辅助电锅炉的运行操作分析

辅助电锅炉的运行操作分析

南天懿

中核运行管理有限公司 一厂运行二处 浙江省 嘉兴市  邮编314300

摘要：辅助电锅炉是核电厂机组运行辅助蒸汽的主要来源之一，主要用在没有STR蒸汽转换系统供气和原有的辅助蒸汽不能满足用户需求的情况。方家山核电采用HVJ型高电压电极射流式电锅炉，它具有零负荷到满负荷之间无级调节，调节响应速度快。高程度自动化等特点，本文主要介绍辅助电锅炉的循环泵转速控制，电导率控制，水位控制。

制关键字：高电压电极式；循环泵转速控制；电导率控制；水位控制

1. HVJ444-C-210辅助电锅炉

1.1辅助电锅炉工作原理

H V J 4 44–C 210
High    voltage  jet   每相 4 个电极上下 44 个喷嘴 12KV 以上电压设计压力

   VHJ型锅炉为高电压射流式，水由内置的循环泵，从锅炉的下方送至中心集水箱，靠重力和循环泵提供的压力从中心集水箱的喷嘴流出并冲击电极，从而形成电流通路。水在高电压的作用下作为导体产生热量而瞬间蒸发，未蒸发的那部分水从电极流至反电极时，又形成了第二电流通路。高压电直接与电极端子相连，当电导率在最大额定值的时候，约有3%的水被蒸发。锅炉的出力调节只要是通过变频循环泵的转速来实现的。循环泵的转速取决于锅炉的压力和负荷控制系统。从而使蒸汽压力保持恒定或使功率消耗量限制在可调节范围。锅炉出力可在零负荷与满负荷之间无级调节，而且有比较迅速的变化速率，因此可以满足用户的需求变化。从零功率到满功率需要约7秒钟。

方家山的使用的辅助锅炉的额定电压为13.8KV,额定压力为210PSI=1.448MPa（145PSi=1MPa）。

1.2辅助电锅炉的运行

1.2.1锅炉的启动与输出控制

辅助电锅炉的常用启动方式主要分为两类：冷启动与热启动

(1)热启动是指锅炉在热态状态下启动，锅炉热态是指锅炉压力达到350KPa以上，温度大于110℃。热态启动操作（在线完成）只需要一键启动就可以完成操作，在15分钟之内锅炉压力达到1.2MPa，温度达到188℃。若需要更快的速度达到目标值可以手动启动，但是电功率变化不能超过7MW/min。

(2)冷启动是指锅炉压力和温度都在常温常压下，锅炉的可以直接接通高压电，手动控制循环泵转速给锅炉内部升温加压。当压力到达热态压力350KPa时可以转为自动启动。第二种升压方式是通过压缩空气使锅炉内压力达到350KPa。然后通过自动程序启动。我们采用350KPa作为自动启动的标准。下图为蒸汽出力曲线可以很好的说明350KPa为基本启动压力的条件。

随着锅炉运行压力增长，锅炉出力变化之间成为平稳的直线。在运行压力在0-300KPa的范围内如果使用自动启动会对锅炉出力造成比较大的波动。所以锅炉进入自动启动的要求就是要求锅炉压力达到350Kpa。在不同温度的给水都具有这样的特性，所以锅炉自动启动只需要压力到达稳定压力值，所以冷启动中可以通过压缩空气加压启动

(3)启动后锅炉不断升压当压力达到1.1MPa后锅炉的背压阀将逐渐打开，锅炉将开始为下游用户持续供气，并且锅炉的出力会随着下游用户负荷的变化而变化，锅炉出力可在零负荷与满负荷之间无级调节，而且有比较迅速的变化速率，因此可以满足用户的需求变化。从零功率到满功率需要约7秒钟。锅炉的出力是由锅炉内置循环泵的转速控制的，转速越快集水盘中水的流量越大，流到电极板上的水越多。电极板上能蒸发的水量是固定值约是3%水转化为蒸汽，所以提高给水量可以提高蒸汽的产生量。下图为锅炉出力与循环泵的转速关系曲线。

图表下方为循环泵转速，左边是锅炉电导率，右侧是锅炉的出力

循环泵每台锅炉有两个分别在锅炉对称的两侧，上图的两个曲线一个为2台循环泵同时运行，一个为一台循环泵运行。根据曲线我们可以看出锅炉的输出和循环泵的转速之间基本成一个正比曲线，在频率达到1200r/min的时候锅炉的出力接近最大值24MV。循环泵转速达到450r/min之前炉水无法从集水管中喷射到电极板上。这个设定是为了在调解电导率的时候，能使炉水的电导率在泵的搅拌下更加均匀。

通过2条曲线对比可以看出一台循环泵和两台循环泵之间输出相差很大，无法满足输出要求，所以在控制设计中设置了若一台循环泵因故障停运，第二台循环泵将在10秒钟后随之停运。这样是对循环泵的保护原则，锅炉的出力是跟踪用户的需求，而循环泵是对应输出去调整循环泵转速，当需要输出超过65%时单台泵转速达到额定值最大值，当输出再提高时循环泵会超速而损坏电机。

1.2.2正常功率运行下的电导率控制

辅助电锅炉的出力不仅和循环泵的的转速有关系，还和电导率有关系，电导率的物理意义时表示物质导电的性能，电导率越大则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导率时电阻率的倒数由“锅炉出力与循环泵的转速关系曲线图”可以看出在电导率400us/cm时电功率的输出最大值是6MV，800us/cm对应的电功率的最大输出18MV，由此可见电导率对锅炉出力的影响是很大的。电导率的正常值是1400-1600us/cm，在这范围内锅炉的输出是可以保证的。当电导率小于这个范围时锅炉的输出不能达到预期的效果。当电导率过高时锅炉会出现打弧的情况，这个情况会导致锅炉绝缘降低。可能会使锅炉电极被击穿。所以在电导率超过2100us/cm时会自动停运循环泵。避免出现打弧情况。

在正常运行时锅炉在长期运行时当输出功率大于8MW的时候锅炉内的电导率会随着运行时间而下降，锅炉的输出功率在大于8MW的时候锅炉的长期运行时锅炉的电导率是不断上升的。所以在功率运行的情况下最需要关注的参数是锅炉电导率。

1.3电锅炉的安全准则

锅炉的三个安全部件是压力表，水位计和安全阀。这3个部件每年都要进行定期检查和校验。同时锅炉还有每年一次外检，2年一次内检，水位计3个月进行一次冲洗。压力表每半年校验一次，每个锅炉和除氧器各设有2个不同开启压力安全阀，电锅炉的安全性比普通煤用油和用煤的锅炉更好，负荷控制能力更好，电锅炉在失电和循环泵的停运的情况下不会再有蒸汽产生，使锅炉压力不会再上升。锅炉在超压的时候会使安全阀动作。若压力继续上升会自动跳开高压电。这样就保证了锅炉压力不会发生爆炸等严重事故。下面对于设备的安全逻辑举例：电加热器与循环泵的互锁

锅炉由冷备用到达热备用主要是由备用加热器进行加热，通过12个小时可以把锅炉内的水加热到120℃，500KPa。备用电加热器投入时，循环泵不能投入运行。电加热器和循环泵是互锁的。为了保证这个逻辑如果出错依然有第二道保护，循环泵和电加热共用一个动力电源。这个电源的负荷只够单独为电加热器或者循环泵供电。当同时存在时会超负荷，自动跳闸。

结论

电锅炉具有启动速度快，误操作宽容度大，输出不会随时间而衰减，蒸汽品质高。没有整机爆炸的危险，环保性好等优点。电锅炉通过对循环泵转速和电导率的控制，实现了对锅炉出力的控制，使锅炉能够保持在1.2MPa下稳定输出。输出能快速跟踪用户负荷需求，综上所述电锅炉非常适合作为核电厂的辅助汽源，