燃煤机组启动初期水位控制分析

燃煤机组启动初期水位控制分析

李庆 ,周宇航

浙江浙能长兴发电有限公司313000

摘要：汽包水位是火电机组启动过程中重要的控制参数，由于虚假水位等因素，在开机过程中经常会出现由于水位导致的机组MFT事故发生。本文以2023年2月3日长电公司#4机组启动过程中（启压至汽轮机冲转阶段）水位控制为案列，分析此次开机过程中水位变化的原因，同时提出防止汽包水位出现大幅度波动的措施。

【关键词】 汽包水位；流量；沸腾

1 机组启动基本概况

公司#4机组为330MW亚临界自然循环汽包锅炉，省煤器无烟气旁路装置。机组无真正意义的高、低压旁路系统，只在开机时作为锅炉加快升温速度用。点火前汽包水位上至-100mm，本次点火以等离子点火方式进行第一台磨煤机的启动，同时为保证燃烧可靠性投运两支油枪，初始燃料量为煤8t\h、燃油2t\h，其中燃油量较平时偏多。

2 水位波动情况

图（1）汽包水位、高旁开度曲线图

根据图（1）显示，我们把汽包水位出现较大波动的时间点分为A、B、C、D四个时间段。其中时间段A对应的是汽包开始起压，水位开始逐渐上升，最高至150mm。时间段B对应的是关闭炉顶空气门和相关疏水时，汽包水位出现先降后升的过程。时间段C对应的是逐渐开启旁路，水位开始上升，最高至110mm。时间段D对应的是旁路投运后汽包水位发生快速下降，最终造成汽包水位过低触发MFT动作。

3 水位波动分析

3.1时间段A内补水量未增加，并通过分集箱不断放水，而水位不断上升。通过查看此时的汽包壁温发现已有达105℃的测点，而主汽未有压力，可以分析判断此时汽包水位的上升是由于锅炉内液态水受热沸腾造成水位虚假上升。

 3.2时间段B内水位先出现了大幅度下降，主要是由于此时关闭了炉顶放空气门，炉内容器压力迅速上升，对应水的饱和温度上升，沸腾现象迅速减弱水位回归真实水位。同时由于前期放水过多，所以真实水量偏少，水位快速下降。

   时间段B中期出现了水位上升，一方面由于前期操作员应对水位下降时补水量偏多，另外随着锅炉相关疏水阀的关闭，出水量减少最终导致水位上升。

    时间段B后期水位比较平稳，此时炉内相当于一个密封容器，主要通过放水来实现一个小流量的给水。同时由于是一个密封容器，随着不断的加热气体无处释放，容器内压力一直增加，水的沸点不断上升，因此此阶段也不会出现虚假水位。但很大一部分水是处于即将沸腾的临界点，此时压力一降低，马上会出现大面积沸腾现象。

3.3时间段C内随着高旁的开启，原本密闭容器有气体流出，容器内压力下降，沸腾现象出现加剧，汽包水位快速上升。

此阶段随着旁路的开启，蒸发的气态水随着旁路流向凝汽器，若补水量低于蒸发量，则炉内水量是处于一个慢慢减少的状态，同时由于沸腾的原因水的减少无法直接从汽包水位变化体现出来，对汽包水位控制埋下了隐患。

3.4时间段D前期高旁逐渐开大，补水量未增加，水位基本不动。此时旁路开大后水的蒸发量逐渐增多，补水量未增加，炉内水量实际不断减少，但受旁路不断开大，液态水不断沸腾影响，汽包水位未下降。随着炉内汽水逐渐减少，同时旁路开度不再变化，虚假水位现象开始消减，水位开始迅速下降。此时开始大流量补水，但由于前期补水过少，蒸发过多，省煤器、水冷壁都处于欠水状态，因此补水未能及时补充到汽包，最终引起汽包水位过低，触发MFT动作。

4 减小水位波动措施总结

4.1将汽包水位控制在合理范围内

这里主要要求的是在汽包起压前因严格控制汽包水位在-100mm左右，根据表1数据可知，在主汽起压的过程中，汽包水位不可避免的有一波较大幅度的上升，多的上升可能达200mm以上，因此控制汽包水位在较低值是避免水位过高触发MFT的必要措施。

表（1）  近期机组开机主汽起压时汽包水位上升情况统计表

4.2严格控制机组启动初期的燃料量

根据表1数据可得燃料量过多，尤其燃油过多会使得在主汽起压阶段汽包水位明显上升的偏多。这是因为燃料量过多不仅会使主汽起压时的给水沸腾现象加剧，导致水位在主汽起压时水位上升过多，同时会使炉膛热量过大，进而引起通过省煤器的烟气温度过高，最终容易引起省煤器内水的沸腾。

4.3减小放空气门对水位的影响

炉顶空气门开度过大或者关闭不及时，都会引起炉内水沸腾现象加剧，时间加长。因此炉顶空气门在开启时要保持合适开度，同时主汽起压后及时关闭。

4.4加强换水

加强换水不仅可以不断提高炉水品质，，还能防止炉内局部水循环停滞，使水循环系统各个部件金属受热均匀，减少汽包上、下壁差。

同时温度较低的水不断进入炉内，能够降低省煤器温度，起到缓解或消除省煤器内水汽化的作用。

4.5防止出现省煤器沸腾。

4.5.1如何发现省煤器发生沸腾

    我厂省煤器布置于35.8米高度，汽包中心位于59.1米高度，若省煤器进口至汽包管道内为正常的液态水，则不考虑流速等其因素，根据p=ρgh，则两端压差在0.233mpa左右。当省煤器发生沸腾后，水中的含气量将不断增加，则管道中液体密度不断下降，压差也将不断下降。如图2所示，在#4机组发生省煤器沸腾时，这两点的压差值在不断缩小，期间显示水未发生大幅度波动。所以省煤器进口压力和汽包压力的差值是否明显缩小是判断省煤器是否发生沸腾的一个很好指标，建议可在CRT画面增加相关报警显示有助于操作员及时发现省煤器沸腾。

图（2）高旁开启过程中省煤器进口压力、汽包压力变化曲线图

4.5.2防止省煤器沸腾的措置

（1）满足上水条件的前提下降低给水温度，避免除氧器温度过高，通过不断换水降低省煤器内的水温。

（2）启动过程中尽量开大再热器烟气挡板。由于我厂无省煤器烟气旁路装置无法完全隔离通向省煤器的烟气，但根据我厂炉膛布置结构，开大再热器烟气挡板可以减少通往省煤器的烟气量，防止过度加热。

（3）在增加高旁开度时，要注意汽包水位，汽包水位出现下降时再增加高旁开度，为补水创造条件。这是因为随着旁路的开启炉内水开始蒸发流向凝汽器，且旁路越大，蒸发量越大，此时若旁路开启速度过快，则可能开启旁路引发的虚假水位上升高于由于炉内水蒸发带来的水位下降量，使得炉内补水一直低于蒸发量，最终会引发省煤器缺水事故的发生。