论文部分内容阅读
摘要：针对机组启动过程中发生的汽包壁温差大的现象，分析产生的原因，提出了合理的控制及预防措施。
关键词：汽包；壁温差；热应力；控制
中图分类号：O343.6文献标识码：A文章编号：
某热电厂一期2*330MW工程是武汉锅炉厂设计制造，亚临界参数热电联产燃煤机组，自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架的Π型汽包炉，锅炉型号为WGZ1100/17.45-3，同时安装脱硝装置，机组于2010年4月投产。自投产以来，通过运行观察，在锅炉启动过程中，发现汽包上、下壁产生壁温差，壁温差有时高达80～100℃，已严重影响锅炉的安全运行。
1． 启动过程中汽包壁温差产生的原因
1.1 锅炉上水时汽包产生的温差
当锅炉上水时，来自除氧器的给水经给水泵首先进入管壁较薄的省煤器，因此管壁首先被加热，而且温度上升较快，而汽包不但壁厚而且又是最后接触水，则加热温度上升就比较慢。当水进入汽包时，总是先与汽包下壁接触，故汽包水位以下壁温首先上升，造成汽包下壁温高于上部壁温。另外，一定温度的给水进入汽包后，内壁温度随之升高，因汽包壁较厚，外部与环境接触，外表面温度上升的速度较内壁温升慢，从而形成了内外壁的温差。
1.2 锅炉升压过程中汽包产生的壁温差
升压初期，锅炉点火后投入炉内的燃料量很少，火焰在炉内的充满程度差，水冷壁受热不均，工质吸热量少，且在压力低时，工质的汽化潜热大，这时产生的蒸汽量很少，蒸发区内的自然循环尚不正常，汽包内的水流动很慢或局部停滞，对汽包壁的放热系数很小，所以汽包下壁温升小。汽包上壁与饱和蒸汽接触，当压力升高时，饱和蒸汽遇到较冷的汽包壁便发生凝结放热，由于蒸汽凝结时的放热系数要比汽包下半部水的放热系数大2～3倍，所以上部汽包壁的温升要远远高于下部汽包壁的温升，升压速度越快，产生的壁温差就越大。上壁温度很快达到对应压力下的饱和温度，使汽包上壁温度大于下壁。另外，汽包升压速度越快，饱和温度升高也越快，產生的温差就越大。这样由最初上水时上壁温低于下部很快变为高于下部壁温，因而形成了汽包壁温上部高，下部低的壁温差。实际运行表明在锅炉起压至0.6MPa左右时，汽包上壁温升速度远大于下部壁温。
1.3当省煤器再循环阀不严密时，在启动过程中向锅炉补充给水时，一部分低温水不经过省煤器而直接进入汽包，导致汽包壁温差增大。
2．汽包壁温差将导致汽包产生强大的热应力
根据应力计算公式，上下温差越大，则应力也越大。
汽包上部壁温的升高使得上壁金属欲伸长而被下部限制，因而受到轴向压应力，下部金属则受到轴向拉应力。这样将会使汽包趋向于拱背形的变形。过大壁温差的产生，将会导致汽包的热应力增大，进而导致汽包受到损伤，减少汽包的使用寿命。
3．控制及预防汽包壁温差的措施
3.1锅炉上水阶段
锅炉上水阶段的汽包壁温差主要通过控制上水温度和上水速度实现。锅炉在冷态时，必须严格控制上水温度与汽包壁金属温差不大于40℃。在有条件时，尽量采用正温差，这样一方面对膨胀和缩短起动时间有利，更重要的是可以补偿停炉期间省煤器过冷导致给水经过省煤器后温度的下降。有时给水经过省煤器的温降可以达到40℃～60℃，特别是在省煤器爆管导致的紧急停炉和汽包壁温较高的情况下，为了检修需要，对炉膛进行通风，导致处于尾部烟道的省煤器完全冷却，上水时，省煤器周围空气温度只有10℃～30℃，上水温度应考虑省煤器温降的问题。另外，锅炉上水的速度越快产生的温差相应就越大，因此上水速度也必须加以控制，一般规定夏季上水时间不少于2h，冬季不少于4h。若上水温度与汽包壁温差小于40℃时，可适当加快上水速度，反之，则应减慢上水速度。
3.2点火初期严格控制升温升压速度
(1)在锅炉起动过程中，尤其是在1MPa以下时，严格控制升温速度，控制升温速度不得超过(1.5～2.0)℃/min或100℃/h。由于升压初期汽水饱和温度随压力的变化较大，锅炉起动初期在燃料量最小的情况下，应利用汽轮机旁路或开启锅炉空气门等方式控制较小的升压速度，以免产生较大的壁温差。
(2)当锅炉点火后尚未建立正常的水循环以前，水与金属的接触传热很差，此时汽包壁上下温差很大，水循环建立之后，汽包中的水流扰动增大，水与汽包壁的传热加强，因而使上下壁温差减小。运行实践证明，投入炉底加热、加强水冷壁下部定期换水和连续小流量换水、维持燃烧的稳定对促进水循环均有效。
(3)由于沿程管道和省煤器的冷却导致给水温度的下降，而且本来较低的给水温度和汽包下壁接触会导致下壁温降低，加大了起动过程中的汽包壁温差。因此，应尽量保持较高的给水温度。
3.3在起动阶段，蒸汽流量较小，尽可能连续小流量给水，在给水时要确认省煤器再循环门的关闭状态以及严密性，防止温度较低的给水直接进入汽包。
4．结束语
对于自然循环锅炉来说，汽包与下降管、上升管连接组成自然循环回路，同时汽包又接受省煤器来的给水，还向过热器输送饱和蒸汽。所以汽包是锅炉内加热、蒸发、过热这3个过程的连接枢纽。在实际操作中，只要加强调整，精心维护，就一定能将汽包壁温差控制在规定范围内，从而延长汽包的使用寿命。当锅炉抢修结束进水（上壁温度高于下壁温度时）为避免下壁温度进一步降低可采取开启省煤器再循环进水，避免给水经过省煤被冷却。
参考文献：
[1]张晓梅，燃煤锅炉机组，中国电力出版社.
[2]330MW机组集控运行规程.
关键词：汽包；壁温差；热应力；控制
中图分类号：O343.6文献标识码：A文章编号：
某热电厂一期2*330MW工程是武汉锅炉厂设计制造，亚临界参数热电联产燃煤机组，自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架的Π型汽包炉，锅炉型号为WGZ1100/17.45-3，同时安装脱硝装置，机组于2010年4月投产。自投产以来，通过运行观察，在锅炉启动过程中，发现汽包上、下壁产生壁温差，壁温差有时高达80～100℃，已严重影响锅炉的安全运行。
1． 启动过程中汽包壁温差产生的原因
1.1 锅炉上水时汽包产生的温差
当锅炉上水时，来自除氧器的给水经给水泵首先进入管壁较薄的省煤器，因此管壁首先被加热，而且温度上升较快，而汽包不但壁厚而且又是最后接触水，则加热温度上升就比较慢。当水进入汽包时，总是先与汽包下壁接触，故汽包水位以下壁温首先上升，造成汽包下壁温高于上部壁温。另外，一定温度的给水进入汽包后，内壁温度随之升高，因汽包壁较厚，外部与环境接触，外表面温度上升的速度较内壁温升慢，从而形成了内外壁的温差。
1.2 锅炉升压过程中汽包产生的壁温差
升压初期，锅炉点火后投入炉内的燃料量很少，火焰在炉内的充满程度差，水冷壁受热不均，工质吸热量少，且在压力低时，工质的汽化潜热大，这时产生的蒸汽量很少，蒸发区内的自然循环尚不正常，汽包内的水流动很慢或局部停滞，对汽包壁的放热系数很小，所以汽包下壁温升小。汽包上壁与饱和蒸汽接触，当压力升高时，饱和蒸汽遇到较冷的汽包壁便发生凝结放热，由于蒸汽凝结时的放热系数要比汽包下半部水的放热系数大2～3倍，所以上部汽包壁的温升要远远高于下部汽包壁的温升，升压速度越快，产生的壁温差就越大。上壁温度很快达到对应压力下的饱和温度，使汽包上壁温度大于下壁。另外，汽包升压速度越快，饱和温度升高也越快，產生的温差就越大。这样由最初上水时上壁温低于下部很快变为高于下部壁温，因而形成了汽包壁温上部高，下部低的壁温差。实际运行表明在锅炉起压至0.6MPa左右时，汽包上壁温升速度远大于下部壁温。
1.3当省煤器再循环阀不严密时，在启动过程中向锅炉补充给水时，一部分低温水不经过省煤器而直接进入汽包，导致汽包壁温差增大。
2．汽包壁温差将导致汽包产生强大的热应力
根据应力计算公式，上下温差越大，则应力也越大。
汽包上部壁温的升高使得上壁金属欲伸长而被下部限制，因而受到轴向压应力，下部金属则受到轴向拉应力。这样将会使汽包趋向于拱背形的变形。过大壁温差的产生，将会导致汽包的热应力增大，进而导致汽包受到损伤，减少汽包的使用寿命。
3．控制及预防汽包壁温差的措施
3.1锅炉上水阶段
锅炉上水阶段的汽包壁温差主要通过控制上水温度和上水速度实现。锅炉在冷态时，必须严格控制上水温度与汽包壁金属温差不大于40℃。在有条件时，尽量采用正温差，这样一方面对膨胀和缩短起动时间有利，更重要的是可以补偿停炉期间省煤器过冷导致给水经过省煤器后温度的下降。有时给水经过省煤器的温降可以达到40℃～60℃，特别是在省煤器爆管导致的紧急停炉和汽包壁温较高的情况下，为了检修需要，对炉膛进行通风，导致处于尾部烟道的省煤器完全冷却，上水时，省煤器周围空气温度只有10℃～30℃，上水温度应考虑省煤器温降的问题。另外，锅炉上水的速度越快产生的温差相应就越大，因此上水速度也必须加以控制，一般规定夏季上水时间不少于2h，冬季不少于4h。若上水温度与汽包壁温差小于40℃时，可适当加快上水速度，反之，则应减慢上水速度。
3.2点火初期严格控制升温升压速度
(1)在锅炉起动过程中，尤其是在1MPa以下时，严格控制升温速度，控制升温速度不得超过(1.5～2.0)℃/min或100℃/h。由于升压初期汽水饱和温度随压力的变化较大，锅炉起动初期在燃料量最小的情况下，应利用汽轮机旁路或开启锅炉空气门等方式控制较小的升压速度，以免产生较大的壁温差。
(2)当锅炉点火后尚未建立正常的水循环以前，水与金属的接触传热很差，此时汽包壁上下温差很大，水循环建立之后，汽包中的水流扰动增大，水与汽包壁的传热加强，因而使上下壁温差减小。运行实践证明，投入炉底加热、加强水冷壁下部定期换水和连续小流量换水、维持燃烧的稳定对促进水循环均有效。
(3)由于沿程管道和省煤器的冷却导致给水温度的下降，而且本来较低的给水温度和汽包下壁接触会导致下壁温降低，加大了起动过程中的汽包壁温差。因此，应尽量保持较高的给水温度。
3.3在起动阶段，蒸汽流量较小，尽可能连续小流量给水，在给水时要确认省煤器再循环门的关闭状态以及严密性，防止温度较低的给水直接进入汽包。
4．结束语
对于自然循环锅炉来说，汽包与下降管、上升管连接组成自然循环回路，同时汽包又接受省煤器来的给水，还向过热器输送饱和蒸汽。所以汽包是锅炉内加热、蒸发、过热这3个过程的连接枢纽。在实际操作中，只要加强调整，精心维护，就一定能将汽包壁温差控制在规定范围内，从而延长汽包的使用寿命。当锅炉抢修结束进水（上壁温度高于下壁温度时）为避免下壁温度进一步降低可采取开启省煤器再循环进水，避免给水经过省煤被冷却。
参考文献：
[1]张晓梅，燃煤锅炉机组，中国电力出版社.
[2]330MW机组集控运行规程.