一、汽包水位调节过程一般采用三冲量调节方式,下面主要以三冲量调节进行简要的分析。
1、所谓冲量,是指调节器接受的被调量的信号。
2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器(PID调节器,若微分作用过强将易导致水位调节动态不稳,水位自动调节异常即为此种情况)、执行器等组成。
3、在汽包水位三冲量给水调节系统中,调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号。其中,汽包水位是主信号,任何扰动引起的水位变化,都会使调节器输出信号发生变化,改变给水流量,使水位恢复到给定值。
由于蒸汽流量的变化是经常发生的外部扰动,且是产生“虚假水位”的根源,所以在给水控制系统里常常引入蒸汽流量信号作为前馈信号(有时燃料量也被引入一起作为前馈信号),以改善外部扰动时的控制品质。当负荷变化而出现“虚假水位”时,由于采用了蒸汽流量信号,就有一个使给水量与负荷同方向变化的信号,从而减少了由于“虚假水位”现象而使给水量向与负荷相反方向变化的趋势,从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。
蒸汽流量和给水流量两个信号配合,可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时,测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化,所以给水流量信号作为介质反馈信号,使调节器在水位还未变化时就可根据反馈信号消除内扰,使调节过程稳定,起到稳定给水流量的作用。
在运行中出现水位明显变化时,应分析变化的原因和变化趋势,判明是虚假水位或是汽包水位有真实变化,及时而又妥当地进行调节。处理不当,可能会引起缺水或满水事故。
什么是虚假水位?在什么情况下容易出现虚假水位?调节时应注意什么?汽包水位的变化不是由于给水量与蒸发量之间的物料平衡关系破坏所引起,而是由于工质压力突然变化,或燃烧工况突然变化,使水容积中汽泡含量增多或减少,引起工质体积膨胀或收缩,造成的汽包水位升高或下降的现象,称为虚假水位。由于出现虚假水位的现象是暂时的,故也称暂水位。在负荷突然变化时,汽压也相应变化,这时将会出现虚假水位。负荷变化速度越快,虚假水位越明显。如遇汽轮机甩负荷,汽压突然升高,水位将瞬时下降;运行中燃烧突然增强或减弱,引起汽泡量突然增大或减少,使水位瞬时升高或下降;安全阀起座时,由于压力突然下降,水位瞬时明显升高;锅炉灭火时,由于燃烧突然停止,锅水中汽泡产量迅速减少,水位也将瞬时下降。
产生虚假水位时水位调节不仅考虑汽包水位信号,应考虑三冲量信号即汽包水位、蒸汽流量、给水流量。正常运行中给水泵根据三冲量信号进行自动调节,就已经考虑虚假水位的因素。
以下为一起由于对虚假水位认识不足所引起的锅炉MFT事故。
事故经过:机组负荷220MW,主汽压10MP, EF层4只油枪约10吨/小时,E,F两台磨(每台磨煤量近40吨/小时)。运行人员观察汽包水位在零到负五十的样子且趋势平缓,就低头抄表,大约2分钟后抬头看水位时发现汽包水位在—202mm,当时就赶紧加大了上水量,增加了大约100吨/小时的上水量,在汽包水位到约+70mm时开始减少上水量,可此时水位的变化突然变化的很快,这时候知道是磨煤机跳让汽压的变化导致的虚假水位(当时一台磨跳闸),当时运行人员考虑到是虚假水位,害怕快速的降低给水流量会在虚假水位消失后让汽包水位低,就没有快速的降低给水流量,采取了缓慢降低的手段,当水位到约+250的时候才采取快速的降低给水流量,这时候水位已经很快得到了+370,导致MFT。
二、机组启动及正常运行时的汽包水位调节
汽包水位监视和调节是燃烧调节的一个重要指标。尤其在开、停机及事故处理中监视和调节汽包水位是保证锅炉正常运行的重要因素。
1、锅炉运行过程中,汽包水位变化是经常的,汽包水位的扰动有四个来源,包括给水量方面的扰动为内部扰动。其余的如蒸汽负荷的扰动、燃料量的变化及汽包压力的变化等为外部扰动。其中尤以给水扰动、汽机负荷扰动和锅炉热负荷扰动较为严重。具体因素有以下几点:
(1)、锅炉负荷变化负荷升高时(调门开大,汽压降低),汽包水位先上升而后下降;负荷降低时(调门关小,汽压升高),汽包水位先下降而后上升。
(2)、炉内燃烧工况变化在锅炉负荷及给水量不变的情况下,由于燃烧不良或燃料量不稳定,使炉内燃烧工况变化,从而引起的汽包水位变化随机组形式不同而不同:燃烧加强时,汽包水位先上升,然后下降;燃烧减弱时,水位变化情况与上述相反。
(3)、给水压力变化使给水量与蒸发量平衡关系破坏,从而使汽包水位变化。给水压力升高,汽包水位升高;给水压力下降,汽包水位下降。
下面举两个炉内燃烧工况变化引起的水位波动的事例
事例一(燃烧加强,水位瞬间上升)
机组在从350MW升至400MW过程中,汽包水位突然从15mm瞬间波动到117mm,并很快恢复正常。汽包水位波动的1分钟内,在汽包水位突然上升时,给水流量从1056T/H下降到829T/H。而在水位波动的前后,给水流量和汽包水位均比较稳定,且成对应关系,由此判断给水流量的大幅下降是由于汽包水位的突然上升引起的,是汽包水位控制的正常反应。因此,汽包水位的波动不是由机组的给水扰动引起的。
在汽包水位波动的1分钟内,汽机调门开度从73.64%增加到74.4%,蒸汽流量从1120T/H增加到1143T/H,机组负荷从366MW增加到374MW。而主汽压力从12.656MPa增加到12.800MPa.。即蒸汽流量是伴随着主汽压力的上升而增加的。因此,汽包水位的波动不是由机组蒸汽流量的突然变化引起的,即汽包水位的变化不是由锅炉的外部扰动引起的。而是由锅炉的内部扰动引起的。
当时炉膛负压在1分钟内突然增加了200Pa,由此判断锅炉燃烧在此时突然发生了增强。即锅炉的断面热负荷发生了突然增加,从而使水冷壁受到的辐射热突然增强,进而使该区域内水冷壁内的水发生了突然膨胀,大量的水涌入汽包内,进而使汽包的水位发生了大幅上升。这从随后主汽压力的快速上升也可以证明这一点。
事例二(燃烧先减弱后又增强,水位瞬间下降后又急剧上升)
工况:负荷50%;两台汽泵运行,电泵备用其他各辅机正常运行方式;4台磨运行,准备停一台磨。当准备关闭待停磨煤机热风隔绝门时(相应给煤机已停运),误关运行磨热风门,该磨风量及出粉能力下降,炉内燃烧减弱,汽包水位下降;短时间后运行人员发现误关运行磨热风隔绝门后立刻手动开启此门,磨风量立即上升(磨热风调门有较大的开度),造成大量煤粉瞬间进入炉膛,燃烧急剧增强,水冷壁内的水急剧膨胀,大量的水涌入汽包内,汽包水位急速上升,虽立即大幅减少给水量,但已无法控制,汽包水位迅速上升到保护值,MFT动作。
2、启动过程炉水温度逐渐上升,炉水逐渐膨胀,汽包水位也逐渐上升,因此点火前汽包应保持低水位运行(尤其汽包压力小于0.8Mpa时要注意汽水共腾);投、退油枪,开高/低旁,冲转、并网时应注意虚假水位。
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