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　　汽包在自然循環(huán)回路中處于重要地位，其內(nèi)部進(jìn)水管的給水分配是決定汽包內(nèi)部水位平衡的重要因素之一。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，有多種原因引起鍋爐汽包水位兩側(cè)偏差大，導(dǎo)致汽包水位保護(hù)動(dòng)作的事故屢屢發(fā)生，給鍋爐的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。江蘇利港電力有限公司（簡(jiǎn)稱公司）1、2號(hào)鍋爐就因?yàn)槠粌蓚?cè)偏差過(guò)大，在機(jī)組投產(chǎn)初期，發(fā)生過(guò)多次因汽包水位故障造成的非計(jì)劃停機(jī)，雖然公司在這方面做過(guò)一些工作，但仍末從根本上解決汽包水位兩側(cè)偏差大的問(wèn)題。上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院對(duì)公司的1、2號(hào)鍋爐汽包水位兩側(cè)偏差大問(wèn)題提出了解決方案，并在機(jī)組檢修時(shí)進(jìn)行了實(shí)施，主要內(nèi)容是對(duì)汽包內(nèi)部的給水分配進(jìn)行改造，解決了鍋爐因汽包水位兩側(cè)偏差較大導(dǎo)致的安全隱患問(wèn)題。本文結(jié)合理論計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，對(duì)改造方案進(jìn)行介紹，并對(duì)改造實(shí)施后的效果進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)。
　　
　　一、其設(shè)備和系統(tǒng)概況
　　
　　公司1、2號(hào)鍋爐由美國(guó)福斯特-惠勒（FOSTER-WHEELER）公司設(shè)計(jì)，西班牙福斯特-惠勒公司制造，為亞臨界、單汽包、單爐膛、一次中間再熱、自然循環(huán)鍋爐，再熱器系統(tǒng)采用煙氣擋板調(diào)溫方式，燃燒器采用前墻布置旋流燃燒器。低位和高位省煤器采用串級(jí)布置，低位省煤器布置在煙氣擋板后部的混合煙道中，高位省煤器布置在前煙道的低溫過(guò)熱器下部，省煤器送入汽包的水是通過(guò)一根供水管從汽包的東側(cè)端頭處引入，進(jìn)入汽包后一分為二，2根給水分配管在沿汽包長(zhǎng)度上均有配水孔。1、2號(hào)機(jī)組分別在1993年的上半年和下半年投入商業(yè)運(yùn)行。
　　
　　鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)在ECR時(shí)為:負(fù)荷（ECR）,350MW;主蒸汽流量，1075t/h;過(guò)熱蒸汽出口溫度/壓力,541℃/17.2MPa;給水溫度/壓力,280℃/l9.24MPa;再熱蒸汽進(jìn)口溫度/壓力，309℃/3.14MPa;再熱蒸汽出口溫度/壓力，541℃/2.98MPa;省煤器器出口溫度，313℃。
　　
　　二、改造前運(yùn)行情況
　　
　　機(jī)組投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)汽包兩側(cè)水位存在偏差，該偏差隨負(fù)荷升高有明顯增大，但并不隨汽包實(shí)際水位的高低變化而變化。汽包在東側(cè)和西側(cè)端頭分別裝有2只及1只重液式水位變送器，東西二側(cè)各裝有1只雙色就地水位計(jì)，西側(cè)還裝有1只電接點(diǎn)遠(yuǎn)傳水位計(jì)。無(wú)論從水位變送器還是就地水位子八發(fā)現(xiàn)汽包水位兩側(cè)偏差的變化趨勢(shì)是一致的。為了檢查和確認(rèn)汽包水位，通過(guò)外部用塑料U型管對(duì)汽包水位進(jìn)行了實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在額定負(fù)荷下汽包西側(cè)水位比東側(cè)實(shí)際高17Omm。因此，可以排除水位測(cè)量上的原因，確認(rèn)水位測(cè)量是準(zhǔn)確的。另外，在停爐檢修時(shí)，進(jìn)入汽包內(nèi)部檢查，可以清楚地發(fā)現(xiàn)一道明顯傾斜的東低西高的水位痕跡，說(shuō)明汽包水位東西兩側(cè)偏差是長(zhǎng)期存在的。原設(shè)計(jì)在汽包的西側(cè)裝有2只水位開關(guān)，東側(cè)裝有1只水位開關(guān)，汽包水位保護(hù)是由水位開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。由于水位偏差，在投產(chǎn)初幾年內(nèi)，經(jīng)常發(fā)生水位保護(hù)動(dòng)作造成的機(jī)組跳閘故障，為此曾對(duì)幾只汽包安全門的起座順序進(jìn)行調(diào)整，也對(duì)水位開關(guān)進(jìn)行過(guò)強(qiáng)牽，試圖避免汽包水位保護(hù)頻繁動(dòng)作，但效果有限。2003年前后，根據(jù)新的規(guī)范要求，改由汽包變送器帶水位開關(guān)，雖然水位保護(hù)誤動(dòng)作的故障基本不會(huì)再發(fā)生，但仍然沒(méi)從根本上解決汽包水位兩側(cè)偏差大的問(wèn)題。
　　
　　影響汽包水位變動(dòng)的因素一般有工質(zhì)輸入與輸出的不平衡、汽包壓力以及汽包水下蒸汽容積的變化。其中，汽包壓力和汽包水下蒸汽容積主要決定于鍋爐燃燒偏差的變化。長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果及專項(xiàng)試驗(yàn)均表明，爐膛內(nèi)燃燒雖然有偏差，但主要是中部和兩側(cè)之間的偏差較大，兩側(cè)之間沒(méi)有明顯的燃燒和傳熱偏差。因此，可以認(rèn)為導(dǎo)致東西側(cè)水位兩側(cè)偏差大的根本原因是兩側(cè)T質(zhì)輸人的不平衡。
　　
　　改造前，進(jìn)水管從東側(cè)端頭（A側(cè)）進(jìn)人汽包后，分兩路進(jìn)水，每路給水分配管上郡有配水孔，見(jiàn)圖1。　　
　　三、汽包兩側(cè)水位偏差原因分析
　　
　　3.1原給水分配管出水孔分布的設(shè)計(jì)存在不足
　　
　　盡管原設(shè)計(jì)己考慮給水分配管靜壓分布的影響，但考慮的并不充分;根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，滿負(fù)荷（按1200仇給水量計(jì)）時(shí)，西側(cè)出水量仍然比東側(cè)要高近3倍，這是造成汽包水位兩側(cè)偏差較大的根本原因。
　　
　　如下為出水孔流量偏差計(jì)算。
　　
　　（1）沿給水分配管靜壓增量計(jì)算
　　
　　沿給水分配管分布的出水孔處?kù)o壓增量計(jì)算見(jiàn)式（1）:　　
　　式中:X為計(jì)算點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的相對(duì)長(zhǎng)度;Hfp為汽包給水分配管入口的動(dòng)壓頭;αfp為汽包給水分配管的每米摩擦阻力系數(shù)。
　　
　　（2）給水分配管流量分配計(jì)算
　　
　　假設(shè)汽包內(nèi)壓力恒定，汽包內(nèi)環(huán)境壓力為P0，分配管進(jìn)口處?kù)o壓力為P1，各出水孔處的靜壓力為（P1+αχ）;根據(jù)出水孔處的壓差，由伯努利方程，出水孔的速度按式（2）計(jì)算:　　
　　式中:υfp為汽包給水分配管中的介質(zhì)比容。
　　
　　本方法通過(guò)出水孔單位時(shí)間的出水量來(lái)判斷和考慮汽包水位的相對(duì)變化。本次選取高負(fù)荷（按1200t/h給水量計(jì)）和低負(fù)荷（600t/h），2種典型運(yùn)行工況下，分別計(jì)算給水分配管的出水量和出水孔出水速度的分布。
　　
　　計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1、圖2和圖3。　　
　　3.2水位兩側(cè)偏差不恒定
　　
　　汽包水位東西側(cè)偏差變化有一定規(guī)律:機(jī)組在22OMW以下的較低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，汽包兩側(cè)水位基本沒(méi)有偏差，負(fù)荷從25OMW開始增加時(shí)，兩側(cè)偏差開始明顯變大，西側(cè)（B側(cè)）高于東側(cè)（A側(cè)），額定負(fù)荷時(shí)偏差達(dá)到15Omm左右。但汽包水位東西側(cè)偏差并不隨汽包實(shí)際水位的高低變化而變化。機(jī)組負(fù)荷變化引起鍋爐蒸發(fā)量和給水流量的變化，給水流量變化對(duì)汽包給水分配管內(nèi)的靜壓相流量分布影響較大，對(duì)汽包水位兩側(cè)偏差影響也很大，因此改造必須考慮負(fù)荷變化對(duì)水位兩側(cè)偏差的影響。
　　
　　四、改造方案
　　
　　4.1改造方案內(nèi)容和特點(diǎn)
　　
　　改造方案的主要內(nèi)容是：給水母管進(jìn)汽包后，分為南、北側(cè)2根給水分配管，北側(cè)經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)流孔板后進(jìn)入給水分配管出水，為保證兩分配進(jìn)口處壓頭一致，節(jié)流孔板的阻力等于南側(cè)連接管道沿程阻力；南側(cè)給水經(jīng)連接管沿整個(gè)汽包流到西側(cè)，然后再進(jìn)到北側(cè)給水分配管出水。分配管均開兩排出水孔，計(jì)184個(gè)，總出水孔數(shù)為368個(gè)，開孔角度分別與水平夾角成30度和60度，如圖4所示。　　
　　后在不同負(fù)荷下對(duì)1、2號(hào)爐汽包水位進(jìn)行了核對(duì)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明改造達(dá)到了設(shè)計(jì)值，從根本上解決了鍋爐因汽包水位兩側(cè)偏差較大導(dǎo)致的安全隱患問(wèn)題。
　　
　　現(xiàn)以2號(hào)爐為例，其改造后汽包水位兩側(cè)偏差結(jié)果見(jiàn)表4。　　
　　根據(jù)給水分配管上的靜壓特性來(lái)確定配水孔的分布。配水孔的分布特點(diǎn)決定了改造方案的特點(diǎn)：給水分配管出水孔處?kù)o壓沿汽包長(zhǎng)度東西側(cè)對(duì)稱分布，出水孔出水量沒(méi)汽包長(zhǎng)度也對(duì)稱分布，故汽包水位基本能保證東西側(cè)一致，汽包水位兩側(cè)偏差受負(fù)荷變化的影響很水。同時(shí)進(jìn)水連接管道規(guī)格與原分配管規(guī)格一致，既不影響汽包檢修通道，又能保證管道內(nèi)流速維持不變。
　　
　　4.2改造后流量偏差及流速計(jì)算
　　
　　利用相同的計(jì)算方法，在不同的給水流量下，改造后給水分配管流量偏差計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，出水孔出水速度沿汽包的分布見(jiàn)圖5和圖6。　　
　　4.3改造后給水分配管出水孔開孔及振動(dòng)強(qiáng)度校核
　　
　　由于汽包水位兩側(cè)偏差改造中，涉及到對(duì)給水分配管的出水孔進(jìn)行重新開孔設(shè)計(jì)，而給水分配管屬承壓元件，需要計(jì)算確定新設(shè)計(jì)的給水分配管壁厚是否滿足強(qiáng)度要求，以及新開孔是否需要實(shí)話加強(qiáng)才能使給水分配管的流速不變，同時(shí)又不改變給水分配管規(guī)格，因此采用給水母管進(jìn)汽包后，分南北兩側(cè)進(jìn)水；北側(cè)給水經(jīng)連接管道沿整個(gè)汽包流到西側(cè)，然后再進(jìn)到北側(cè)給水分配管出水。這樣既能保證出水孔靜壓分布的東西側(cè)對(duì)稱性，又不會(huì)改變給水分配管道中的流速。
　　
　　經(jīng)校核計(jì)算，給水分配管出水孔開孔滿足強(qiáng)度要求；給水分配管內(nèi)水流速度（高負(fù)荷時(shí)為10.82m/s）都小于產(chǎn)生振動(dòng)的臨界速度，不會(huì)引起管道振動(dòng)而失穩(wěn)。
　　
　　汽包內(nèi)給水分配管出水孔開孔強(qiáng)度和振動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。　　
　　五、方案實(shí)施及效果評(píng)價(jià)
　　
　　經(jīng)計(jì)算通過(guò)改變汽包給水分配系統(tǒng)，使給水分配管出水孔處?kù)o壓沿汽包長(zhǎng)度東西側(cè)一致，達(dá)到減小汽包水位東西側(cè)偏差的目的，滿足機(jī)組安全生產(chǎn)的需要。改造工程量很小，工程預(yù)算也不大，能夠解決汽包東西側(cè)水位偏差較大的安全隱患。
　　
　　1號(hào)爐在2005年9月份中修期間，按本方案對(duì)汽包進(jìn)水分配管實(shí)施了改造；2號(hào)爐在2006年4月份小修期間，對(duì)汽包的進(jìn)水分配管實(shí)施了相同的改造。
　　
　　為了對(duì)改造后的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，改造后在不同負(fù)荷下對(duì)1、2號(hào)爐汽包水位進(jìn)行了核對(duì)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明改造達(dá)到了設(shè)計(jì)值，從根本上解決了鍋爐因汽包水位兩側(cè)偏差導(dǎo)致的安全隱患問(wèn)題。
　　
　　現(xiàn)以2號(hào)爐為例，其發(fā)行后汽包水位兩側(cè)偏差結(jié)果見(jiàn)表4。　　
　　從表4中可以看到，1、2號(hào)爐針對(duì)鍋爐汽包水位兩側(cè)偏差大的汽包配水管改造基本消除了汽包水位兩側(cè)偏差，而且改造后汽包水位兩側(cè)偏差大也不再隨機(jī)組的變化而變化，達(dá)到了理想的改造效果。