300MW機組鍋爐汽包水位調整技術

概述

鍋爐的汽包水位由於調整不當,將造成兩種水位事故。

一種是汽包滿水事故

指鍋爐汽包水位嚴重高於汽包正常運行水位的上限值,使鍋爐蒸汽嚴重帶水,蒸汽溫度急劇下降,發生水衝擊,損壞管道和汽輪機組。

另一種是汽包缺水事故

指鍋爐水位低於能夠維持鍋爐正常水循環的水位,蒸汽溫度急劇上升,水冷壁管得不到充分的冷卻而發生過熱爆管。這種事故的發生輕者造成機組非計畫停運,嚴重時可造成汽輪機和鍋爐設備的嚴重損壞。在機組正常啟停和運行中通過科學的判斷分析和正確的高水平的調整汽包水位,才能很好的防止惡性事故的發生和間接地降低發電廠的生產成本。

汽包水位的變化機理

1.鍋爐啟動過程中的汽包水位變化

2.汽包水位緩慢上升

投入爐底部加熱後,輔汽在爐水中凝結成為爐水,使汽包水位緩慢上升。鍋爐點火初期,由於冷風帶走的熱量和燃油燃燒釋放的熱量相等,汽包水位無大的變化。
當1.8t/h的油槍增投至兩支及以上時,由於熱量平衡的破壞,使爐內溫度上升,爐水吸熱開始產生汽泡,汽水混合物的體積膨脹,汽包水位開始緩慢上升產生暫時的虛假水位,隨爐水吸熱量的增加,當水冷壁內水循環流速加快後,大量汽水混合物進入汽包後汽水分離,飽和蒸汽進入過熱器,使汽包水位開始明顯下降。
隨著汽包壓力的升高,這種蒸發速度會降低,但在實踐中觀察該現象不太明顯。
當到達沖轉參數(主蒸汽壓力4.2Mpa,主蒸汽溫度320℃)關閉35%旁路的過程中,蒸發量下降,單位工質吸收的熱量增加,微觀分析,分子運動速度加快,對汽包、水冷壁、過熱器的撞擊次數增多,巨觀觀察,汽包壓力又進一步升高,送一方面使汽水混合物比容減小,另一方面飽和溫度升高,很多已生成的蒸汽凝結為水,水中氣泡數量減小汽水混合物的體積縮小,促使汽包水位迅速下降,造成暫時的虛假水位,這時在給水量未變的情況下由於鍋爐耗水量下降汽包水位會迅速回升。
掛閘沖轉後水位的變化相反。
機組併網後負荷50Mw給水主副閥切換時,由於給水管路直徑的變大使給水流量加大汽包水位上升很快。
其它階段只要給水量隨負荷的上升及時增加汽包水位的變化不太明顯。

3.汽包水位的變化

引風機、送風機、一次風機、磨煤機跳閘後汽包水位的變化
鍋爐的上述四大轉機任意跳閘1台,相當於爐內燃燒減弱,水冷壁吸熱量減少,爐水體積縮小,汽泡減少,使水位暫時下降。從實際事故中觀察,跳1台引風機後的10s內,給水自動以2t/s的速度增加,其水位下降速率仍然高達6.2mm/s。同時氣壓也要下降,飽和溫度相應降低,爐水中汽泡數量又將增加,水位又會上升,還由於負荷的下降,給水量不變,如果人工不干預,水位最終會上升。這就是平時所說的先低後高。

4.高加事故解列後汽包水位的變化

高加事故解列,就是汽輪機的一二三段抽汽量突然快速為零的過程。對於鍋爐來說,發生了2個工況的變化,一個是蒸汽流量減少壓力升高,另一個是給水溫度降低100℃引起的爐水溫度降低,水位將先低後高。

5.突然掉大焦和一次風壓突升後汽包水位變化

這種情況相當於燃燒加強的結果,水冷壁吸熱量增加,爐水體積膨脹,汽泡增多,使水位暫時上升:同時氣壓也要升高,飽和溫度相應升高,爐水中汽泡數量又將減少,水位又會下降;隨後蒸發量增加,但給水未增加時,水位又進一步下降,即水位先高后低。
從實際生產中觀察,上升不明顯,但下降較快,事故發生10s後,雖然給水以1t/s的速度增加,水位仍以1.7mm/s的速度下降。

6.鍋爐安全門動作和負荷突變後水位的變化

當鍋爐安全門動作或負荷突增時,汽包壓力將迅速下降,送時一方面汽水比容增大,另一方面使飽和溫度降低,促使生成更多的蒸汽,汽水混合物體積膨脹,形成虛假高水位。但是由於負荷增大,爐水消耗增加,爐水中的湯泡逐漸逸出水面後,水位開始迅速下降,即先高后低。
當安全門回座或負荷突降時,水位變化過程相反。

7.鍋爐啟動過程中汽包水位的調整

(1)經過高加水側鍋爐冷態啟動上水正常後,投入底部加熱之前給電子水位計測量筒進行灌水,使電子水位能正確顯示,防止在啟動過程中水位誤差過大造成汽包水位無法投入和MFT誤動事故。
(2)鍋爐底部加熱投入後,要及時投入汽包水位保護。當水位升高時,由保護打開和關閉汽包事故放水門,維持水位。
(3)鍋爐點火後,茁於給水流量太小,沒有充滿主給水管道而不能正確顯示數值,'大多都顯示為零。當流量超過80~100t/H時流量表才正確顯示數值。在這個階段,最好的上水方法是藉助汽包水位的變化和給水泵轉速的大小及定排量的大小來連續給鍋爐上水,穩定汽包水位。
(4)當汽輪機沖轉前關閉高壓旁路時,先將汽包水位穩定在較高水位80~100mm,用點動的方式關閉高壓旁路。當汽包水位下降較快時,立即停止操作,待穩定後方可繼續操作,直至高壓旁路全部關閉。
(5)汽輪機升速過臨階轉速時,產生虛假高水位,應立即降低給水流量。當汽包水位顯示值的小數點後第一位數字開始下降時,立即加大給水流量;當該數字再一次開始上升時,立即將給水流量降至平衡值,穩定汽包水位。
(6)15%給水旁路切主路
1)進行給水旁路至主路切換過程中,應先適當降低給水泵出口壓力,使給水泵出口壓力大於省煤器入口壓力2MPa,然後開啟給水主電動門並及時調節給水泵轉速,保持給水流量和省煤器入口壓力不變,防止水位擾動。水位調節穩定後關閉給水旁路門。
2)進行給水主路至旁路切換操作過程中,應先開旁路調節閥前後電動截止門,待旁路調節閥前後電動截止門全開後關閉主給水電動門,同時調節給水泵轉速和給水旁路調節閥,保持給水流量和省煤器入口壓力不變,防止水位擾動。
3)為防止主給水電動門開關中撓動過大,可利用就地點開/關的方式進行操作。為防止對主給水電動門造成磨損,不得用主給水電動門進行水位調整,不得長時節流運行。
(7)儘早啟動1台汽泵。但由於各種原因沒有備用裹,機組負荷120MW時停止升負荷,否則將造成缺水停機事故。其它各負荷階段,按照汽水平衡調節即可。

鍋爐正常運行中汽包水位妁調整

(1)正常運行時

,保持給水壓力高於汽包壓力l.5~2.0Mpa,汽包水位應保持±20mm,最大允許波動範圍±50mm。汽包水位達+120mm時自動開啟事故放水閥,汽包水位降至0mm時自動關閉事故放水閥。汽包水位允許高限為+120mm(報警),低限一180mm(報警),汽包水位達千240mm或一330mm時MFT動作緊急停爐。

(2)小流量閥正常情況下

給水泵最小流量閥正常情況下應投入自動,在自動故障情況下,最小流量閥開度不應小於10%,當給水泵出口流量小於148t/h時應打開最小流量閥,防止給水泵軸向推力過大或給水泵汽化。

(3)當給水泵最小流量閥內漏嚴重關閉時

當給水泵最小流量閥內漏嚴重關閉手動門時,最小流量閥不得投入自動,防止給水泵在出口流量小於148t/h時,給水泵不跳閘,造成給水泵軸向推力過大或給水泵汽化。

(4)給水泵在機組穩定的情況下

給水泵在機組穩定的情況下,應投入自動,但不能過於依賴自動。運行人員應加強監視,掌握自動跟蹤情況。當自動運行不穩定時,應立即切至手動調節。在機組調峰、啟動、停止、事故、磨煤機切換、給水泵切換、單台給水泵跳閘、高加解列、給水流量變送器故障等不穩定工況下必須注意觀察和手動調節。

(5)無論在任何情況下

無論在任何情況下,水位調節必須有專人負責調整,並且有1台CRT為水位調節專用不得有其它畫面將水位調節畫面覆蓋,影響水位及給水泵運行工況監視。在正常情況下水位調節應以電子水位計為準,在事故或電子水位計故障情況下應以就地雙色水位計為準。

(6)當2台給水泵並列運行時

當2台給水泵並列運行時,應儘量保持2台泵出力平衡,調節過程中單台泵不得大幅度增、減出力,防止給水泵搶水,特別是1台汽泵1台電泵運行很容易發生搶水事故。

(7)一般情況

一般情況在1台汽泵、1台電泵並列運行的工況,不允許汽包水位投自動。投自動時只能投入1台電泵,因為電動給水泵與汽動給水泵調節特性不同,同時投入自動時水位調節擾動較大,只投入汽泵會造成給水流量突降事故。

(8)在調節過程中

在調節過程中如果汽泵跳“就地”,應立即聯繫汽機將汽泵切至“遙控”,可通過MEHP幫助調節,必要時可啟動電動給水泵。

(9)給水泵切換

1)給水泵切換前應解列水位自動,進行手動調節。
2)給水泵切換過程中水位調節應由一定水位調節經驗的人員進行調節。
3)備用泵啟動後應空轉檢查運行10-30min正常後方可進行切換。
4)在進行啟動泵與預停泵負荷切換過程中,應保持“兩個”不變。其一,保持鍋爐負荷不變,即不得進行影響負荷的其他重大操作。其二,保持總給水流量基本不變,緩慢增加啟動泵轉速,轉速每升高一定速率,應聯繫汽機側檢查啟動泵運行狀況。當啟動泵出口壓力與待停泵接近,其出口己有少量流量時!降低待停泵轉速,使待停泵負荷轉移至啟動泵,同時增加啟動泵出力,保持汽包水位正常。
5)進行啟動泵與預停泵負荷切換結束之後,預停泵應繼續保持較高轉速和泵的出口壓力,同時對啟動泵進行帶負荷檢查,當確認啟動泵運行正常後,方可降低預停泵轉速後停止運行,以防止啟動泵運行不正常跳閘後能及時將汽動給水泵帶負荷。
6)切換中注意最小流量閥開度變化,在泵出口流量小於148t/h,最小流量閥未開(>5%),延時10s給水泵跳閘。

(10)在汽動給水泵運行的情況下

電動給水泵應處於良好備用狀態,且做好定期試轉工作。當單台汽泵跳閘電泵不聯動時,應立即單操啟動電動給水泵。.

(11)汽動、電動給水泵的調節特性差異

汽動給水泵的調節特性為:升速率較慢、遲延性大,汽動給水泵在連續升速操作狀態下,轉速控制指令以每秒3%(即90rpm/s)的速度增加,但目標轉速只能以15rpm/s的速度增加。通過計算,操作員大約需要30min就可將汽動給水泵轉速指令從3000rpm/s增加到最高轉速5700rpm/s,而目標轉速從3000rpm/s升至5700rpm/s大約需要3min其遲延達2.5min。
另外,汽動給水泵的實際轉速滯後於目標轉速,滯後量隨給水泵轉速增加而增大。
根據汽動給水泵運行的綜合要求,汽動給水泵在升速過程中,目標轉速與實際轉速的差值不得大於1000rpm/s,否則,汽動給水泵的控制方式將從“remote”自動切換至“local〃,操作人員將無法進行調節。

電動給水泵的轉速.

電動給水泵的轉速是通過液力偶合器進行調節,在連續升速操作狀態下,轉速控制指令以勺管開度每秒4%的速度增加,指令在25s就可達到100%,給水泵大約在70~80s可以達到滿出力。

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