大型鍋爐汽包壁溫差控制措施

陳濤

摘要：介紹了汽包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與作用，分析了汽包壁溫差產(chǎn)生的原因，多方面提出了有效防止汽包壁溫差增大的措施。通過采取這些措施，可以有效控制汽包壁溫在合適的范圍，保證機組的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：鍋爐汽包壁溫差溫差控制

0 引言

由于鍋爐汽包壁厚、長度值大，承受的壓力又特別高，因而機組起停過程中容易產(chǎn)生汽包內(nèi)外、上下壁溫差，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，對汽包的安全運行和壽命造成影響。所以，在機組運行過程中，有效控制汽包壁溫差十分重要。

1 汽包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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汽包內(nèi)部裝置包括三個部分，第一部分是汽水分離裝置，它的作用是減少飽和蒸汽的機械攜帶，提高蒸汽品質(zhì)，如圖為汽包的內(nèi)部簡結(jié)構(gòu)。設(shè)有中間夾層，汽水混合物于汽包兩側(cè)引入其中，防止欠熱的水與汽包壁接觸，并形成溫度均勻的汽水混合物夾層，以減少汽包壁溫差，增強汽包的運行靈活性和安全可靠性。共194只旋風(fēng)分離器分前后三排，沿汽包長度均布，以保證負(fù)荷大幅度變化使水位波動時，能有效地進行汽水分離。旋風(fēng)分離器上部斜置一級百葉窗分離器，在汽包頂部布置二級百葉窗分離器。一二級百葉窗分離器進一步分離蒸汽中的水份，使進入過熱器的干度達(dá)到99.9%以上。第二部分是蒸汽清洗裝置作用是使蒸汽通過潔凈的清洗水，利用清洗水與鍋爐水含鹽的濃度差降低蒸汽的含鹽量；第三部分是排污、加藥、事故放水等其他裝置。汽包的兩封頭和下部共有四根大直徑下降管，為了防止產(chǎn)生渦流和下降管內(nèi)帶汽，在下降管入口處設(shè)有防旋柵格，并控制下降管入口水速在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。

2 汽包的作用

2.1 汽包的作用是工質(zhì)加熱，蒸發(fā)，過熱三個過程的連接樞紐，它把下降管，飽和蒸汽管，汽水導(dǎo)管等數(shù)量眾多的管子連接在一起。

2.2 汽包中儲存有一定量的水和汽，因而具有蓄熱能力。

2.3 汽包上裝有壓力表，水位計，事故放水門，安全閥等安全附屬設(shè)備。

3 汽包產(chǎn)生上下壁溫差的原因與控制措施

3.1 由于汽包壁較厚，膨脹較慢，而連接在汽包壁上的管子壁較薄，膨脹較快，若進水溫度過高或進水速度過快，將造成膨脹不均，使焊口發(fā)生裂縫，造成設(shè)備損壞。

3.2 當(dāng)給水進入汽包時，總是與汽包下壁接觸，若給水溫度與汽包溫度差值過大，進水時速度又快，汽包的上下壁，內(nèi)外壁間將產(chǎn)生較大的膨脹差，給汽包造成較大的附加應(yīng)力，引起汽包變形，嚴(yán)重時產(chǎn)生裂縫。

3.3 鍋爐啟動前上水的時間和溫度規(guī)定，鍋爐啟動前進水速度不宜過快，一般冬季不少于4h，其它季節(jié)2~3h，進水初期尤應(yīng)緩慢。冷態(tài)鍋爐的進水溫度一般不大于100度，以使進入汽包的給水溫度與汽包壁溫度的差值不大于40度。未完全冷卻的鍋爐，進水溫度可比照汽包壁溫度，一般差值應(yīng)控制在40度以內(nèi)，否則應(yīng)減緩進水速度。

3.4 鍋爐啟動初期要嚴(yán)格控制升壓速度，由于水蒸氣的飽和溫度在壓力較低時對壓力的變化率較大，在升壓初期，壓力升高很小的數(shù)值，將使蒸汽的飽和溫度提高很多。鍋爐啟動初期，自然水循環(huán)尚不正常，汽包下部水的流速低或局部停滯，水對汽包放熱為接觸放熱，放熱系數(shù)很小，故汽包下部金屬壁溫升高不多；汽包上部因是蒸汽對汽包金屬壁的凝結(jié)放熱，故汽包上部金屬溫度較高，由此造成汽包壁溫上高下低的現(xiàn)象。由于汽包壁厚較大，而形成汽包壁溫內(nèi)高外低的現(xiàn)象，因此，蒸汽溫度的過快提高將使汽包由于受熱不均而產(chǎn)生較大的溫差熱應(yīng)力。如圖所示在鍋爐啟動過程中其下部先接受水加熱，因而溫度高于上部，當(dāng)爐點火產(chǎn)汽時，上部接受凝結(jié)放熱，使其溫度高于下部，溫差接受下圖約束，以此來保護汽包的安全，以免承受過大應(yīng)力。)

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3.5 鍋爐啟動過程中控制汽包溫差在規(guī)定范圍(40度內(nèi))。①點火前進水溫度不能過高，速度不宜過快，按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。②進水完畢，有條件時可投入底部蒸汽加熱。③嚴(yán)格控制升壓速度，特別是0~0.981MPA階段升壓速度應(yīng)不大于0.014MPA/min，升溫速度不大于1.5～2度每分。④應(yīng)定期進行對角油槍切換，直至下排四只油槍全投時，盡量使各部均勻受熱。⑤經(jīng)上述操作仍不能有效控制汽包上、下壁溫差，在接近或達(dá)到40度時應(yīng)暫停升壓，并進行定期排污，以使水循環(huán)增強，待溫度差穩(wěn)定且小于40度再進行升壓。

3.6 鍋爐啟動后期仍要控制升壓速度。此時雖然汽包上下壁溫差逐漸減小，但由于汽包比較厚，內(nèi)外壁溫差仍很大，甚至有增加的可能；另外，啟動后期汽包內(nèi)承受接近工作下的應(yīng)力，因此控制后期的升壓速度，以防止汽包壁的應(yīng)力增加。

3.7 在停爐過程中控制汽包壁溫差。在停爐過程中，因為汽包絕熱保溫層較厚，向周圍的散熱較弱，冷卻速度較慢，汽包的冷卻主要靠水循環(huán)進行，汽包上壁是飽和汽，下壁是飽和水，水的導(dǎo)熱系數(shù)比汽大，汽包下壁的蓄熱量很快傳給水，使汽包下壁溫接近于壓力下降后的飽和水溫度，而與蒸汽接觸的上壁由于管壁對蒸汽的放熱系數(shù)較小，傳熱效果較差而使溫度下降較慢，因而造成了上、下壁溫差擴大，我們做到以下幾點：①降壓速度不宜過快，汽包產(chǎn)生壁溫差在40度以內(nèi)。②停爐過程中，給水溫度不得低于140度。③停爐時為防止汽包壁溫差大，鍋爐熄火前將水進至略高于汽包正常水位，熄火后不必進水。④為了防止鍋爐急劇冷卻，熄火后6~8h內(nèi)應(yīng)關(guān)閉各空門，保持密閉，此后可根據(jù)汽包溫差不大于40度的條件，開啟煙道擋板、引風(fēng)擋板，進行自然通風(fēng)冷卻，18h后方可啟引風(fēng)機進行通風(fēng)。

3.8 熱爐放水過程，汽包上、下壁溫差最大不超過40度，當(dāng)溫差達(dá)到40度時，應(yīng)暫停放水，待溫差穩(wěn)定后，重新放水。

3.9 汽包內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用環(huán)行夾套結(jié)構(gòu)，極大減少汽包上下壁溫差。

3.10 保證鍋爐安全運行維持汽包正常和穩(wěn)定的水位，設(shè)置幾種不同功能的水位監(jiān)控表，如雙色水位計、電視監(jiān)視器、電接點水位計作水位報警用途。作為監(jiān)視上下壁溫差的溫度測點分布于下圖1所示：分別取上下平均值的差值作參考量來監(jiān)視。溫差的控制主要表現(xiàn)在飽和溫度的變化率的控制，起壓后這取決于壓力變化，而壓力控制更容易掌握。圖1溫度熱電偶上下相對，兩側(cè)靠近給水管邊。圖2是飽和溫度允許的增長率，從圖可知啟始溫升對應(yīng)111℃/h(1.85℃/min)，這相對于汽包的初始壓力和初始溫度來講，總的溫升量也是受限的。通過連排或定排來控制汽包水位，鍋爐的定排開啟受汽壓限制，若是不行則應(yīng)通過燃燒率的調(diào)整。

4 結(jié)論

汽包的熱應(yīng)力主要由汽包內(nèi)外壁溫差和上下壁溫差引起，通過采取合理的機組起動和停爐措施可以有效控制汽包壁溫在合適的范圍，從而減小熱應(yīng)力對汽包產(chǎn)生的危害，保證機組安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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