探析分軸式聯(lián)合循環(huán)冷態(tài)啟動時余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差控制措施

1、    探析分軸式聯(lián)合循環(huán)冷態(tài)啟動時余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差控制措施    徐振誼+王登銀+楊翔勝摘 要： 本文針對三菱m701f4型燃機(jī)“一拖一”分軸式聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組于冷態(tài)啟動過程中余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大問題，在原因剖析的基礎(chǔ)上，提出解決的方案和防范的措施，以供大家一同探討。關(guān)鍵詞： 聯(lián)合循環(huán)；壁溫差；解決；防范某電廠建設(shè)的三菱m701f4型燃機(jī)“一拖一”分軸式聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，即一臺燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組排氣給一臺余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽帶動一臺汽輪發(fā)電機(jī)組。余熱鍋爐采用東方日立鍋爐有限公司生產(chǎn)，型號為bhdb-m701f4-q1的三壓、再熱

2、、無補燃、自然循環(huán)、臥式爐型余熱鍋爐。自投產(chǎn)以來，在冷態(tài)啟動過程中，余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差達(dá)80，嚴(yán)重影響了余熱鍋爐的安全運行和使用壽命。對此類大型燃機(jī)“一拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動過程中余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大的問題進(jìn)行梳理及分析，對今后的同類型機(jī)組的運行具有一定的借鑒意義。純凝工況下，高壓蒸汽壓力11.17mpa，高壓蒸汽溫度568，高壓蒸汽流量308.4t/h；供熱工況下，高壓蒸汽壓力11.10mpa，高壓蒸汽溫度567.7，高壓蒸汽流量309.1t/h。余熱鍋爐所有受熱面均為螺旋開齒帶折角鰭片管，垂直布置于換熱室內(nèi)，受熱面管上、 下兩端分別設(shè)有上集箱與下集箱，每個集箱上有兩個吊

3、點將該管束的荷載傳遞到爐頂鋼架上。1冷態(tài)啟動時余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大原因機(jī)組冷態(tài)啟動時，燃機(jī)啟動點火后，燃機(jī)排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐，隨著余熱鍋爐汽包壓力升高，爐水和蒸汽的溫度也隨之升高。汽包的下半部被爐水加熱，而上半部被蒸汽加熱。雖然爐水和蒸汽的溫度在升壓過程中基本相同，但是由于蒸汽和爐水對汽包上下壁的放熱系數(shù)不同，使得汽包上下壁溫度升高的快慢不一樣。飽和蒸汽遇到溫度較低的汽包上壁，凝結(jié)成水，放出潛熱，這種放熱屬于凝結(jié)放熱，其放熱系統(tǒng)約為7000w/（m2.）。爐水對汽包下半部的傳熱，在升壓初期水循環(huán)還沒有完全建立時，屬于自然對流，其放熱系統(tǒng)只有凝結(jié)放熱的1/4-1/3。在升壓中，汽

4、包上半部的壁溫高于下半部的壁溫，這樣汽包上下壁形成了溫差。另外，汽包升壓速度越快，飽和溫度升高也越快，產(chǎn)生的壁溫差就越大。而在汽包升壓初期，由于水蒸汽的飽和溫度在壓力較低時對壓力的變化率較大，壓力小幅度升高，但蒸汽的飽和溫度大幅度升高。燃機(jī)排出的高溫?zé)煔饬鞒倘缦拢喝細(xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)口過渡煙道余熱鍋爐入口煙道二級再熱器高壓二級過熱器一級再熱器高壓一級過熱器高壓蒸發(fā)器預(yù)留脫硝模塊空間高壓三級省煤器中壓過熱器中壓蒸發(fā)器中壓二級省煤器低壓過熱器高壓二級省煤器中壓一級省煤器高壓一級省煤器低壓蒸發(fā)器低壓省煤器出口煙道煙囪排向大氣。由煙氣流程可知，燃機(jī)高溫?zé)煔馐紫攘鹘?jīng)高壓蒸發(fā)器管道。由于在燃機(jī)升速過程中，升速速

5、率由程序設(shè)定，天然氣流量不斷增加，排氣溫度也逐漸升高310。在燃機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速3000rpm后，為了機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性，一般會立即進(jìn)行燃機(jī)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。燃機(jī)并網(wǎng)帶初始負(fù)荷15mw，排氣溫度達(dá)到345，高壓汽包上壁溫度升高較快，從而導(dǎo)致高壓汽包容易出現(xiàn)上下壁溫差大的情況。2. 汽包上下壁溫差大的危害余熱鍋爐冷態(tài)啟動是指當(dāng)高、中、低壓汽包飽和溫度小于 100時啟動。冷態(tài)啟動時，在升壓過程，高壓汽包汽包上下壁溫差較大。上部壁溫高，有膨脹的趨勢，但是由于下半部壁溫低，阻止了上半部膨脹，上半部汽包壁承受壓應(yīng)力，而下半部在上半部膨脹的影響下被拉伸，而承受拉伸應(yīng)力，汽包將會產(chǎn)生向上拱起的變形，這種變形稱為香蕉變

6、形，形成較大的熱應(yīng)力。上下溫差越大，則應(yīng)力也越大。其機(jī)械和熱力的綜合應(yīng)力在局部的峰值很大，可能接近甚至超過汽包材料極限值，使汽包產(chǎn)生疲勞損傷、使用壽命縮短。目前我國各電廠運行規(guī)程中都明確規(guī)定鍋爐運行過程中汽包上下壁溫差不能超過50。3.冷態(tài)啟動時鍋爐汽包上下壁溫差措施3.1提高低壓汽包水溫本機(jī)組余熱鍋爐高壓給水來自于低壓汽包。低壓汽包設(shè)置了加熱器。在機(jī)組冷態(tài)啟動時，鍋爐完成上水后，提前兩小時投入低壓汽包底部加熱，利用輔汽將低壓汽包爐水加熱到90左右。從而在高壓汽包升溫初期，需要補水時，能夠提供溫度較高的給水，避免由于補給常溫水導(dǎo)致高壓汽包下半部壁溫降低，上下壁溫差進(jìn)一步增大。3.2投入高壓蒸發(fā)

7、器底部加熱鍋爐上水完畢后，先利用輔助蒸汽加熱對高壓汽包爐水進(jìn)行加熱至100左右。再啟動機(jī)組，可以有效減小高壓汽包上下壁溫差，降低啟動時的熱應(yīng)力，延長汽包壽命。為保證高壓汽包上下壁溫差比較小，高壓汽包應(yīng)上水至高水位。3.3控制燃機(jī)負(fù)荷在燃機(jī)并網(wǎng)后，保持燃機(jī)帶初始負(fù)荷15mw，避免燃機(jī)負(fù)荷上升導(dǎo)致排氣溫度快速升高。待高壓汽包上下壁溫差下降至50以下，再提高燃機(jī)負(fù)荷。3.4保持高壓汽包水位在較高位置通過適當(dāng)提高高壓汽包水位，可以減緩上下壁溫差增大的趨勢。一般高壓汽包水位可以控制在100mm。這時需密切關(guān)注水位變化，避免由于高壓汽包水位高而導(dǎo)致跳閘。3.5加強高壓蒸發(fā)器定排通過加強高壓蒸發(fā)器定排，既可

8、以促進(jìn)水循環(huán)，同時使受熱面受熱均勻，減少上下壁溫差。3.6降低高壓汽包升壓速率降低高壓汽包壓力升壓速率，即降低了汽包上半部蒸汽飽和溫度上升速率，從而控制汽包上半部壁溫上升速率，控制汽包上下壁溫差增大趨勢。根據(jù)廠家說明書，飽和溫度的上升速率限制高壓汽包低于 5 /分鐘。通過試驗，總結(jié)出如下措施：（1）燃機(jī)轉(zhuǎn)速為2500rpm左右，高壓汽包開始起壓，立即打開高壓過熱器排空閥，不但可以將汽包內(nèi)空氣排出，以免打開過熱蒸汽電動閥時對汽機(jī)真空造成影響，而且降低高壓汽包升壓速率。待高壓汽包上下壁溫差穩(wěn)定后再關(guān)閉排空閥。（2）當(dāng)高壓汽包壓力升至0.3mpa時，打開高壓過熱蒸汽電動閥、高壓旁路閥，利用高壓旁路蒸

9、汽，對再熱器進(jìn)行暖管。待再熱器壓力達(dá)到0.1mpa，再打開再熱器出口排空閥。待冷再管道壓力上升至0.3mpa時，關(guān)閉再熱器出口排空閥后再打開中壓旁路閥。中壓旁路閥、高壓旁路閥配合，手動慢慢打開，將高壓汽包蒸汽通過高壓旁路、再熱器，由中壓旁路排入凝汽器，控制高壓汽包升壓速率。根據(jù)經(jīng)驗，高壓旁路閥基本要開至80%左右，中壓旁路閥基本要開至60%左右。需注意的是，凝汽器由于較大量的蒸汽進(jìn)入，可能本體疏水?dāng)U容器溫度會升高，及時投入減溫水，并啟動開式循環(huán)水機(jī)力通風(fēng)冷卻塔，維持凝汽器真空。通過這種逐級排空的方式，排盡空氣避免影響真空的同時，也盡可能大的降低高壓汽包升壓速度，降低上下壁溫差。4 結(jié)束語控制冷態(tài)啟動高壓汽包上下壁溫差需要多措并舉。運行人員要嚴(yán)格按照規(guī)程、操作票進(jìn)行操作，不斷進(jìn)行總結(jié)，提高操作水平。在高壓汽包起壓時就要及時采取措施，否則到汽包上下壁溫差達(dá)到報警值再采取措施，效果就比較差。同時，加強管理，加大運行