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大型锅炉汽包壁温差控制方法

 

 
由于锅炉汽包壁厚、长度增大,承受的压力又特别高,因而机组启、停过程中容易产生汽包内外上、下壁温差,产生较大的热应力,对汽包的安全运行和寿命造成影响。所以,在机组运行过程中,有效控制汽包壁温差十分重要。
 
1、汽包壁温差产生的原因
进入锅炉的水具有一定的温度,水进入汽包后首先与汽包下部接触,如果水温低于汽包壁温,则容易导致汽包下壁以及下壁的内壁先降温,从而使汽包上壁温度高、下壁温度低,内壁温度低、外壁温度高,这种现象常在机组温态、热态或极热态启动时发生。如果水温高于汽包的壁温,则汽包下壁以及下壁的内壁先升温,这样则使汽包上壁温度低、下壁温度高,内壁温度高、外壁温度低。
 
点火升压阶段,随着压力的升高,炉水和蒸汽的温度也随之升高,汽包的下半部被炉水加热,而上半部被蒸汽加热,虽然炉水温度和蒸汽温度在升温过程中基本相同,但是由于蒸汽的放热系数比水的放热系数大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。
 
另外,停炉冷却后,伴随着汽包压力的下降,汽包内饱和蒸汽被上部汽包壁加热后成为过热蒸汽,过热蒸汽较饱和蒸汽密度小,在汽包上部内壁形成一层过热蒸汽的保护膜,过热蒸汽的导热性能差,且不能形成对流换热,导致上汽包壁温冷却很慢,而下汽包壁接触的是炉水,仍在构成自然循环,冷却较快。所以,在停炉过程中上半部分温度高,下半部分温度低。
 
国产亚临界300MW机组锅炉汽包壁厚在140~160mm之间,汽包内水和蒸汽的饱和温度随着压力升高而升高,与水和蒸汽接触的汽包内壁温度接近饱和温度,但外壁则是靠汽包壁金属导热而升高,使内、外壁产生传热温差。
 
在锅炉启动初期,锅炉内水循环比较弱,汽包内水流缓慢,在炉膛受热较弱局部甚至出现循环停滞区,这部分停滞区水温明显偏低,而蒸汽在汽包内的蒸汽空间传热相对较均匀,使汽包上、下壁温差进一步增大。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、汽包壁温差的控制
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启动时间有利,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。
 
有的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,不断对省煤器处鼓风,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。
 
运行中只要能准确地监视汽包沿长度方向若干截面的上、下壁温差和内、外壁温差,控制好汽包压力变化率,监测给水温度,汽包就能安全稳定运行。国内的大型机组一般仅在下降管和饱和蒸汽管安装温度测点,通过监测其外壁温度来推测汽包壁温差状况
 
(1)启动初阶段及稳定运行阶段,蒸汽引出管外壁温度与汽包上内壁温度差很小,可以用前者代替后者,也可以用当时汽包压力对应的饱和蒸汽温度来代替汽包上内壁温度。
 
(2)在启动初阶段及稳定运行阶段,尤其在先经底部蒸汽加热的点火启动的初阶段,集中下降管外壁温度与汽包下部内表面温度差很小,可以用前者代替后者。
 
(3)停炉过程中,蒸汽引出管的外壁温度与当时压力下的饱和温度差很小,可以用前者代替后者。
 
(4)在停炉到锅炉放水,集中下降管外壁温度与汽包下部内壁温度差很小,可以用前者代替后者。
 
实践证明,汽包上、下壁温差、内、外壁温差只要不大于50℃,产生的附加温差热应力将不会对汽包造成破坏。停炉过程尽量采用滑参数停机,避免全压停机。在滑参数停炉过程中,根据汽包壁温差的情况控制汽压的下降速度,如发现汽包壁温差超标或汽包壁温差的产生速度加快,则减慢降压速度,并根据当时的情况,尽量滑至更低的参数后停炉。在停炉之前,如果汽包壁温差偏大,则在熄火前维持低参数运行一段时间,消除在滑参数停炉形成的部分汽包壁温差。
 
避免带压放水或降低放水时的压力。汽包放水压力在0.5~0.8MPa,放水时先放水,后放汽,即先开省煤器放水,再开定排、加热各阀,最后开一次汽疏水及空气阀。另外,在放水期间不强制通风可有效地控制汽包壁温度差不超过35℃。根据实际情况,冬季放水时的压力可以取上限,夏季放水压力可以取下限。
 
有的机组在放水后30~40min汽包上、下壁温差迅速上升,甚至可以达到70~90℃。由于汽包放水后形成的壁温差大小和放水时的压力有关,所以降低放水压力可以有效降低放水后形成的壁温差。但是,过低的放水压力不利于锅炉的烘干防腐,所以选择合适的放水压力非常重要。
 
通常规定放水压力在0.49~0.78MPa之间,各机组可以根据停炉后汽包壁温的实际情况和放水后的实际烘干情况确定放水压力。此外,放水的速度对汽包壁温差也有一定的影响,放水速度较快易产生壁温差。对于汽包压力在0.5~0.8MPa放水不能满足汽包壁温要求,而低压力又不能满足烘干要求的机组,则应采用充氮保养或低压放水后引入邻炉热烟气进行干燥。
 
保证锅炉汽水系统、风烟系统严密性以及避免锅炉急剧冷却。锅炉熄火停炉后,炉内温度往往还很高,锅炉的储热很大,而锅炉的冷却主要是靠受热面与空气之间的对流换热,漏入炉膛的冷空气受热后通过烟囱排入大气。锅炉的储热量越多,通风量越大,则冷却、降温的速度就越快。
 
因此,当锅炉停炉后,在锅炉经过充分通风(一般需3~5min)将受热面吹扫干净后,应停引、送风机,关闭风、烟、粉系统所有的风门挡板;检查锅炉各看火门、打焦孔等门孔应关闭;检查捞渣机水封及上水封槽水封应正常,否则进行补水至正常;检查汽水系统各阀门(包括疏水阀)应关闭严密。
 
尽量维持汽包在高水位运行,减少补水的次数。锅炉停炉后由于锅炉不断被冷却,汽压逐渐降低,随着工质的不断消耗,造成汽包水位下降。300MW机组锅炉汽包内径为1600~1800mm,汽包长度为20000~22000mm左右,水位计零位一般取汽包中心线或以下,所以若汽包满水,即一般意义上的300mm,实际上汽包上侧还有大概500mm的空间,这样保持给水300t/h的流量2~3min(具体流量和时间因机组而异),就能使汽包内的水充分接触到汽包内上壁而不溢流至过热器。
 
当水位降到-50mm时,再按照同样的方法给锅炉上水,可以有效减少锅炉上水的次数。锅炉停炉后,由于炉内温度、炉水温度仍然很高,在锅炉上水时应继续投入除氧器加热装置,如果辅汽压力允许,应尽量提高给水温度,减少水温与汽包壁的温差。
 
过热器和再热器爆管后若机组无法继续运行则停炉,保持一组送、引风机运行,保持20%左右的总风量,炉膛负压维持在正常值即可,维持汽包水位正常,尽量减少强制通风和自然通风的时间。省煤器和水冷壁爆管后,若水位无法维持则停炉,保持一组送、引风机运行,保持20%左右的总风量,炉膛负压维持在正常值即可,尽量减少强制通风和自然通风的时间。
 
3、总结
汽包的热应力主要由汽包内、外壁温差和上、下壁温差引起,通过采取合理的机组启动和停炉措施,可以有效控制汽包壁温在合适的范围,从而减小热应力对汽包产生的危害,保证机组安全稳定运行。

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