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不重视汽包壁温差,后果让你无法想象!
点击次数:93 发布时间:2022-07-08

不重视汽包壁温差,后果让你无法想象!

不重视汽包壁温差,后果让你无法想象!

不重视汽包壁温差,后果让你无法想象!

大家有没有注意到在锅炉上水过程中,如果上水温度与汽包壁温之间差值或上水速度控制不当,就很容易造成汽包壁温差过大。这是由于在锅炉上水时,水进入汽包后先与下壁接触。当水温度高于汽包壁温度时,汽包下内壁先受热,温度上升,汽包的下内壁温度高于上内壁温度,形成温差。当水温度低于汽包壁温度时,汽包下内壁先冷却,温度下降,这样汽包下内壁温度就低于上内壁温度,形成温差,当上水温度与汽包壁温度差值过大或上水速度过快时,就会造成汽包壁温差过大甚至超过规定值,这种情况下汽包各点的壁温差往往是同步变化的。锅炉启动过程中,升温和升压速度、油枪的投停及切换、制粉系统的启动时间、初始煤量的选择及启动后期升负荷速度等控制不当,也会造成汽包壁温差过大。



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。


为什么锅炉汽包温差不能超过50℃?


汽包下半部分有一定量的水,供水冷壁蒸发,上半部分是蒸汽。锅炉在停炉冷却过程中,由于汽包上半部分接触的是蒸汽,而下半部分接触的是水,所以汽包上半部分冷却速度比下半部分慢,从而汽包上下壁面产生温差。按规定,温差不得超过50度,因此这就使汽压不能急剧下降,否则会导致汽包下部分冷却过快,最终导致汽包上下温差超过50度。


为什么规定上下温差不能超过50呢?


因为温差大,会造成较大的热应力,同时停炉冷却期间汽包内压还较高,在热应力和内压的共同作用下,可能会出现超过材料许用应力的情况,就会造成汽包损坏。
锅炉点火升温期间,汽包上下部分同样也存在较大温差,也就存在较大热应力。但此时汽包内压较低,只要升温期间控制汽包上下温差不超过50度,汽包壁面应力仍会在许用范围之内。


可见,汽包在停炉冷却期间,如果压力下降太快,就会导致汽包下壁面降温过快,汽包上下壁面产生热应力比点火升温时更加危险。




受到向上的外力引起:


当受到向上外力而发生弯曲变形时,汽包上半部分受到拉伸;汽包下半部分受到压缩。原理见简图:
图片



汽包在点火升温或者停炉冷却过程中,热应力过大。


由于上半部分壁面温度大于下半部分壁面温度,汽包上半部分膨胀量大,而下半部分膨胀量小。汽包作为一个整体,这就导致上半部分受到下半部分的限制而不能充分膨胀,结果使上半部分产生了压缩。汽包下半部分在上半部分膨胀量大的影响下,会被上半部分拉伸一起膨胀,结果结果使下半部分产生了拉升。
所以:汽包上半部分受压缩,上半部分受拉伸,导致汽包向上弯曲。
可见,同是汽包向上弯曲变形的情况,一个是由外力引起,一个是由热应力引起。


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。




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。


汽包壁温差过大的危害及易发生的阶段:(仅供参考)

汽包壁温差过大的危害: 


汽包上部壁温的升高使得上壁金属欲伸长而被下部限制,因而受到轴向压应力,下部金属则受到轴向拉应力。这样 将会使汽包趋向于拱背状的变形。过大壁温差的产生,将会导 致汽包的热应力增大且上下温差越大,则应力也越大,进而导 致汽包受到损伤,减少汽包的使用寿命。 


汽包上下壁温差大易发生的阶段:


锅炉启动初期、锅炉停炉后的降温降压过程中,都是汽 包上下壁温差大易发生的阶段。不同压力下水的饱和温度并不 是线性的,低压阶段,水的饱和温度随压力变化较大,而高压 阶段,水的饱和温度随压力变化较小,因此,机组启动初期、 锅炉停炉后的降温降压过程中,应严格控制汽包压力的变化。


锅炉启动阶段汽包上下壁温差大的原因分析 锅炉启动初期,炉水温度逐渐上升,未起压前无蒸汽产 生,由于上水温度高于汽包下壁温度,导致汽包下壁温度高于 上壁温度。锅炉起压后,会产生一定的饱和蒸汽,由于饱和蒸 汽温度与汽包上壁存在温差,饱和蒸汽对汽包壁放热,且释放 汽化潜热,汽包上壁温度会逐渐高于下壁温度。随着汽包压力 的上升,饱和温度变化逐渐缓慢,汽包上壁温度也逐渐上升, 上下壁温差会逐渐减少。 




锅炉启动过程中减小汽包上下壁温差的控制措施: 


严格控制升温升压速度,特别是点火初期;逐渐增加炉 膛燃烧强度,避免大幅度增减;尽可能保持炉内燃烧的均匀。启动过程中尽可能保持前后墙燃烧强度均匀;适当进行定排, 促进炉内水循环。 


锅炉停炉后汽包壁温差大的原因分析 :


散热条件差异较大:汽包处于炉外并保温,加之热容量 较大,使汽包壁温逐步高于汽包内的水汽温度。汽包筒体上半部分一部分热量向炉外散热,一部分向汽包内部散热,一部分 向汽包下半部散热,而汽包筒体的下半部分一部分热量向炉外 散热,一部分向汽包内部散热,同时还要接受来自上半部分传 递过来的热量。


冷却方式差异较大:停炉后锅炉进入降压和冷却阶段,汽包主要靠内部工质进行冷却,由于汽包内炉水压力及对应的 饱和温度逐渐下降,汽包下壁对炉水放热,使汽包壁很快冷却,而汽包上壁与蒸汽接触,在降压过程中放热系数较低,金 属冷却缓慢,所以出现上部壁温大于下部壁温,造成温差。如降压速度越快,则温差越大,特别是当压力降到低值时,将出现较大的温差。 




锅炉停炉后放水前控制汽包壁温差大的控制措施:


1、停炉后控制通风风量与通风时间,避免锅炉急剧冷 却。锅炉熄火后保持一组送引风机运行,维持风量600t/h,充 分通风将受热面吹扫干净,吹扫15min 后停止引送风机,锅 炉负压维持以炉膛微正压为原则进行自然通风冷却。通风量偏大或通风时间长会导致汽水系统压力加速下 降,汽包内压力同步下降,汽包内汽水饱和温度也随之下降。由于汽包上下两部分散热条件的差异,不可避免地造成停炉后 汽包壁温差偏大。而且,汽压越低,饱和温度下降速度越快, 汽包壁温差的形成也加快。 
2、提高给水温度。锅炉停炉后,由于炉内温度、炉水 温度仍然很高,在锅炉上水时应将除氧器辅汽加热装置投入, 如果辅汽压力允许,除氧器水温应保持在100以上,尽量提 高给水温度,减少水温与汽包壁的温差。 
3、维持汽包在高水位运行。利用汽包高水位控制汽包 壁温差。这样做的目的是提高汽包水位,减少汽包汽侧筒体体 积,将省煤器中较汽包内水温更低的水送入汽包,一方面使汽 包内水温有所下降,另一方面平衡上下壁温差。 
4、使用机前疏水,按降压曲线进行降压。严格控制汽 包降压速度0.05MPa/min,饱和温降速度1/min,汽包上 下壁温差56,否则应减缓降压速度。具体降压速度为(约 12 小时):9.0~6.0MPa 用时1.5h;6.0~4.0MPa 用时1.5h; 4.0~3.0MPa 用时1.5h;3.0~2.0MPa 用时2h;2.0~1.0MPa 用时3.5h;1.0~0.8MPa 用时1h。 
5、及时关闭连排、加药、取样门,减少炉水外排,汽 包不得随意补、放水。 


锅炉停炉后带压放水前应具备的条件:


锅炉放水前,通知化学启动机组排水槽排污泵,投入排 水槽减温水,注意监视机组排水槽水位及温度(不超过 60)。汽包压力降至0.8MPa 时,汽包壁温降低至180左右, 汽包上下壁温差最大一点小于15(越小越好)。放水前应 逐步消除汽包上、下壁温差,保持小的温差,开始放水后汽包 上、下壁温差较难控制。 


锅炉停炉后带压放水的操作过程:


1、停运电泵,开启定排总门及各个分支一二次门、下 联箱放水手动一二次门、A侧和B侧省煤器放水门,锅炉带 压放水。当机组排水槽温度及水位能满足要求、汽包上下壁温 差也不大的情况下,尽可能加快放水速度,以便锅炉能保持足 够余热烘干残留水蒸气。 
2、当汽包压力降至0.5MPa 时,联系热控强制减温水 闭锁阀逻辑,开启过热、再热汽减温水各门,开启给水、减温 水管道各放水门,反冲洗减温水管道,并通知热控人员仪表管 放水防冻。
3、当汽包压力降至0.4MPa 时,全开主汽管道疏水门 及对空排汽电动门,加快放水速度。开启对空排汽电动门,将 使汽包内压力急剧下降,汽包内汽水温度也急剧下降,因而加 速了汽包上、下壁温差的形成,此时注意监视汽包上下壁温 差。必要时节流对空排汽门。 
4、当汽包压力降至0.1MPa 时关闭主汽管道及高旁疏水。注意监视主机背压,在主汽管道及高旁疏水关闭后,汽机 破坏真不允许再开主汽管道及高旁疏水。 
5、当汽包压力降至0,开启过热器系统全部疏水、空 气门,开启炉底加热各支门及加热联箱底部放水门放净存水。 
6、开启汽包紧急放水门、汽包至定排、汽包至定排管 道电动门、调整门、汽包各水位计放水门,放净管道内存水后 关闭上述各门。 
7、锅炉炉水放净(定排联箱放水检查门无水)后,继 续烘干4 小时,联系化学在空气门处化验确无湿气时关闭锅炉 汽水系统所有空气门、疏水、放水门(包括定排各一次门), 关闭风烟系统所有挡板,锅炉密闭。若锅炉有检修工作,可进 行强制通风冷却,降低炉内温度,为检修做 准备。


8、汽包压力到0,破坏真空,停止轴封供汽,停运辅 汽,关闭各用户供汽门。锅炉抢修需紧急冷却可采取锅炉换水的方法以降低汽包壁温差 在事故抢修时,可采取换水的方法加快冷却速度。即在 保持汽包高水位的情况下,尽量保持给水温度在100以上, 并在向锅炉上水的同时,适当依次开启锅炉定排放水,利用适 当的换水量,使锅炉不断得到冷却。对于自然循环锅炉来说,汽包是锅炉内加热、蒸发、过热这三个过程的连接枢纽。在实际操作中,只要加强调整,精心维护,控制好锅炉启动初期的升温升压、锅炉停炉后的降温 降压及防水过程,就一定能将汽包壁温差控制在规定范围内, 从而延长汽包的使用寿命。


 

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