自然循環(huán)鍋爐汽包壁溫差的控制及預(yù)防

1、自然循環(huán)鍋爐汽包壁溫差的控制及預(yù)防 華能丹東電廠2臺(tái)350 MW機(jī)組于1998年11月和12月相繼投產(chǎn)。鍋爐系英國(guó)Babcock鍋爐廠制造，采用亞臨界一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)自然循環(huán)汽包鍋爐。自投產(chǎn)以來(lái)，通過(guò)運(yùn)行觀察，無(wú)論是啟爐還是停爐，均發(fā)現(xiàn)汽包上、下壁產(chǎn)生壁溫差，特別是在停爐冷卻過(guò)程中，壁溫差有時(shí)高達(dá)80100，已嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。 1 汽包壁溫差產(chǎn)生的機(jī)理 1.1 鍋爐上水時(shí)汽包產(chǎn)生的溫差 當(dāng)鍋爐上水時(shí)，來(lái)自除氧器的給水經(jīng)給水泵首先進(jìn)入管壁較薄的省煤器、水冷壁及集中下降管，最后進(jìn)入汽包。因此，管壁首先被加熱，而且溫度上升較快，而汽包不但壁厚而且又是最后接觸水，則加熱溫度上升就

2、比較慢。當(dāng)水進(jìn)入汽包時(shí)，總是先與汽包下壁接觸，故汽包水位以下壁溫首先上升，造成汽包下部壁溫高于上部壁溫。另外，一定溫度的給水進(jìn)入汽包后，內(nèi)壁溫度隨之升高，因汽包壁較厚，外部與環(huán)境接觸，外表面溫度上升的速度較內(nèi)壁溫升慢，從而形成了內(nèi)外壁的溫差。 1.2 鍋爐升壓過(guò)程中汽包產(chǎn)生的壁溫差 升壓初期，鍋爐點(diǎn)火后投入爐內(nèi)的燃料量很少，火焰在爐內(nèi)的充滿程度差，水冷壁受熱不均，工質(zhì)吸熱量少，且在壓力低時(shí)，工質(zhì)的汽化潛熱大，這時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量很少，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)的自然循環(huán)尚不正常，汽包內(nèi)的水流動(dòng)很慢或局部停滯，對(duì)汽包壁的放熱系數(shù)很小，所以汽包下壁溫升小。汽包上壁與飽和蒸汽接觸，當(dāng)壓力升高時(shí)，飽和蒸汽遇到較冷的汽包壁便

3、發(fā)生凝結(jié)放熱，由于蒸汽凝結(jié)時(shí)的放熱系數(shù)要比汽包下半部水的放熱系數(shù)大幾倍，上壁溫度很快達(dá)到對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度，使汽包上壁溫度大于下壁溫度。另外，汽包升壓速度越快，飽和溫度升高也越快，產(chǎn)生的溫差就越大。這樣由最初上水時(shí)上部壁溫低于下部很快變?yōu)楦哂谙虏勘跍兀蚨纬闪似跍厣喜扛?，下部低的壁溫差?1.3 在停爐冷卻過(guò)程中汽包產(chǎn)生的壁溫差 在停爐過(guò)程中，鍋爐進(jìn)入降壓和冷卻階段，汽包主要靠?jī)?nèi)部工質(zhì)進(jìn)行冷卻，由于汽包內(nèi)爐水壓力及對(duì)應(yīng)的飽和溫度逐漸下降，汽包下壁對(duì)爐水放熱，使汽包壁很快冷卻，而汽包上壁與蒸汽接觸，在降壓過(guò)程中放熱系數(shù)較低，金屬冷卻緩慢，所以出現(xiàn)上部壁溫大于下部壁溫，造成溫差。如降壓速度

4、越快，則溫差越大，特別是當(dāng)壓力降到低值時(shí)，將出現(xiàn)較大的溫差。 2 汽包壁溫差將導(dǎo)致汽包產(chǎn)生強(qiáng)大的熱應(yīng)力 根據(jù)應(yīng)力計(jì)算公式，上下溫差越大，則應(yīng)力也越大。 汽包上部壁溫的升高使得上壁金屬欲伸長(zhǎng)而被下部限制，因而受到軸向壓應(yīng)力，下部金屬則受到軸向拉應(yīng)力。這樣將會(huì)使汽包趨向于拱背狀的變形。過(guò)大壁溫差的產(chǎn)生，將會(huì)導(dǎo)致汽包的熱應(yīng)力增大，進(jìn)而導(dǎo)致汽包受到損傷，減少汽包的使用壽命。 3 控制及預(yù)防汽包壁溫差的措施 3.1 嚴(yán)格按要求控制上水溫度和上水速度一般規(guī)定上水時(shí)間夏季不少于2 h，冬季不少于4 h。若上水溫度與汽包壁溫差小于40時(shí)，可適當(dāng)加快上水速度。 3.2 點(diǎn)火初期嚴(yán)格控制升溫升壓速度 一般規(guī)定汽包

5、內(nèi)飽和溫度的溫升速度不超過(guò)11.5。在升壓過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)汽包溫差過(guò)大時(shí)，首先應(yīng)減慢升壓速度或暫停升壓，同時(shí)可適當(dāng)開(kāi)啟對(duì)空排汽以加大排汽量，或及時(shí)將旁路系統(tǒng)投運(yùn)以增加通汽量等辦法加以控制。另外，應(yīng)加強(qiáng)燃燒調(diào)整以盡量保證熱負(fù)荷均勻，盡可能地提高給水溫度，維持汽包水位在較高的水平。采用水冷壁下聯(lián)箱定期或連續(xù)放水的方法，這樣既可以促進(jìn)水循環(huán)，還可以使受熱面受熱均勻，減少汽包壁溫差。 3.3 停爐后嚴(yán)格控制降溫降壓速度 在鍋爐停爐后，一般采用悶爐的方法使鍋爐自然冷卻，但在實(shí)際操作中，往往采取加速冷卻的方法。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在停爐冷卻的末期，尤其是在帶壓放水后，壁溫差有時(shí)高達(dá)80以上，這對(duì)鍋爐汽包的安全構(gòu)成

6、了極大的危害。因此，必須采取預(yù)防措施。 3.3.1 避免鍋爐急劇冷卻 當(dāng)鍋爐停爐并經(jīng)充分通風(fēng)(一般需10 min)將受熱面吹掃干凈后，應(yīng)立即將鍋爐風(fēng)道的風(fēng)門、煙氣檔板、送引風(fēng)機(jī)出入口檔板、人孔門和檢查孔全部關(guān)閉。 3.3.2 盡量維持汽包在高水位運(yùn)行 當(dāng)鍋爐汽包水位低至-50 mm時(shí)，必須向鍋爐上水，直上至鍋爐汽包的最高水位(即就地水位計(jì)最上面的一個(gè)監(jiān)視孔或略高一些)。 3.3.3 提高給水溫度 鍋爐停爐后，由于爐內(nèi)溫度、爐水溫度仍然很高，在鍋爐上水時(shí)應(yīng)將除氧器加熱裝置繼續(xù)投入，如果輔汽壓力允許，應(yīng)盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。 3.3.4 緊急冷卻可采取鍋爐換水的方法以降低汽包壁

7、溫差 在事故搶修時(shí)，為使壁溫差在規(guī)定范圍(50)內(nèi)，可采取換水的方法加快冷卻速度。即在保持汽包高水位的情況下，盡量保持較高的給水溫度(100以上)，并在向鍋爐上水的同時(shí)，適當(dāng)開(kāi)啟鍋爐下聯(lián)箱放水，利用適當(dāng)?shù)膿Q水量，使鍋爐不斷得到冷卻。 3.3.5 盡量避免采用帶壓放水的方法對(duì)鍋爐進(jìn)行烘干防腐 在機(jī)組熱備用時(shí)，可采用間斷升火保持壓力法對(duì)鍋爐進(jìn)行保護(hù)。在正常停爐時(shí)，可采用充氮法對(duì)鍋爐進(jìn)行保養(yǎng)。另外，可考慮當(dāng)鍋爐壓力降至0.2 MPa時(shí)再進(jìn)行放水。為達(dá)到對(duì)鍋爐保護(hù)的目的，可對(duì)熱風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，將鄰爐的熱風(fēng)引到鍋爐的煙氣再循環(huán)管道中，在放水后，立即將鄰爐的熱風(fēng)引進(jìn)放水的爐中，補(bǔ)充由于低壓力放水時(shí)鍋爐烘干所需儲(chǔ)熱量的不足，這樣就達(dá)到了對(duì)停用爐保護(hù)的目的，又防止了汽包壁溫差的增大。 4 結(jié)束語(yǔ) 對(duì)于自然循環(huán)鍋爐來(lái)說(shuō)，汽包與下降管、上升管連接組