锅炉汽包的“虚假水位”是如何形成的?

静jing

锅炉汽包的“虚假水位”是如何形成的?

一、前言
锅炉虚假水位容易引起，操作人员的误判断，导致错误的操作指令，引起严重的后果，处理虚假水位，要靠操作人员的经验和严格的执行规程。
掌握负荷骤增、骤减时所形成的虚假水位，对调整水位，平稳操作有很大帮助。
当运行中出现此中虚假水位时，不要立即调整，而要等到水位逐渐与给水量蒸发量之间平衡关系变化一致时再调整。
具体地讲，当负荷骤增，压力下降，水位突然升高时，不要减少给水量，而要等到水位开始下降时，在增加给水量。负荷骤减，压力升高，水位突然降低时，不要增加给水量，而要等到水位开始上升时，再减少给水量。


二、下列情况注意虚假水位
1.蒸汽负荷突然升高或降低
2.给水压力突然升高或降低
3.给水调节装置有缺陷
4.锅炉安全阀动作
5.锅炉定期排污
6.炉水品质不合格，连排量不足时
7.锅炉机组发生故障或燃烧不稳时
8.对空排汽开启时


三、虚假水位分为3种情况：
1. 水位计泄漏。如果是汽侧泄漏，水位偏高；如果是水侧泄漏，水位偏低。
2. 水位计堵塞。无论汽侧阻塞还是水侧堵塞，水位均偏高，水位计水侧堵塞是，水位停止波动。
3. 当负荷骤增，气压下降时，水位短时间增高。负荷骤增，压力下降，说明锅炉蒸发量小于外界负荷。因为饱和温度下降，炉水自身汽化，使水冷壁内汽水混合物中蒸汽所占的体积增加，将水冷壁中的水排挤到汽包中，使水位升高。反之，当负荷骤减，压力升高时，水位短时间降低。
四、为什么负荷骤增水位瞬间升高，负荷骤减水位瞬间降低？
在稳定负荷下，水冷壁管内蒸汽所占的体积不变，给水量等于蒸发量，汽包水位稳定。

图1 负荷骤增骤减汽包水位变化示意图

（a）负荷骤减；(b)负荷稳定；（c）负荷骤增
负荷骤增分两种情况：
一种情况是进入炉膛的燃料量没有发生变化，而外界负荷骤增。
在这种情况下，汽压必然下降。由于相应的饱和温度下降，储存在金属和炉水中的热量，主要以水冷壁内炉水汽化的形式释放出来。炉水汽化使水冷壁管内蒸汽所占有的体积增加，而将多余的炉水排入汽包。此时给水量还未增加，由于物料不平衡引起的水位降低要经过一段时间才能反映出来，所以其宏观表现为水位瞬间上升。经过一段时间后，当水冷壁管内的蒸汽体积不再增加达到平衡，而物料不平衡对水位产生明显影响时，水位逐渐恢复正常。如不及时增加给水量，则会出现负水位。
另一种情况是由于锅炉的燃料增加太快，使锅炉的蒸发量骤增。在这种情况下，由于水冷壁的吸热量骤增，水冷壁管内产生的蒸汽增多，蒸汽所占的体积增加，将水冷壁管内的炉水迅速排挤至汽包，使水位瞬间升高。由此可以看出，无论属于何种情况，负荷骤增水位必然瞬间升高，见图1 （c）。同样的道理，负荷骤减时，由于蒸汽压力升高，相应的饱和温度提高，进入锅炉的燃料，一部分用来提高炉水和金属的温度，剩余的部分才用来产生蒸汽。由于蒸汽所占的体积减小，汽包里的炉水迅速补充这部分减少的体积，物料不平衡对水位的影响较慢，所以瞬间水位降低，见图1（a）。
由此可以看出，负荷骤增骤减时，不但给水流量和蒸汽流量不平衡会引起汽包水位变化，而且水冷壁管内汽水混合物体积的变化也会引起汽包水位变化。负荷骤增时，汽水量不平衡水位的受化，炉水体积膨胀水位的变化及汽包最终的水位变化，见图2。
为了防止汽包水位大幅度波动，负荷增减要缓慢，要勤调整。

图2

锅炉负荷骤增汽包水位的变化
1-汽水量不平衡水位的变化；
2-炉水体积膨胀水位的变化；
3-最终的水位变化
五、影响汽包水位变化的主要因素
锅炉运行中，汽包水位是经常变化的。引起水位变化的原因，一个是锅炉外部发生扰动(如负荷的变化);另一个是锅炉内部发生扰动(如燃烧工况的变化)，当出现外扰或内扰时，将使蒸发设备的物质平衡(既蒸发量与给水量的平衡)遭到破坏，或者工质状态发生变化(当锅炉压力变化时，水与蒸汽的比容发生变化)，上述两方面的原因都能引起汽包水位发生变化。
汽包水位变化的剧烈程度，不仅与扰动量的大小有关，而且还与扰动速度的大小有关。根据水位变化的根本原因，可归纳出影响水位变化的主要因素有锅炉负荷，燃烧工况和给水压力等。
1、锅炉负荷
汽包水位的稳定与锅炉负荷的变化有密切的关系。因为负荷改变不仅影响到蒸发设备中水的消耗量，而且还影响到压力的变化，从而使炉水状态发生变化，引起它的体积也相应发生变化。如当锅炉负荷D突然增加时，在给水量G和燃烧未做相应调节之前，锅炉的气压和汽包水位的变化是:汽包水位开始先迅速升高，而后再逐渐降低。开始时升高的水位，称之为“虚假水位”。当锅炉负荷突然增加时，汽压将很快下降。这时一方面使汽水混合物比容增大；另一方面使饱和温度降低。由于饱和温度的降低，使蒸发管金属和炉水放出部分热量，生成更多的蒸汽。
锅炉水容积中蒸汽含量增加，汽水容积膨胀，促使水位很快上升，形成虚假水位。虚假水位的产生只是暂时的，因为锅炉负荷增加锅炉水消耗量增加，但这时的给水量并没有随负荷的增加而增加，因此水位会随之逐渐降低；反之，当锅炉负荷突然降低时，出现的情况与上述相反。
实际上，当锅炉工况变动时，水位暂时很快上升，从物质不平衡的情况看，蒸发量大与给水量，炉水不是多了而是相对少了，水位是很快要下降的。因此一般的处理方法是首先增加风煤，强化燃烧，恢复汽压，然后再适当加大给水，以满足蒸发量的需要。
但是，如果虚假水位很严重，亦即水位上升幅度很大，不加限制就会造成满水事故时，还是应当先适当的减少给水流量，同时强化燃烧，恢复汽压，在水位停止上升时再加大给水量，恢复正常水位。


2 、燃烧工况
在锅炉负荷和给水量没有变动的情况下，炉内燃烧工况发生变动多数是由于燃烧不良，给煤量不稳定等所引起的。燃烧工况变动不外乎有两种情况。
1、燃烧加强，如当炉内燃料量突然增多，体积膨胀，因而使水位暂时升高，由于产生的蒸汽量不断增多，使气压上升，相对应的提高了饱和温度，炉水中的蒸汽泡数量又减少，水位又会下降，对于单元制锅炉，由于汽压上升使蒸汽做功能力提高了，而外界电负荷又没变化，因而汽轮机调节机构将调门关小，减少进汽量，于是锅炉蒸汽流量减少。此时由于给水流量没有变，因而将使水位又升高。   
2、炉内燃烧减弱，炉内燃烧减弱对水位产生的影响与燃烧加强的情况完全相反。
3、给水压力
如果给水系统运行不正常，使给水压力变化时，将使送入锅炉的给水量发生变化，从而破坏了给水量与蒸发量的平衡，则必将引起汽包水位的变动。因此汽包水位与给水压力有关。
4、省煤器汽化
为了使汽包内有足够的蒸汽空间，保证良好的汽水分离效果，以获得品质良好的蒸汽，一般规定汽包中心线以下150mm为零水位。正常上下波动范围为±50mm，最大波动范围不超过±75mm。汽包水位过高，则由于蒸汽空间太小，会造成汽水分离效果不好，蒸汽品质不合格。汽包水位太低会危及水循环的安全。
对于安装了沸腾式省煤器的锅炉来讲，汽包中的水呈饱和状态，汽包里的水进入下降管时，截面突然缩小，产生局部阻力损失。炉水在汽包内流速很低，进入下降管时流速突然升高，一部分静压能转变为动压能。所以，水从汽包进入下降管时压力要降低。如果汽包的水位不低于允许的最低水位，汽包液面至下降管入口处的静压超过水进入下降管造成的压力降低值，则进入下降管的炉水不会汽化。如果水位过低，其静压小于炉水进入下降管的压降，进入下降管的炉水就可能汽化，而危及水循环的安全。汽包水位过低还有可能使炉水进入下降管时形成漏斗，汽包内的蒸汽从漏斗进入下降管而危及水循环的安全。
所以，为了获得良好的蒸汽品质，保证水循环的安全，汽包水位必须保持在规定的范围内。
内容来源：热电圈