探析分軸式聯(lián)合循環(huán)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)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(duì)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(dòng)過(guò)程中余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大問(wèn)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(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組排氣給一臺(tái)余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸汽帶動(dòng)一臺(tái)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(hào)為bhdb-m701f4-q1的三壓、再熱

2、、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)、臥式爐型余熱鍋爐。自投產(chǎn)以來(lái)，在冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)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(yùn)行和使用壽命。對(duì)此類大型燃機(jī)“一拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大的問(wèn)題進(jìn)行梳理及分析，對(duì)今后的同類型機(jī)組的運(yùn)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(kāi)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(gè)集箱上有兩個(gè)吊

3、點(diǎn)將該管束的荷載傳遞到爐頂鋼架上。1冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)余熱鍋爐高壓汽包上下壁溫差大原因機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，燃機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)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(guò)程中基本相同，但是由于蒸汽和爐水對(duì)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(duì)汽包下半部的傳熱，在升壓初期水循環(huán)還沒(méi)有完全建立時(shí)，屬于自然對(duì)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(shí)對(duì)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(guò)渡煙道余熱鍋爐入口煙道二級(jí)再熱器高壓二級(jí)過(guò)熱器一級(jí)再熱器高壓一級(jí)過(guò)熱器高壓蒸發(fā)器預(yù)留脫硝模塊空間高壓三級(jí)省煤器中壓過(guò)熱器中壓蒸發(fā)器中壓二級(jí)省煤器低壓過(guò)熱器高壓二級(jí)省煤器中壓一級(jí)省煤器高壓一級(jí)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(guò)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，一般會(huì)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(dòng)是指當(dāng)高、中、低壓汽包飽和溫度小于 100時(shí)啟動(dòng)。冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，在升壓過(guò)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(shì)，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(huì)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(guò)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(guó)各電廠運(yùn)行規(guī)程中都明確規(guī)定鍋爐運(yùn)行過(guò)程中汽包上下壁溫差不能超過(guò)50。3.冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)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(lái)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(dòng)時(shí)，鍋爐完成上水后，提前兩小時(shí)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(bǔ)水時(shí)，能夠提供溫度較高的給水，避免由于補(bǔ)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(duì)高壓汽包爐水進(jìn)行加熱至100左右。再啟動(dòng)機(jī)組，可以有效減小高壓汽包上下壁溫差，降低啟動(dòng)時(shí)的熱應(yīng)力，延長(zhǎng)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(guò)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(shì)。一般高壓汽包水位可以控制在100mm。這時(shí)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(qiáng)高壓蒸發(fā)器定排通過(guò)加強(qiáng)高壓蒸發(fā)器定排，既可

8、以促進(jìn)水循環(huán)，同時(shí)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(shì)。根據(jù)廠家說(shuō)明書，飽和溫度的上升速率限制高壓汽包低于 5 /分鐘。通過(guò)試驗(yàn)，總結(jié)出如下措施：（1）燃機(jī)轉(zhuǎn)速為2500rpm左右，高壓汽包開(kāi)始起壓，立即打開(kāi)高壓過(guò)熱器排空閥，不但可以將汽包內(nèi)空氣排出，以免打開(kāi)過(guò)熱蒸汽電動(dòng)閥時(shí)對(duì)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(shí)，打開(kāi)高壓過(guò)熱蒸汽電動(dòng)閥、高壓旁路閥，利用高壓旁路蒸

9、汽，對(duì)再熱器進(jìn)行暖管。待再熱器壓力達(dá)到0.1mpa，再打開(kāi)再熱器出口排空閥。待冷再管道壓力上升至0.3mpa時(shí)，關(guān)閉再熱器出口排空閥后再打開(kāi)中壓旁路閥。中壓旁路閥、高壓旁路閥配合，手動(dòng)慢慢打開(kāi)，將高壓汽包蒸汽通過(guò)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(yàn)，高壓旁路閥基本要開(kāi)至80%左右，中壓旁路閥基本要開(kāi)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(huì)升高，及時(shí)投入減溫水，并啟動(dòng)開(kāi)式循環(huán)水機(jī)力通風(fēng)冷卻塔，維持凝汽器真空。通過(guò)這種逐級(jí)排空的方式，排盡空氣避免影響真空的同時(shí)，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(yǔ)控制冷態(tài)啟動(dòng)高壓汽包上下壁溫差需要多措并舉。運(yùn)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(shí)就要及時(shí)采取措施，否則到汽包上下壁溫差達(dá)到報(bào)警值再采取措施，效果就比較差。同時(shí)，加強(qiáng)管理，加大運(yùn)行