火電廠鍋爐汽包及水冷壁啟動(dòng)過(guò)程分析與保護(hù)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 火電廠鍋爐汽包及水冷壁啟動(dòng)過(guò)程分析與保護(hù)專(zhuān) 業(yè) 熱能動(dòng)力設(shè)備與應(yīng)用 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院2011年4月26日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓名專(zhuān)業(yè)熱能動(dòng)力設(shè)備與應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)題目火電廠鍋爐汽包及水冷壁啟動(dòng)過(guò)程分析與保護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作起止時(shí)間2011年4月1日至2011年6月1日地點(diǎn)三友電廠畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容：1、 鍋爐啟動(dòng)狀態(tài)的劃分與啟動(dòng)方式的分類(lèi)2、 自然循環(huán)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包的應(yīng)力分析3、 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包的應(yīng)力控制原則及措施4、 汽包水位波動(dòng)大的原因及預(yù)防措施5、 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁的運(yùn)行工況分析及保護(hù)措施畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求：指導(dǎo)教師簽名： 摘 要隨著火

2、力發(fā)電廠裝機(jī)容量的增大，發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行成為影響火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益的重點(diǎn)，因而預(yù)防電廠事故顯得至關(guān)重要。我國(guó)火電機(jī)組中停運(yùn)事故的50以上發(fā)生在鍋爐側(cè)，而且這些事故的絕大多數(shù)是由鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的問(wèn)題所引起的。所以火力發(fā)電廠鍋爐的安全啟動(dòng)在整個(gè)電廠的運(yùn)行中成為了一個(gè)極其重要的問(wèn)題！鍋爐的啟動(dòng)狀態(tài)一般按照停爐時(shí)間、金屬溫度進(jìn)行劃分，根據(jù)鍋爐的啟動(dòng)狀態(tài)可以選擇定參數(shù)啟動(dòng)還是滑參數(shù)啟動(dòng)。對(duì)于自然循環(huán)鍋爐來(lái)說(shuō)，汽包和水冷壁在啟動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力控制和運(yùn)行工況尤其顯得重要。通過(guò)對(duì)自然循環(huán)鍋爐的汽包在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中熱應(yīng)力的分析、上下壁溫差、內(nèi)外壁溫差造成的熱應(yīng)力以及汽包疲勞壽命的分析，得出了汽包應(yīng)力的控制原則和

3、預(yù)防措施。針對(duì)汽包鍋爐的水位控制情況，結(jié)合具體實(shí)例，分析了造成汽包水位波動(dòng)大的原因并提出了具體預(yù)防汽包水位波動(dòng)的措施。對(duì)于鍋爐水冷壁在啟動(dòng)過(guò)程中的溫度、水力偏差以及局部傳熱惡化等運(yùn)行工況從理論、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行了分析研究，從而得出了水冷壁在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的保護(hù)措施。關(guān)鍵詞： 鍋爐 汽包 水冷壁 啟動(dòng) 分析目錄1. 緒論11.1 鍋爐啟動(dòng)的概念11.2 鍋爐啟動(dòng)狀態(tài)的劃分11.3 單元機(jī)組的啟動(dòng)方式11.3.1 額定參數(shù)啟動(dòng)11.3.2 滑參數(shù)啟動(dòng)11.4 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的安全經(jīng)濟(jì)性22.汽包啟動(dòng)過(guò)程分析及保護(hù)32.1 汽包概述32.2 汽包啟動(dòng)應(yīng)力分析32.2.1 汽包機(jī)械應(yīng)力32.2.2

4、 汽包熱應(yīng)力42.2.2.1 熱應(yīng)力的概念42.2.2.2 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包的熱應(yīng)力42.2.2.3 汽包上、下壁溫差引起的熱應(yīng)力42.2.2.4 汽包內(nèi)、外壁溫差引起的熱應(yīng)力52.2.2.5 汽包附加應(yīng)力52.2.2.6 峰值應(yīng)力52.3 汽包低周疲勞破壞分析52.4 啟停過(guò)程中汽包壁的溫差監(jiān)視62.5 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽包應(yīng)力控制62.5.1 控制汽包應(yīng)力的安全原則62.5.2 控制汽包啟動(dòng)應(yīng)力的措施72.6 汽包啟動(dòng)水位分析72.6.1 概述72.6.2 水位波動(dòng)過(guò)大的原因分析82.6.3 水位波動(dòng)過(guò)大的防范措施83.水冷壁的啟動(dòng)分析及保護(hù)93.1 水冷壁啟動(dòng)溫度工況分析93.2 水冷

5、壁的水力偏差分析93.3 水冷壁的局部傳熱惡化分析113.4 水冷壁的啟動(dòng)保護(hù)114.結(jié)論13致謝14參考文獻(xiàn)151. 緒論1.1 鍋爐啟動(dòng)的概念發(fā)電廠鍋爐的啟動(dòng)指從點(diǎn)火到帶額定負(fù)荷或并入蒸汽母管的全過(guò)程。啟動(dòng)過(guò)程是火力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的重要操作階段，要在保證設(shè)備安全的前提下盡量縮短啟動(dòng)過(guò)程所需時(shí)間，使之達(dá)到快速響應(yīng)負(fù)荷能力，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性1。1.2 鍋爐啟動(dòng)狀態(tài)的劃分 鍋爐的啟動(dòng)方式和啟動(dòng)所需時(shí)間與鍋爐的結(jié)構(gòu)型式、容量、燃料的種類(lèi)、電廠的熱力系統(tǒng)、氣候條件及選定的操作方式等有關(guān)2。按照啟動(dòng)時(shí)機(jī)組的金屬溫度情況，鍋爐啟動(dòng)分為冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)和熱態(tài)啟動(dòng)。冷態(tài)啟動(dòng)是指鍋爐在沒(méi)有壓力，且其溫度與

6、環(huán)境溫度接近的情況下的啟動(dòng)。熱態(tài)啟動(dòng)是指鍋爐在保持有一定壓力，且溫度高于環(huán)境溫度下的啟動(dòng)。溫態(tài)啟動(dòng)是介于冷態(tài)和熱態(tài)之間的一種啟動(dòng)方式。啟動(dòng)方式的劃分一般是依據(jù)汽輪機(jī)在啟動(dòng)時(shí)汽缸的金屬溫度水平進(jìn)行的。國(guó)內(nèi)外各制造廠根據(jù)金屬材料和設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平所取的溫度界限也不盡相同。如GE公司的劃分方法為：以汽輪機(jī)高壓缸第一級(jí)金屬溫度的高低為依據(jù)，該溫度在150300之間，為溫態(tài)啟動(dòng)；在300430之間，為熱態(tài)啟動(dòng)；430以上為極熱態(tài)啟動(dòng)。除此之外，也有按停爐時(shí)間來(lái)大體代表啟動(dòng)初金屬溫度狀態(tài)的，如德國(guó)的BABCOCK機(jī)組，機(jī)組停用48小時(shí)后的啟動(dòng)為溫態(tài)，停用8小時(shí)后的啟動(dòng)為熱態(tài)，停用2小時(shí)后的啟動(dòng)為極熱態(tài)1

7、3。東方機(jī)組規(guī)定停機(jī)大于72小時(shí)為冷態(tài)，停爐1072小時(shí)為溫態(tài)，停爐小于10小時(shí)為熱態(tài)，停爐小于1小時(shí)為極熱態(tài)。啟動(dòng)狀態(tài)的劃分有助于運(yùn)行人員掌握機(jī)組各種狀態(tài)下的啟動(dòng)特點(diǎn)。如冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組溫度水平低，為使其均勻加熱，不至于產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，鍋爐升溫、升壓及升速、升負(fù)荷都應(yīng)緩慢進(jìn)行。而熱態(tài)、極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組各部件處于較高的溫度狀態(tài)，為防止高溫部件受到蒸汽冷卻造成應(yīng)力損傷，就必須盡快使工作參數(shù)達(dá)到機(jī)組部件的溫度水平，此時(shí)鍋爐進(jìn)水、燃燒率控制、升速、升負(fù)荷都應(yīng)明顯加快，沖轉(zhuǎn)參數(shù)也較高1。1.3 單元機(jī)組的啟動(dòng)方式1.3.1 額定參數(shù)啟動(dòng)鍋爐點(diǎn)火后，當(dāng)蒸汽壓力、溫度升至一定值時(shí)，進(jìn)行汽輪機(jī)掛閘、沖轉(zhuǎn)

8、，汽輪機(jī)從沖轉(zhuǎn)到帶額定負(fù)荷期間，主蒸汽閥門(mén)前的蒸汽參數(shù)始終保持為額定值。這種啟動(dòng)方式的運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性均較差，一般多用于母管制的小型機(jī)組上應(yīng)用，現(xiàn)單元制運(yùn)行的大型機(jī)組均已不采用這種啟動(dòng)方式4。1.3.2 滑參數(shù)啟動(dòng)單元制機(jī)組通常采用滑參數(shù)啟動(dòng)，又稱(chēng)為聯(lián)合啟動(dòng)。在鍋爐點(diǎn)火、蒸汽升壓、升溫的過(guò)程中，利用汽溫、汽壓的升高逐漸提高汽輪機(jī)的負(fù)荷。在整個(gè)啟動(dòng)的過(guò)程中，主蒸汽閥門(mén)前的蒸汽參數(shù)隨汽機(jī)的金屬溫度和負(fù)荷情況，逐漸升高最終達(dá)到額定參數(shù)?；瑓?shù)啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：1）啟動(dòng)過(guò)程中，蒸汽管道的暖管、汽輪機(jī)的啟動(dòng)與鍋爐的升壓同時(shí)進(jìn)行，從而使整臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間縮短，增加了運(yùn)行調(diào)度的靈活性。2）整臺(tái)機(jī)組的加熱過(guò)程是從較

9、低的蒸汽參數(shù)開(kāi)始的，各部件的受熱膨脹比較均勻。鍋爐的水循環(huán)工況穩(wěn)定，過(guò)熱器得到良好的冷卻。同時(shí)，由于開(kāi)始進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽壓力和溫度均較低，蒸汽的容積流量較大，容易充滿(mǎn)汽輪機(jī)，而且流速也較大，汽輪機(jī)的各部件均勻快速的升溫，不至于會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力。3）啟動(dòng)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性提高，特別是設(shè)置旁路系統(tǒng)的機(jī)組，啟動(dòng)過(guò)程中可回收工質(zhì)及利用工質(zhì)的熱量，工質(zhì)損失和燃料消耗減少，機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中即可發(fā)出電能1。1.4 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的安全經(jīng)濟(jì)性鍋爐的啟動(dòng)是一個(gè)傳熱、流動(dòng)的極不穩(wěn)定的復(fù)雜過(guò)程。啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐工質(zhì)溫度及各部件溫度隨時(shí)變化，由于受熱不一致，且部件的不同部位溫度不同，因而會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，甚至使部件損壞。一般來(lái)說(shuō)

10、，部件越厚，在單側(cè)受熱時(shí)的內(nèi)、外壁溫差越大，熱應(yīng)力也越大。汽包、過(guò)熱器聯(lián)箱、蒸汽管道和閥門(mén)等的壁厚均較大，所以在受熱過(guò)程中必須妥善控制，尤其是汽包。鍋爐啟動(dòng)初期受熱面內(nèi)部工質(zhì)的流動(dòng)尚不正常，工質(zhì)對(duì)受熱面金屬的沖刷和冷卻作用是很差的，有的受熱面內(nèi)甚至在短時(shí)間內(nèi)根本沒(méi)有工質(zhì)流過(guò)。如果這時(shí)受熱過(guò)強(qiáng)，金屬壁溫就有可能超過(guò)許用溫度。鍋爐的水冷壁、過(guò)熱器、再熱器及省煤器均有可能超溫。因此，啟動(dòng)初期的燃燒過(guò)程應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行8。爐膛爆燃也是啟動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生的事故，鍋爐啟動(dòng)之初，燃料量少、爐溫低、燃燒不完全且不易控制，極有可能燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致滅火，一旦發(fā)生爆燃，將使設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞。啟動(dòng)過(guò)程中所用燃料，除用于加熱工

11、質(zhì)和部件外，還有一部分耗于排汽和放水，造成熱損失和工質(zhì)損失。在低負(fù)荷燃燒階段，過(guò)量空氣和燃燒損失也較大，鍋爐的運(yùn)行效率要比正常運(yùn)行時(shí)低得多?？傊阱仩t啟動(dòng)過(guò)程中，既有安全問(wèn)題也有經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，二者經(jīng)常是矛盾的。為保證受熱面的安全，減小熱應(yīng)力，啟動(dòng)過(guò)程應(yīng)盡可能較慢的升溫升壓，燃料量的增加也只能緩慢進(jìn)行。但勢(shì)必延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，使鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中消耗更多的燃料，降低了經(jīng)濟(jì)性。鍋爐啟動(dòng)的原則是在保證設(shè)備安全的前提下，盡可能縮短啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)燃料的消耗量，并使機(jī)組盡早帶負(fù)荷9。2.汽包啟動(dòng)過(guò)程分析及保護(hù)2.1 汽包概述汽包是鍋爐中體積最大、壁最厚的承壓元件，以東方300MW機(jī)組鍋爐為例，汽包承受工作壓力

12、18.5Mpa，對(duì)應(yīng)飽和溫度362，汽包的結(jié)構(gòu)尺寸為外徑2090，厚度為145。汽包的主要作用有四個(gè)：1）連接。 汽包將水冷壁、下降管、過(guò)熱器及省煤器等各種直徑不同、根數(shù)不同、用途不同的管子有機(jī)的連接在一起，起到了一個(gè)大聯(lián)箱的作用。2）汽水分離。將由水冷壁蒸發(fā)受熱面來(lái)的汽水混合物，經(jīng)汽包內(nèi)的汽水分離裝置分離出來(lái)，進(jìn)入過(guò)熱器。3）儲(chǔ)水。汽包是一較大的汽水分離容器，它的下半部貯存了一定容量的水，在鍋爐運(yùn)行中可以對(duì)給水流量變化起到緩沖作用，所以允許給水流量短時(shí)間內(nèi)的少量波動(dòng)，增加了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)汽包中貯存的水還起到了緩沖壓力波動(dòng)的作用，當(dāng)壓力升高時(shí)，因?qū)?yīng)飽和溫度升高，汽包中的水貯存了一部分

13、熱量，從而使壓力升高較緩慢；當(dāng)壓力降低時(shí)，對(duì)應(yīng)飽和溫度降低，汽包中的水釋放了一部分熱量，使壓力降低較緩慢。4）汽包中的連續(xù)排污裝置、清洗裝置能保持蒸汽品質(zhì)，加藥裝置能進(jìn)行汽包內(nèi)處理，防止蒸發(fā)受熱面結(jié)垢。汽包內(nèi)具有大量高壓的飽和水和飽和蒸汽，其破裂而引起爆炸將是一種災(zāi)難性的事故。同時(shí)，汽包在自然循環(huán)鍋爐中地位重要，更換困難，若發(fā)生損壞，將會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，本章將會(huì)對(duì)在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決10。2.2 汽包啟動(dòng)應(yīng)力分析汽包啟動(dòng)應(yīng)力是指鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包壁的應(yīng)力。它主要由工質(zhì)壓力引起的機(jī)械應(yīng)力、汽包壁溫度不均引起的熱應(yīng)力以及汽包與內(nèi)部介質(zhì)重力等引起的附加應(yīng)力組

14、成。汽包壁應(yīng)力可分為主體膜應(yīng)力和峰值應(yīng)力兩種。峰值應(yīng)力是汽包壁的局部應(yīng)力，由汽包壁溫度不均勻及結(jié)構(gòu)等原因引起，它比主體膜應(yīng)力大24倍。峰值應(yīng)力使汽包壁局部材料屈服，引起應(yīng)力再分配，最大應(yīng)力達(dá)到屈服極限，在靜態(tài)時(shí)不構(gòu)成破壞。但是，對(duì)波動(dòng)的峰值應(yīng)力，到了一定的波動(dòng)次數(shù)后，材料就會(huì)脆性破壞11。2.2.1 汽包機(jī)械應(yīng)力汽包的機(jī)械應(yīng)力是指由汽包內(nèi)的工質(zhì)壓力引起的金屬應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力在任意點(diǎn)的三個(gè)方向均為拉應(yīng)力，且均與汽包內(nèi)壓力成正比。隨著汽壓的升高，汽包機(jī)械應(yīng)力將會(huì)越來(lái)越大。汽包的內(nèi)、外直徑之比都在0.85左右，屬薄壁容器。薄壁容器在內(nèi)壓力的作用下只是向外擴(kuò)張而無(wú)其他變形。故汽包的縱橫斷面上只有正應(yīng)力而

15、無(wú)剪應(yīng)力。汽包壁任一點(diǎn)有三個(gè)方向的應(yīng)力，即沿圓筒切線方向的切向應(yīng)力、沿圓筒軸線方向的軸向應(yīng)力和沿圓筒直徑方向的徑向應(yīng)力。同時(shí)，汽包由焊接而制成，并在壁上開(kāi)有很多小孔，從而使汽包壁的應(yīng)力增大了許多。2.2.2 汽包熱應(yīng)力2.2.2.1 熱應(yīng)力的概念金屬部件的體積隨著溫度的升高而膨脹擴(kuò)大，隨著溫度的下降而收縮減小。如果金屬部件的體積能隨溫度變化而自由變化，金屬部件內(nèi)就不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力；但是當(dāng)金屬部件的體積變化受到約束時(shí)就會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。通常，我們把由于金屬部件之間存在著一定的溫差所引起的應(yīng)力稱(chēng)為熱應(yīng)力。2.2.2.2 鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包的熱應(yīng)力鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中工質(zhì)溫度逐漸升高，汽包被加熱，在汽包的上半

16、部分飽和蒸汽對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行凝結(jié)放熱，在下半部分鍋水對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行對(duì)流放熱，凝結(jié)放熱系數(shù)比對(duì)流放熱系數(shù)大23倍，故汽包上壁溫升高于下壁溫升。汽包溫度較高的部位金屬膨脹量大、溫度較低的部位金屬膨脹量小。但汽包是一個(gè)整體，其各部分之間無(wú)相對(duì)位移的自由，因而汽包內(nèi)壁受到壓縮、外壁受到拉伸，汽包上壁受到壓縮、下壁受到拉伸。汽包被壓縮的部分產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力、被拉伸的部分產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力。熱應(yīng)力又稱(chēng)溫差應(yīng)力，是由于不同部位金屬在不同溫度下其體積變化受到限制而產(chǎn)生的應(yīng)力。汽包啟動(dòng)熱應(yīng)力主要是由汽包的上、下壁溫差和內(nèi)、外壁溫差引起的12。2.2.2.3 汽包上、下壁溫差引起的熱應(yīng)力在鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓過(guò)程中都將會(huì)出現(xiàn)汽包上

17、、下壁溫差。鍋爐進(jìn)水時(shí)，水總是先與汽包下壁接觸，然后逐漸升高與上壁接觸。這樣壁溫就是上低下高。汽包下壁受壓而上壁受拉。汽包起壓后，上、下壁溫差轉(zhuǎn)為上高下低。這是因?yàn)槠喜靠臻g為汽、下部空間為水，都對(duì)汽包壁進(jìn)行單向傳熱。但蒸汽對(duì)汽包上壁的放熱為凝結(jié)放熱，而水對(duì)汽包下壁的放熱為微弱的對(duì)流放熱，放熱系數(shù)差別很大，前者比后者要大23倍。所以汽包上壁的受熱要比下壁劇烈得多，使汽包上壁溫度上升很快，因而造成汽包上、下壁產(chǎn)生溫差。升壓速度越快，汽包上、下壁溫差就越大。汽包下壁的應(yīng)力狀態(tài)由受壓轉(zhuǎn)為受拉經(jīng)歷一次應(yīng)力循環(huán)。由于啟停一次應(yīng)力變化的幅值與最初的壓應(yīng)力有關(guān)，而應(yīng)力循環(huán)幅值大小會(huì)影響汽包的低周疲勞壽命，

18、所以啟動(dòng)前的進(jìn)水應(yīng)該限制進(jìn)水的溫度和時(shí)間，盡可能減小汽包上、下壁溫差。當(dāng)汽包上部壁溫高于下部壁溫時(shí)，汽包有產(chǎn)生彎曲變形的傾向。這時(shí)由于上壁溫度高，膨脹量大，并力圖拉著下壁一起膨脹；而下壁溫度低，膨脹量小，并力圖阻止上壁的膨脹。因而汽包上壁受壓縮應(yīng)力，下壁則受拉伸應(yīng)力。但是，與汽包連接的很多管子將約束汽包的自由變形，這樣就產(chǎn)生了很大的附加應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使聯(lián)箱、管子彎曲變形和管座焊縫產(chǎn)生裂紋。為降低汽包上、下壁溫差，國(guó)外有些鍋爐在汽包結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)。例如美國(guó)的CE公司、德國(guó)的BABCOCK公司在其設(shè)計(jì)生產(chǎn)的300MW、600MW級(jí)鍋爐汽包內(nèi)安裝了與汽包同樣長(zhǎng)度的弧形襯板。上升管匯集來(lái)的汽水混合

19、物由汽包的中上部進(jìn)入，經(jīng)環(huán)形夾層向下流動(dòng)，所以汽包上壁也有相當(dāng)部分的面積與水接觸，汽包上壁的冷凝放熱影響相對(duì)減弱。但是由于沖刷汽包上壁的水速較高，上、下壁溫差還存在，但允許的飽和水溫升率要大的多13。2.2.2.4 汽包內(nèi)、外壁溫差引起的熱應(yīng)力汽包內(nèi)、外壁溫差出現(xiàn)于鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓的過(guò)程中。進(jìn)水時(shí)，熱水只與汽包內(nèi)壁接觸，外壁接受內(nèi)壁熱流，故其溫度低于內(nèi)壁，從而產(chǎn)生汽包的內(nèi)、外壁溫差。點(diǎn)火后隨著汽壓的上升，飽和溫度也升高，同水和蒸汽接觸的汽包內(nèi)壁溫度接近于飽和溫度，但外壁溫度的升高則受到金屬導(dǎo)熱及壁厚的限制，因而造成汽包內(nèi)、外壁之間的溫差。鍋爐在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由于汽包的導(dǎo)熱系數(shù)很大，所以汽包壁內(nèi)

20、的溫差很小，熱應(yīng)力也較小，可以忽略不計(jì)。然而，鍋爐在啟?；蜃冐?fù)荷過(guò)程中，由于汽包內(nèi)的介質(zhì)溫度不斷上升，故產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力。汽包內(nèi)壁溫度高，膨脹受阻而承受壓應(yīng)力；外壁溫度低，相對(duì)內(nèi)壁力圖收縮而承受拉應(yīng)力。并且，熱應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在內(nèi)、外壁表面處。升壓速度越快，汽包內(nèi)、外壁溫差及熱應(yīng)力就越大，且基本呈線性關(guān)系。這是因?yàn)樵诤芸斓慕橘|(zhì)溫升速度下，內(nèi)壁熱量未來(lái)的及傳給外壁，飽和溫度就又升高了，所以將引起更大的內(nèi)、外壁溫差。由于汽包內(nèi)的飽和溫升始終伴隨著升壓過(guò)程，所以在整個(gè)升壓過(guò)程中，汽包內(nèi)外壁溫差始終存在15。汽包壁溫差的最大值通常出現(xiàn)在啟動(dòng)之初。其原因一是由于啟動(dòng)之初，水循環(huán)較弱，水的擾動(dòng)較小，汽包

21、下半部與幾乎不動(dòng)的水接觸傳熱，從而使汽包下部金屬溫升慢；二是由于低壓階段壓力不大的變化就會(huì)引起飽和溫度很大的變化，即引起鍋水和汽溫產(chǎn)生較大的變化，使水、汽對(duì)汽包壁的放熱量也相應(yīng)發(fā)生較大的變化，加大了汽包的上下壁溫差。2.2.2.5 汽包附加應(yīng)力汽包的附加應(yīng)力是指汽包與內(nèi)部介質(zhì)重力引起的應(yīng)力，其數(shù)值上與以上兩種應(yīng)力比較要小得多。2.2.2.6 峰值應(yīng)力鍋爐升壓過(guò)程中汽包應(yīng)力有機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力兩種。汽包內(nèi)壓力產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，汽包壁溫不均產(chǎn)生熱應(yīng)力，還有附加應(yīng)力，它們疊加后產(chǎn)生總應(yīng)力，最大局部總應(yīng)力點(diǎn)成為峰值應(yīng)力。汽包頂部機(jī)械應(yīng)力和上下壁溫差熱應(yīng)力方向相反，相互減弱；汽包下部機(jī)械應(yīng)力和上下壁溫差應(yīng)力方

22、向相同，相互增強(qiáng)。再疊加內(nèi)外壁溫差引起的熱應(yīng)力及應(yīng)力集中的作用，峰值應(yīng)力常出現(xiàn)在大直徑下降管孔附近。啟動(dòng)過(guò)程汽包峰值應(yīng)力的大小決定于汽包內(nèi)壓力、壓力變動(dòng)率及循環(huán)流速。某1000t/h亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐進(jìn)行啟停應(yīng)力峰值試驗(yàn)表明，在控制汽包壁溫差的情況下，汽包峰值應(yīng)力在-325+380Mpa之間變化。其最大負(fù)應(yīng)力出現(xiàn)在冷態(tài)啟動(dòng)的初期，最大正應(yīng)力則出現(xiàn)在汽包壓力的最高值區(qū)域。汽包峰值應(yīng)力是局部應(yīng)力，當(dāng)它超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，將引起應(yīng)力再分配，最大只能達(dá)到屈服極限，這在穩(wěn)定壓力下對(duì)強(qiáng)度是無(wú)害的，但在交變應(yīng)力作用下，可能產(chǎn)生疲勞裂紋，并最終導(dǎo)致元件泄漏10。2.3 汽包低周疲勞破壞分析汽包峰值應(yīng)力超

23、過(guò)材料屈服極限時(shí)，材料局部發(fā)生塑性變形，使斷面上的應(yīng)力重新分配，最大值不大于屈服極限。汽包金屬在遠(yuǎn)低于其抗拉強(qiáng)度的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后會(huì)產(chǎn)生疲勞裂痕以至破裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為低周疲勞破壞。達(dá)到低周疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)總次數(shù)稱(chēng)為壽命，運(yùn)行中應(yīng)力循環(huán)次數(shù)占?jí)勖陌俜謹(jǐn)?shù)稱(chēng)為壽命損耗。是否要對(duì)汽包進(jìn)行低周疲勞分析，美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）給出了一個(gè)臨界值。對(duì)于材料屈服極限小于552Mpa的汽包，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過(guò)1000次，都應(yīng)對(duì)汽包進(jìn)行低周疲勞分析。關(guān)于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有以下定義：1）鍋爐啟動(dòng)停運(yùn)一個(gè)循環(huán)為一次。2）壓力波動(dòng)范圍在數(shù)值上超過(guò)設(shè)計(jì)壓力值20算一次。3）汽包上任何相鄰兩點(diǎn)，因溫

24、度變化產(chǎn)生溫差，不同溫差值折算成次數(shù)，如下：a.2955，應(yīng)力循環(huán)1次； b.5683，應(yīng)力循環(huán)2次； c.84139，應(yīng)力循環(huán)4次； d.140194，應(yīng)力循環(huán)8次；e.195250，應(yīng)力循環(huán)12次； f.250，應(yīng)力循環(huán)20次；2.4 啟停過(guò)程中汽包壁的溫差監(jiān)視為了保護(hù)汽包，在整個(gè)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中必須不斷監(jiān)視汽包上下壁溫差以及內(nèi)外壁溫差。為此，在大型鍋爐的汽包壁上，安裝有若干組溫度測(cè)點(diǎn)，以集中下降管外壁溫度代替汽包下部的內(nèi)壁溫度。在監(jiān)護(hù)和控制溫差時(shí)，按以下方法計(jì)算壁溫差：以最大的引出管外壁溫度減去汽包上部外壁最小溫度，差值就是汽包上部?jī)?nèi)外壁的最大溫差；若減去汽包下集中下降管外壁最小溫度，差值

25、就是汽包上下內(nèi)壁最大差值；同理，也可計(jì)算得到汽包下部?jī)?nèi)外壁溫差。有的鍋爐還引入汽包的壓力等數(shù)據(jù)對(duì)上述計(jì)算進(jìn)行修正。以前，國(guó)內(nèi)機(jī)組對(duì)汽包上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差啟動(dòng)中的最大允許值，均控制在50以?xún)?nèi)，這個(gè)限制主要是鑒于對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中汽包金屬的溫度分布規(guī)律還不能充分掌握，所以理論上對(duì)它的熱應(yīng)力尚不能精確的計(jì)算，同時(shí)，也考慮到損傷汽包的嚴(yán)重性。實(shí)踐證明，溫差只要在此范圍內(nèi)，產(chǎn)生的附加熱應(yīng)力不會(huì)造成汽包損壞，是偏于安全的。近年來(lái)引進(jìn)的機(jī)組對(duì)汽包壁溫差的控制普遍較寬，例如東方鍋爐的1025t/h自然循環(huán)鍋爐，冷態(tài)啟動(dòng)限制上下壁溫差小于40；日本三菱公司的1175t/h控制循環(huán)鍋爐，規(guī)定進(jìn)水升溫速度不大于3.6

26、/min，以此來(lái)限制汽包壁溫差6。2.5鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽包應(yīng)力控制在鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械應(yīng)力隨氣壓上升而增大，逐漸成為汽包應(yīng)力的主要部分，汽包熱應(yīng)力則隨氣壓上升而逐漸減小，并且它只與汽包壁溫差有關(guān)。在汽包內(nèi)壁，內(nèi)壁溫差引起壓應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力相抵消，汽包外壁引起拉應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力正向疊加。如果沒(méi)有孔邊應(yīng)力集中，則外壁拉應(yīng)力將成為最大的峰值應(yīng)力。但若汽包溫差過(guò)大，則最大峰值應(yīng)力亦可能在外壁某一點(diǎn)達(dá)到。從低周疲勞角度分析，啟動(dòng)初期，飽和溫升率是影響循環(huán)過(guò)程中谷值應(yīng)力的主要因素，降低谷值應(yīng)力水平則可有效減小啟動(dòng)過(guò)程中的交變應(yīng)力幅值，從而減小啟動(dòng)過(guò)程中的疲勞壽命損耗率。隨著壓力的升高，當(dāng)機(jī)械應(yīng)力占據(jù)主導(dǎo)

27、地位后，則可適當(dāng)采用較高的溫升速率。在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)以后，鍋爐的啟動(dòng)速度還要受到汽輪機(jī)運(yùn)行方式的限制，升壓過(guò)程主要是控制過(guò)熱汽溫的升溫速率，而啟動(dòng)熱應(yīng)力所允許的壁溫差通常是自然滿(mǎn)足的19。2.5.1 控制汽包應(yīng)力的安全原則鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽包應(yīng)力安全原則有以下幾項(xiàng)：1）汽包機(jī)械應(yīng)力要符合最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論條件；2）汽包峰值應(yīng)力超過(guò)屈服極限時(shí)發(fā)生局部塑性變形，吸收超過(guò)屈服極限部分的應(yīng)力，但是不會(huì)造成汽包的靜態(tài)破壞；3）汽包峰值應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生低周疲勞與壽命損耗。降低峰值應(yīng)力可以減少低周疲勞及壽命損耗，其關(guān)鍵是減小汽包熱應(yīng)力。汽包熱應(yīng)力是由汽包上下壁、內(nèi)外壁之間的溫差引起的，減小汽包壁各部分之間溫差的基本方

28、法是促使工質(zhì)流動(dòng)，均勻鍋水溫度和限制升溫速度等；4）汽包材料屈服極限大于552Mpa，峰值應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小于1000次，可以不考慮汽包低周疲勞損耗17。2.5.2 控制汽包啟動(dòng)應(yīng)力的措施汽包啟動(dòng)應(yīng)力控制的重要標(biāo)志是汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。在實(shí)際操作中，是以控制壓力的變化率作為控制壁溫差的基本手段的。在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中防止汽包壁溫差過(guò)大的措施有：1）啟動(dòng)中嚴(yán)格控制升壓速度，尤其是低壓階段的升壓速度應(yīng)該力求緩慢。這是防止汽包壁溫差過(guò)大的根本措施。為此，升壓過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按給定的鍋爐曲線進(jìn)行，若發(fā)現(xiàn)汽包壁溫差過(guò)大，應(yīng)減慢升壓速度或暫停升壓?？刂粕龎核俣鹊闹饕侄问强刂迫紵剩送?，還可以加大向空排汽量

29、或改變旁路系統(tǒng)的通汽量進(jìn)行升壓過(guò)程的控制。2）盡快的建立正常的水循環(huán)。水循環(huán)越強(qiáng)，上升管出口的汽水混合就會(huì)物以更大的流速進(jìn)入并擾動(dòng)水空間，使水對(duì)汽包下壁的放熱系數(shù)提高，從而減小上下壁溫差。因此，能否盡早建立起正常的水循環(huán)，不僅影響水冷壁工作的安全性，而且也直接影響到汽包上下壁溫差的大小。3）初投燃料量不能太少，爐內(nèi)燃燒、傳熱應(yīng)均勻。初投燃料量太少，水冷壁產(chǎn)汽量少，水流動(dòng)慢，流量偏差大，且爐內(nèi)火焰不易充滿(mǎn)爐膛，有可能使部分水冷壁處于無(wú)循環(huán)或弱循環(huán)狀態(tài)，與這部分水冷壁相對(duì)應(yīng)的汽包長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)的上下壁溫差增大。因此保持均勻火焰是啟動(dòng)燃燒調(diào)整的重要任務(wù)。初投燃料量與控制升壓速度的矛盾，可以通過(guò)開(kāi)大旁路系

30、統(tǒng)調(diào)門(mén)的方法解決19。4）進(jìn)水時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)水參數(shù)。一般控制進(jìn)水溫度與汽包溫度之差不大于90，進(jìn)水時(shí)間冬季不少于4小時(shí)，夏季不少于2小時(shí)（進(jìn)水速度也影響壁溫差）。啟動(dòng)時(shí)適當(dāng)將汽包水位維持在較高水平，對(duì)控制汽包壁溫差也有一定的作用。進(jìn)水參數(shù)控制主要用于降低循環(huán)的谷值應(yīng)力。2.6 汽包啟動(dòng)水位分析2.6.1 概述三河電廠二期#3、4爐均為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG102517.4-6型亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐。鍋爐配有兩臺(tái)容量為50的汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)容量為30的電動(dòng)給水泵。電泵作為啟動(dòng)泵或低負(fù)荷及汽泵故障時(shí)備用。在汽包給水管路上設(shè)有給水主路電動(dòng)門(mén)(容量為100)和30容量的給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)。汽包水

31、位采用單沖量與串級(jí)三沖量相結(jié)合的控制方式。在主蒸汽流量達(dá)380t/h之前，汽包水位由給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，即單沖量控制，旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差由調(diào)節(jié)閥差壓調(diào)節(jié)回路通過(guò)改變電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主蒸汽流量達(dá)380t/h后，汽包水位控制切至給水主路通過(guò)改變給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，為三沖量調(diào)節(jié)。在#3、4機(jī)組的調(diào)試及試生產(chǎn)階段曾多次出現(xiàn)在并網(wǎng)后，特別是因故停爐后的極熱態(tài)啟動(dòng)恢復(fù)過(guò)程中，汽包水位控制由給水旁路切為主路時(shí)，汽包水位投自動(dòng)的情況下，汽包水位大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。2.6.2 水位波動(dòng)過(guò)大的原因分析2.6.2.1 給水由旁路切為主路過(guò)程中控制不當(dāng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的給水旁路切主路(即由單沖量控制切為三沖量控制)的

32、負(fù)荷點(diǎn)為蒸汽流量380t/h。在此之前，單沖量汽包水位調(diào)節(jié)為用給水旁路調(diào)節(jié)閥控制。為了克服汽包壓力及給水管路系統(tǒng)阻力，保證給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)的線性，通?？杀３峙月氛{(diào)節(jié)門(mén)前后有一定的壓差，在控制系統(tǒng)中是通過(guò)旁路調(diào)門(mén)前后壓差控制回路調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)蒸汽流量大于380t/h以后，通過(guò)內(nèi)部邏輯，給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)切為手動(dòng)，自動(dòng)切除給水單沖量調(diào)節(jié)和給水旁路調(diào)節(jié)閥差壓調(diào)節(jié)回路，同時(shí)打開(kāi)鍋爐給水主路電動(dòng)門(mén)，自動(dòng)投入汽包水位由單沖量向三沖量調(diào)節(jié)回路，實(shí)現(xiàn)了汽包水位由單沖量向三沖量的切換。但若切換時(shí)，給水旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差設(shè)置過(guò)大，即電泵輸出壓力高于汽包壓力很多時(shí)，此時(shí)鍋爐給水主路和旁路同時(shí)向汽包上水，通

33、流面積增加很多就會(huì)造成給水量的大量增加。再加上若此時(shí)加負(fù)荷速率控制不當(dāng)，而引起汽包壓力下降較快時(shí)，就會(huì)造成一方面給水流量大大超過(guò)蒸汽流量，另一方面因汽包壓力下降較快而使汽包產(chǎn)生較為嚴(yán)重的虛假水位。這兩方面的因素同向疊加，以及現(xiàn)代鍋爐汽包容積設(shè)計(jì)均較以往汽包鍋爐偏小等因素，就會(huì)造成汽包水位快速升高。雖然此時(shí)水位控制為三沖量控制，但由于整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性遲延較大，從而造成自動(dòng)調(diào)節(jié)跟不上水位變化的情況，使鍋爐因汽包水位高引起MFT動(dòng)作停爐。2.6.2.2 燃料量的增加與加負(fù)荷率不同步由于在機(jī)組并網(wǎng)后的低負(fù)荷階段，爐膛內(nèi)油槍投入較多和等離點(diǎn)火的磨煤機(jī)出力較大。使機(jī)組負(fù)荷的增加和燃料量的增加基本都是在手

34、動(dòng)方式下進(jìn)行的，尤其是鍋爐停爐后的極熱態(tài)點(diǎn)火恢復(fù)過(guò)程中，因汽包壓力很高，一般在13MPa以上，機(jī)組加負(fù)荷速率過(guò)快，而燃料量未跟上時(shí)就會(huì)造成汽包壓力的快速下降，從而造成汽包內(nèi)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的虛假水位，使汽包水位波動(dòng)超出保護(hù)范圍導(dǎo)致MFT動(dòng)作。2.6.3 水位波動(dòng)過(guò)大的防范措施2.6.3.1 嚴(yán)格控制主汽壓力的升壓速度在并網(wǎng)后的加負(fù)荷過(guò)程中，要做到負(fù)荷的增加與燃料量的增加同步，嚴(yán)格控制主汽壓力的上升速度在0.050.1MPa/min之內(nèi)。保持主汽壓力和汽包壓力的穩(wěn)定,300MW機(jī)組在磨煤機(jī)投運(yùn)2臺(tái)以上時(shí)盡量投入主汽壓力自動(dòng)，避免汽包壓力大幅波動(dòng)而引起汽包內(nèi)虛假水位。2.6.3.2 給水由旁路切為主路

35、時(shí)前后過(guò)程的控制方法在給水由旁路切為主路之前，嚴(yán)格控制給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)前后的壓差和電泵出口的壓力,在給水流量和蒸汽流量基本平衡和汽包水位穩(wěn)定的情況下，保持給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)在7085 范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。然后逐漸增加燃料量和機(jī)組負(fù)荷，并保持主汽壓力相對(duì)穩(wěn)定，以便造成一個(gè)給水由旁路切為主路的良好條件，并對(duì)切換過(guò)程中汽包水位、給水流量、主蒸汽流量、電泵出口壓力與汽包壓力、主汽壓力嚴(yán)加監(jiān)控，保證單沖量控制與三沖量控制的平穩(wěn)進(jìn)行。3.水冷壁的啟動(dòng)分析及保護(hù)3.1 水冷壁啟動(dòng)溫度工況分析在鍋爐升壓過(guò)程中對(duì)水冷壁的保護(hù)是十分重要的。對(duì)于汽包鍋爐，因?yàn)樵谏龎旱某跗谒浔谑軣岵欢?，管?nèi)工質(zhì)的含汽量少，所以水循環(huán)不正常；

36、又因?yàn)檫@時(shí)投入燃燒器的只數(shù)很少，所以，水冷壁受熱的不均勻性較大，各管內(nèi)的介質(zhì)流速差別較大。如果同一聯(lián)箱上各根水冷壁管金屬溫度存在差別，就會(huì)產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使下聯(lián)箱變形或水冷壁管損壞。大型鍋爐的水冷壁都是膜式水冷壁，管子之間為剛性連接，不允許有相對(duì)位移，所以鄰管之間的溫差會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。因此，限制相鄰管子間的壁溫差不得超過(guò)50。對(duì)于平行工作的水冷壁管，加熱不均（如火焰偏斜）就會(huì)造成同回路不同管子間的壁溫偏差。假如有兩根水冷壁管，所受壁面熱負(fù)荷分別為q1、q2，那么，1、2兩管的壁溫偏差tb按下式計(jì)算 （31） 內(nèi)壁對(duì)工質(zhì)的放熱系數(shù)，W/（）由式（31）可知，壁面熱負(fù)荷之差q=q2-

37、q1越大（加熱越不均勻越厲害），壁溫差 tb越大；管內(nèi)放熱系數(shù)越小，壁溫差tb也越大。在鍋爐起壓之前，水冷壁內(nèi)均為未飽和水，且流動(dòng)微弱，很小，約為0.2W/（），這時(shí)，q即使僅1.0 （額定負(fù)荷的1/15），tb即使已達(dá)到50?？梢?jiàn)，起壓之前或水循環(huán)弱時(shí)，尤其應(yīng)該注意火焰分布均勻的問(wèn)題18。鍋爐的流動(dòng)工況正常時(shí)，有一定的水量進(jìn)入水冷壁管口，且邊流動(dòng)邊產(chǎn)汽，內(nèi)壁周?chē)兴?，這是最好的冷卻工況。但受熱不均時(shí)，個(gè)別受熱弱管（或管組）水流動(dòng)很慢，甚至停止，入口基本無(wú)水量流入。此時(shí)，汽泡易在水冷壁轉(zhuǎn)彎處、焊縫或水平段積聚，形成汽環(huán)，使該處管壁局部過(guò)熱產(chǎn)生鼓包、脹粗或爆管。這也要求啟動(dòng)之初均勻加熱，否則個(gè)

38、別受熱很弱的管子也很容易出問(wèn)題。3.2 水冷壁的水力偏差分析在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，投入燃料較少，火焰偏斜或直接沖刷水冷壁，水冷壁并聯(lián)管會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的流量偏差，個(gè)別管子的流量偏差將加重傳熱惡化和壁溫飛升。將偏差管內(nèi)的工質(zhì)流量GP與平均管內(nèi)工質(zhì)流量GO之比稱(chēng)為流量不均系數(shù)G ，G可按下式計(jì)算G = m n （32） （33） （34） （35） （36） （37）式中 RO平均管的阻力常數(shù)；RP偏差管的阻力常數(shù)；系數(shù)；O 、P平均管、偏差管密度，/；h水冷壁管屏高度，m；式（34）中，當(dāng)P O且 O/P-O 時(shí)，前取“- ”號(hào)，根據(jù)水冷壁的壓差平衡關(guān)系（Ogh+0.5 ROO=Pgh+0.5 RPP）

39、可知，這是受熱弱的倒流工況。 值的意義是平均重位壓差與平均流動(dòng)阻力之比。其大小規(guī)定了吸熱不均對(duì)流動(dòng)影響的具體特性。對(duì)于螺旋管圈直流鍋爐，值甚小，n1,密度差項(xiàng)（P O ）/O幾乎不起作用，Gm 。當(dāng)偏差管的水冷壁負(fù)荷qp（kW/）增加時(shí)，PO，由式（32）可知，G1、GP減小。這樣一種管內(nèi)受熱越強(qiáng)流動(dòng)反而越弱的特點(diǎn)，就是強(qiáng)制流動(dòng)的重要特性；對(duì)于自然循環(huán)鍋爐，含汽率小，循環(huán)速率低，所以值很大，密度差值（P O ）/O通過(guò)n對(duì)G起決定作用。因此，當(dāng)偏差管的吸熱量大于平均管時(shí)，盡管m1，但G1，且吸熱不均越大，G的增長(zhǎng)越厲害。自然循環(huán)的這種特性又稱(chēng)為水動(dòng)力自補(bǔ)償特性。對(duì)于值較適中的情況，如控制循環(huán)鍋

40、爐以及一次上升型直流鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)強(qiáng)制流動(dòng)特性也可能是自補(bǔ)償特性，取決于參數(shù)（壓力、質(zhì)量流速）和負(fù)荷的高低11。根據(jù)以上分析可得出以下結(jié)論：1）鍋爐的吸熱不均可引起水力不均，從而影響水冷壁的工作安全，因此要十分重視啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁屏間、管間熱負(fù)荷的均勻性；2）直流鍋爐的水冷壁，熱負(fù)荷大的偏差管流量小，管子的出口部分可能為過(guò)熱度較大的蒸汽，壁溫升高；3）自然循環(huán)鍋爐及強(qiáng)制循環(huán)鍋爐顯示自然循環(huán)特性時(shí)，其水冷壁在熱負(fù)荷低的偏差管循環(huán)流量小，出口含汽率高，發(fā)生“蒸干”傳熱惡化的可能性增加。此外，受熱弱的管子也容易產(chǎn)生停滯或倒流現(xiàn)象13。3.3 水冷壁的局部傳熱惡化分析水在水冷壁管內(nèi)流動(dòng)到

41、某一位置時(shí)，當(dāng)干度達(dá)到一定值時(shí)內(nèi)壁失去水膜的現(xiàn)象稱(chēng)為“蒸干”?！罢舾伞卑l(fā)生時(shí)管子內(nèi)壁突然與汽接觸，放熱系數(shù)變小，產(chǎn)生一個(gè)壁溫飛升值。對(duì)于自然循環(huán)鍋爐，正常運(yùn)行時(shí)由于出口含汽率小于界限含汽率（約0.30.5），故一般不會(huì)發(fā)生水膜失去的情況，但在啟動(dòng)過(guò)程吸熱不均十分嚴(yán)重時(shí)，也存在發(fā)生“蒸干”的可能性；對(duì)于直流鍋爐，水冷壁必然經(jīng)過(guò)一個(gè)干度從0到1.0的過(guò)程，即必然在某一段時(shí)間產(chǎn)生“蒸干”現(xiàn)象。設(shè)計(jì)和運(yùn)行的任務(wù)只是控制壁溫飛升值的大?。ū荛_(kāi)爐內(nèi)高溫區(qū)域），不使壁溫的飛升值超過(guò)材料的允許溫度而已16。溫度飛升值的大小與工作壓力、熱流密度和工質(zhì)流量有關(guān)。溫度飛升值會(huì)著工作壓力的升高而降低；隨著熱流密度與工

42、質(zhì)流量比值的增大而升高。因此，無(wú)論何種循環(huán)方式，防止傳熱惡化都是啟動(dòng)過(guò)程中所要注意解決的問(wèn)題。3.4 水冷壁的啟動(dòng)保護(hù)在鍋爐升壓過(guò)程中水冷壁的保護(hù)措施有：1）均勻爐內(nèi)燃燒沿爐膛四周均勻或?qū)ΨQ(chēng)地投入噴燃器并定時(shí)切換運(yùn)行；在符合升溫升壓曲線，汽包金屬溫差不大的情況下，可適量多投一些燃燒器，以使得爐膛熱負(fù)荷較均勻。2）盡快建立正常的水循環(huán)（汽包鍋爐）正常的水循環(huán)可保證水冷壁內(nèi)有均勻、較大的循環(huán)流量，來(lái)冷卻受熱面。盡快建立正常的水循環(huán)可從以下幾方面著手：a.水冷壁下部定期放水或連續(xù)放水。在水冷壁下聯(lián)箱定期或連續(xù)放水，可以將汽包下部溫度較高的水、汽引到水冷壁管底部，用熱水代替冷水，增加水冷壁產(chǎn)汽區(qū)的長(zhǎng)度

43、，促進(jìn)水循環(huán)。實(shí)踐證明，這個(gè)措施的采取對(duì)促進(jìn)水循環(huán)的建立，減小汽包壁溫差是十分有效的。b.采用鄰爐蒸汽加熱?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外制造的大型鍋爐一般均設(shè)計(jì)有鄰爐蒸汽加熱系統(tǒng)。在鍋爐點(diǎn)火前，從各水冷壁下聯(lián)箱均勻地通入適量的蒸汽，加熱水冷壁各個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。待水達(dá)到飽和溫度并有一定的產(chǎn)汽量后，再進(jìn)行點(diǎn)火。這種點(diǎn)火的過(guò)程稱(chēng)為無(wú)火啟動(dòng)，鍋爐在無(wú)火啟動(dòng)過(guò)程中汽包溫差很小，同時(shí)大大縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)油耗，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。c.啟動(dòng)時(shí)可適當(dāng)投入機(jī)組高、低壓旁路系統(tǒng)，提高燃燒率，在不加快升壓速度的情況下，增加產(chǎn)汽量。d.啟動(dòng)初期較慢的升壓對(duì)盡快建立正常的水循環(huán)也是有利的。燃料熱量中，一部分用于提升金屬壁溫和水溫，增加

44、蒸發(fā)系統(tǒng)的蓄熱量，其余才用于產(chǎn)汽。所以升壓速度低，用于增加水和金屬蓄熱的熱量少，用于產(chǎn)汽的熱量就多；同時(shí)低壓下飽和溫度低，輻射換熱量大，產(chǎn)汽多、汽水密度差大循環(huán)動(dòng)力也大10。3) 加強(qiáng)水冷壁膨脹監(jiān)視各水冷壁管因受熱而產(chǎn)生的膨脹差將使下集箱下移的數(shù)值不同。因此，水冷壁的受熱均勻性可以通過(guò)膨脹量進(jìn)行監(jiān)督。啟動(dòng)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)膨脹受阻等異?，F(xiàn)象，則應(yīng)暫緩升壓，待查明原因并處理后，方可繼續(xù)升壓。4) 強(qiáng)制循環(huán)鍋爐點(diǎn)火時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵提高安全性強(qiáng)制循環(huán)鍋爐在點(diǎn)火前啟動(dòng)循環(huán)泵，循環(huán)流速最大。隨著水冷壁內(nèi)含汽率的增加，流速逐漸減小，但減小不多，與自然循環(huán)鍋爐啟動(dòng)之初循環(huán)流速幾乎為零的情況相比，大大提高了水冷壁的工

45、作安全性。4.結(jié)論我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭資源相對(duì)較豐富，煤種特性變化范圍很大。根據(jù)我國(guó)的能源政策，火力發(fā)電廠多以燃煤為主，為保證國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，提高燃煤的能量轉(zhuǎn)換效率和低的污染物排放率，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，大型超臨界、超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組日益成為我國(guó)火力發(fā)電廠的主力機(jī)組。但機(jī)組容量和參數(shù)的提高也對(duì)鍋爐的安全啟動(dòng)提出了新的要求，大型電站鍋爐啟動(dòng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性成為了關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)對(duì)汽包鍋爐啟動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題的分析研究，得出了以下結(jié)論：1) 通過(guò)對(duì)汽包啟動(dòng)溫差和啟動(dòng)應(yīng)力的分析，得出控制汽包應(yīng)力的主要是要控制汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。實(shí)際操作中要嚴(yán)格控制升壓速度和進(jìn)水參數(shù)，盡快建立正常的

46、水循環(huán)，并且爐內(nèi)燃燒傳熱應(yīng)均勻。2) 由水冷壁的啟動(dòng)溫度工況和水力偏差以及局部傳熱惡化的分析，得出水冷壁在啟動(dòng)過(guò)程中一定要均勻爐內(nèi)燃燒加強(qiáng)水冷壁的膨脹監(jiān)視，盡快建立正常的水循環(huán)。因此，要重視鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包及水冷壁的應(yīng)力控制，做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，采取有效手段保證鍋爐運(yùn)行安全，提高鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的安全經(jīng)濟(jì)性。致謝首先要感謝的是韓莉老師，在本文的編寫(xiě)過(guò)程中得到了韓莉老師的熱心支持和精心指導(dǎo)。 其次，在本文編寫(xiě)過(guò)程中，三友電廠資料室為本文的編寫(xiě)提供了大量圖書(shū)資料及電子資源，在此，向所有支持和幫助我的老師和工作人員表示感謝！最后要感謝我的母校河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院對(duì)我的精心培養(yǎng)！參考文獻(xiàn)1 岑可法，周昊，池作和大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)第一版北京：中國(guó)電力出版社，20032 清華大學(xué)鍋爐教研室鍋爐原理第一版北京：科學(xué)出版社19923 鄭克，劉志剛，李益民鍋爐汽包低周疲勞壽命研究第一版北京: 電力出版社，2OOO4 莫江春，張學(xué)綸電站鍋爐優(yōu)化啟動(dòng)第一版北京：中國(guó)電力出版社，20035 霍東方超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的