3 事故情况下的汽包水位调整

在汽包水位调节过程中，无论遇到什么情况、什么样的虚假水位，第一要务是维持汽包水位在正常范围之内。视汽包水位变化的情况，在平时给水流量和蒸汽流量匹配的流量差的基础上，增加或减少100～200 t/h 给水流量，在虚假水位结束、汽包水位回头后立即收水，否则会造成汽包水位过调节，发生汽包水位调整事故。在这期间可灵活运用开关给水泵再循环门，解除机组协调至BASE 方式（BASEMODE 基本方式）增减大机调门开度等方式调节锅炉给水和锅炉蒸发量，但大机调门动作幅度不宜过大。第二要务是维持锅炉蒸发量与给水流量在调节过程中不产生过大偏差：如果大的偏差是因为大机调门动作过大、过快造成的，则必须将协调解除至BASE 方式，调节大机调门使得锅炉蒸发量与给水流量再次匹配；如果不匹配是由于燃料减少过多造成的，必须立即加煤、投油阻止锅炉蒸发量快速下降的趋势，而燃料增加过快造成主汽压力和锅炉蒸发量快速上涨的情形，则需要快速减煤、撤油，协调解除至BASE 方式。需要注意的是，增加大机调门开度但不能太快，以免造成汽包虚假水位和负荷剧烈波动甚至发生发电机超负荷事故。

总之，调整汽包水位的关键就是尽量维持给水流量、锅炉蒸发量、汽包压力尽量小的波动，这样汽包的虚假水位就完全在给水自动调节的可控制范围之内，尤其是汽泵调节水位时，如果小机工作汽源只是四段抽汽，随着机组负荷的下降或上升，四段抽汽压力也会跟着下降或上升，这样在机组负荷大幅摆动时汽泵照样可以自动稳定调整的能力。只要给水流量、锅炉蒸发量、汽包压力波动不快，汽泵就完全调得过来，这在内蒙古大唐国际托克托发电厂的运行实践中已经被反复验证过。

内蒙古大唐国际托克托发电厂300 MW 亚临界机组配套的是一台100%BMCR（Boiler Maximum Continuous Rating，锅炉最大连续蒸发量）负荷的汽泵和一台50%BMCR 负荷电泵，当机组负荷较大时遇到汽泵跳闸、电泵联启后出力达不到50%BMCR 负荷下的流量，较设计出力小了很多。如果主汽一直维持接近额定压力的情况，电泵甚至会不打水。所以，当发生事故时协调不切汽机给随方式（TFMODE）而切BASE 方式，给水压力就能均匀下降、保证电泵出力。同时，由于汽包压力不断下降，锅炉放出了蓄热，增加了锅炉蒸发量，减缓了锅炉蒸发量快速下降的趋势，使得汽包水位调整变得相对简单，保证给水流量的调整。

4 结论

从理论上分析造成汽包水位变化的3 个因素，分别是：给水流量与锅炉蒸发量的收支不平衡、汽包压力的变化以及汽包内蒸汽的平均比焓的变化。其中，汽包内蒸汽的平均比焓的变化是造成汽包虚假水位的主要原因。这样，就可以提前调整汽包虚假水位的大小和方向，再运用给水流量、锅炉蒸发量、燃料量3 个方面综合调整的方法，尽量减少给水流量和锅炉蒸发量的波动幅度，通过调节燃料量稳定汽包压力，达到安全、稳定调整汽包水位的目的。同时，将协调方式切换至BASE 的控制方式，有效降低了汽包压力，利用锅炉的蓄热减缓了锅炉蒸发量的下降速度，为锅炉给水和凝结水调整争取了时间，使得汽泵可以在投入自动情况下平稳工作，保证电泵可以随时正常出力，是一种值得推广的新的汽包水位调整方法。