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安全運行的重要先決條件之一。汽包水位過高,使汽包蒸汽空間高度減小,汽水分離效果下降,將會引起蒸汽帶水,使蒸汽品質(zhì)惡化,蒸汽含鹽量提高,以致在過熱器管內(nèi)產(chǎn)生鹽垢沉積,使管子過熱,金屬強度降低而發(fā)生爆管;水位嚴重過高時,蒸汽大量帶水,過熱汽溫急劇下降,蒸汽管道、汽輪機等金屬溫度發(fā)生劇變,產(chǎn)生嚴重的熱應(yīng)力和熱變形,甚至發(fā)生水沖擊,造成設(shè)備損壞。汽包水位過低,致使下降管進口帶汽、循環(huán)流動壓頭降低,嚴重時會破壞水循環(huán),使水冷壁管超溫過熱;嚴重缺水時,還可能造成汽包干鍋和水冷壁燒損等嚴重事故。因此,在鍋爐運行中必須嚴格監(jiān)視和限制汽包水位的變動及變動速度,使汽包水位在正常水位附近作微小的波動。1汽包水位的構(gòu)成參數(shù)汽包鍋爐蒸發(fā)設(shè)備的簡化示意圖見圖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——省煤器進入汽包的給水流量;Dbq——汽包送出的飽和蒸汽流量;τ——時間;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的擾動下,dτ時間內(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:上式中等號右邊第一項為進出汽包的質(zhì)量流量不平衡引起的水位變化;第二項為汽壓變化引起汽水體積變化從而影響汽包水位;第三項為水位以下蒸汽體積變化對汽包水位變化的影響。2儲層的動態(tài)特性分析2.1鍋爐負荷對汽包水位的影響汽包水位的動態(tài)特性與鍋爐負荷的擾動密切相關(guān),當負荷發(fā)生擾動時,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間變化。若鍋爐負荷突然增加,而鍋爐給水量和燃燒未調(diào)整或來不及調(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(見圖2中曲線2)。然而,鍋爐負荷的突然增加,且給水量來不及調(diào)整,必將使出汽包的汽的流量比進入省煤器的給水流量大,從而引起汽包水位的降低(見圖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,從時間0到τ0之間,由于鍋爐負荷突然增加,而給水量和燃燒工況來不及調(diào)整,水位h本應(yīng)下降,但示計表上卻出現(xiàn)了水位上升這樣的虛假水位現(xiàn)象。所以鍋爐負荷突然變化時,必須嚴格監(jiān)視汽包水位,防止水位事故的發(fā)生。2.2鍋爐蒸發(fā)量對水位的影響汽包水位的動態(tài)特性與燃燒工況的擾動也有很大關(guān)系,當燃燒工況發(fā)生擾動時,鍋爐蒸發(fā)量將發(fā)生變化,必然引起汽包水位隨時間的變化。若燃料量突然增加,而鍋爐給水量和汽輪機的用汽量未改變,導致汽包的壓力升高,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,導致水位面以下的蒸汽的體積Vx″變大,水位面升高(見圖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,而給水量和汽輪機用汽量并未變化,水位h本應(yīng)下降,但示計表上卻出現(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時,必須嚴格監(jiān)視汽包水位,防止實際水位過低而發(fā)生水位事故。2.3u3000dm-dm模型汽包水位的動態(tài)特性還與鍋爐給水量的擾動密切相關(guān),當給水量發(fā)生擾動時,鍋爐汽包中質(zhì)量平衡被破壞,必然引起汽包水位隨時間的變化。若鍋爐的給水量Dsm突然增加,而鍋爐負荷和燃燒工況未調(diào)整,導致汽包中的飽和水的體積V′增大,水位面上升(見圖3曲線1)。然而,Dsm的增加將在蒸發(fā)過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,從時間0到τ0之間,由于給水量的突然增加,而鍋爐負荷和燃燒工況并未變化,水位h本應(yīng)上升,但示計表上卻出現(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)生擾動時,必須嚴格監(jiān)視汽包水位,防止實際水位過高而發(fā)生水位事故。3鍋爐運行人員現(xiàn)場指導(1)通過分析鍋爐汽包水位的動態(tài)特性,及鍋爐負荷、燃燒工況和給水量等擾動因素對汽包水位動態(tài)特性的影響,使鍋爐運行人員能夠準確地了解汽包水位在各種擾動下的動態(tài)