電站鍋爐汽包水位變化的質(zhì)量平衡

電站鍋爐汽包水位變化的質(zhì)量平衡

正常液壓師的蒸汽管道水位是液壓機(jī)安全運(yùn)行的重要先決條件之一。汽包水位過(guò)高,使汽包蒸汽空間高度減小,汽水分離效果下降,將會(huì)引起蒸汽帶水,使蒸汽品質(zhì)惡化,蒸汽含鹽量提高,以致在過(guò)熱器管內(nèi)產(chǎn)生鹽垢沉積,使管子過(guò)熱,金屬?gòu)?qiáng)度降低而發(fā)生爆管;水位嚴(yán)重過(guò)高時(shí),蒸汽大量帶水,過(guò)熱汽溫急劇下降,蒸汽管道、汽輪機(jī)等金屬溫度發(fā)生劇變,產(chǎn)生嚴(yán)重的熱應(yīng)力和熱變形,甚至發(fā)生水沖擊,造成設(shè)備損壞。汽包水位過(guò)低,致使下降管進(jìn)口帶汽、循環(huán)流動(dòng)壓頭降低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞水循環(huán),使水冷壁管超溫過(guò)熱;嚴(yán)重缺水時(shí),還可能造成汽包干鍋和水冷壁燒損等嚴(yán)重事故。因此,在鍋爐運(yùn)行中必須嚴(yán)格監(jiān)視和限制汽包水位的變動(dòng)及變動(dòng)速度,使汽包水位在正常水位附近作微小的波動(dòng)。1汽包水位的構(gòu)成參數(shù)汽包鍋爐蒸發(fā)設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖見(jiàn)圖1,根據(jù)此圖建立鍋爐蒸發(fā)設(shè)備的質(zhì)量平衡方程式。進(jìn)汽包的工質(zhì)質(zhì)量-出汽包的工質(zhì)質(zhì)量=汽包中工質(zhì)質(zhì)量的變化,即:式中:Dsm——省煤器進(jìn)入汽包的給水流量;Dbq——汽包送出的飽和蒸汽流量;τ——時(shí)間;ρ′,ρ″——飽和水及飽和蒸汽的密度;V′——飽和水體積;Vs″,Vx″——汽包水位面上、下的蒸汽體積。又汽包內(nèi)的蒸汽體積平衡式為:假設(shè)在△Dsm-△Dbq的擾動(dòng)下,dτ時(shí)間內(nèi)汽包水位升高dh,相應(yīng)水位以上空間減少dVs″,它們的關(guān)系為:式中:Ab——汽包水位面的面積,假定為常數(shù)。在Abdh空間內(nèi)包括水的體積dV′和蒸汽的體積dVx″,將(2)、(3)、(4)帶入(1)中,消去dVdτ′與dτdVs′,并引入下列兩式:經(jīng)整理后可得:上式中等號(hào)右邊第一項(xiàng)為進(jìn)出汽包的質(zhì)量流量不平衡引起的水位變化;第二項(xiàng)為汽壓變化引起汽水體積變化從而影響汽包水位;第三項(xiàng)為水位以下蒸汽體積變化對(duì)汽包水位變化的影響。2儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)特性分析2.1鍋爐負(fù)荷對(duì)汽包水位的影響汽包水位的動(dòng)態(tài)特性與鍋爐負(fù)荷的擾動(dòng)密切相關(guān),當(dāng)負(fù)荷發(fā)生擾動(dòng)時(shí),鍋爐蒸發(fā)受熱面中水的消耗量將發(fā)生變化,必然引起汽包水位隨時(shí)間變化。若鍋爐負(fù)荷突然增加,而鍋爐給水量和燃燒未調(diào)整或來(lái)不及調(diào)整,則汽包內(nèi)的壓力降低,水的飽和溫度也隨之降低,這就導(dǎo)致蒸發(fā)管中部分水汽化,使汽包水位面以下汽的體積Vx″增大,汽包水位升高(見(jiàn)圖2中曲線2)。然而,鍋爐負(fù)荷的突然增加,且給水量來(lái)不及調(diào)整,必將使出汽包的汽的流量比進(jìn)入省煤器的給水流量大,從而引起汽包水位的降低(見(jiàn)圖2中曲線1)。水位變化的綜合效果由曲線1、2疊加而成的曲線3表示。由圖2可以看出,從時(shí)間0到τ0之間,由于鍋爐負(fù)荷突然增加,而給水量和燃燒工況來(lái)不及調(diào)整,水位h本應(yīng)下降,但示計(jì)表上卻出現(xiàn)了水位上升這樣的虛假水位現(xiàn)象。所以鍋爐負(fù)荷突然變化時(shí),必須嚴(yán)格監(jiān)視汽包水位,防止水位事故的發(fā)生。2.2鍋爐蒸發(fā)量對(duì)水位的影響汽包水位的動(dòng)態(tài)特性與燃燒工況的擾動(dòng)也有很大關(guān)系,當(dāng)燃燒工況發(fā)生擾動(dòng)時(shí),鍋爐蒸發(fā)量將發(fā)生變化,必然引起汽包水位隨時(shí)間的變化。若燃料量突然增加,而鍋爐給水量和汽輪機(jī)的用汽量未改變,導(dǎo)致汽包的壓力升高,鍋爐蒸發(fā)量Dbq增大,使得Dbq>Dsm,從而水位下降(見(jiàn)圖2曲線1)。然而,鍋爐蒸發(fā)量增加,使得水位面以下的汽泡增多,導(dǎo)致水位面以下的蒸汽的體積Vx″變大,水位面升高(見(jiàn)圖2中曲線2)。水位變化的綜合效果由曲線1、2疊加而成的曲線3表示。由圖2可以看出,從時(shí)間0到τ0之間,由于燃料量突然增加,鍋爐蒸發(fā)量增大,而給水量和汽輪機(jī)用汽量并未變化,水位h本應(yīng)下降,但示計(jì)表上卻出現(xiàn)了水位上升這樣的虛假水位現(xiàn)象。所以鍋爐燃燒工況擾動(dòng)時(shí),必須嚴(yán)格監(jiān)視汽包水位,防止實(shí)際水位過(guò)低而發(fā)生水位事故。2.3u3000dm-dm模型汽包水位的動(dòng)態(tài)特性還與鍋爐給水量的擾動(dòng)密切相關(guān),當(dāng)給水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí),鍋爐汽包中質(zhì)量平衡被破壞,必然引起汽包水位隨時(shí)間的變化。若鍋爐的給水量Dsm突然增加,而鍋爐負(fù)荷和燃燒工況未調(diào)整,導(dǎo)致汽包中的飽和水的體積V′增大,水位面上升(見(jiàn)圖3曲線1)。然而,Dsm的增加將在蒸發(fā)過(guò)程中使吸熱量也增加,使得汽包水位面以下的蒸汽體積Vx″減少,水位面降低(見(jiàn)圖3曲線2)。水位變化的綜合效果由曲線1、2疊加而成的曲線3表示。由圖3可以看出,從時(shí)間0到τ0之間,由于給水量的突然增加,而鍋爐負(fù)荷和燃燒工況并未變化,水位h本應(yīng)上升,但示計(jì)表上卻出現(xiàn)了水位下降這樣的虛假水位現(xiàn)象。因此鍋爐給水量發(fā)生擾動(dòng)時(shí),必須嚴(yán)格監(jiān)視汽包水位,防止實(shí)際水位過(guò)高而發(fā)生水位事故。3鍋爐運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)(1)通過(guò)分析鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性,及鍋爐負(fù)荷、燃燒工況和給水量等擾動(dòng)因素對(duì)汽包水位動(dòng)態(tài)特性的影響,使鍋爐運(yùn)行人員能夠準(zhǔn)確地了解汽包水位在各種擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)