燃機啟機過程中汽包產(chǎn)生上下壁溫差的原因與處理

袁智勇

摘 要： 在工業(yè)發(fā)展的過程中最不可缺少的資源之一就是電力資源，在當前的國際上燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)這一發(fā)電形式應用廣泛，由于其本身具有非常高的發(fā)電效率，建設周期相對于較短，操作方便進而被大力推廣。本文就燃機啟機過程中汽包產(chǎn)生上下壁溫差的原因與處理進行探討。

關鍵詞： 燃機；汽包；溫差；處理措施

現(xiàn)階段我國要求在發(fā)展經(jīng)濟的時候必須要做到保護環(huán)境，不能以消耗環(huán)境來換取經(jīng)濟發(fā)展，為此我國的工業(yè)在進行發(fā)展的過程中，始終以環(huán)境保護作為大前提，余熱鍋爐是燃機電廠最主要的部件之一，由于其本身具有排放無煙塵，所排放的SO2和NOX也相對于少，為此在實際工作中大力地去發(fā)展燃機余熱鍋爐對于我國現(xiàn)階段電力資源的發(fā)展都有著極大的意義。而汽包是余熱鍋爐是重要的設備之一，發(fā)現(xiàn)其在啟機過程中產(chǎn)生上下壁溫差的問題進行分析和解決，使燃機技術能夠更好的應用在工業(yè)發(fā)展中。

1 氣包造成上下溫差的因素與危害

氣包是工質加熱、蒸發(fā)、過熱三道工序的紐帶，其主要的作用集中在連接下降管、蒸汽管、導水管等管道。氣包中大量存在的物質是水和氣體，基于此，氣包能夠存儲大量的熱量。

（1）如果說氣包進入到給水管，那么此時其接觸到的是汽包的下壁。在給水溫度與汽包的溫度相差較大的情況之下，同時給水的速率又較快，那么汽包的上下兩壁就會產(chǎn)生體積差值，從而對汽包帶來較大的附加作用力，嚴重的情況下會造成汽包的畸變與裂縫。

（2）汽包的上下兩壁具有一定的厚度，在發(fā)生形變的時候速度較慢，但是，和汽包壁相連接的管子壁相對較為薄，在發(fā)生形變的時候速度較快。若給水溫度與汽包溫度差值過大或進水速度過快，將造成膨脹不均，使焊口發(fā)生裂縫，造成設備損壞。

（3）在燃氣機組啟動的過程中，一旦燃氣機運行之后，那么鍋爐內的氣泡就會產(chǎn)生壓力。爐水與蒸汽的溫度隨著汽包的溫度升高而升高。爐水加熱汽包的上半部分，蒸汽加熱汽包的下半部分。盡管來說爐水與蒸汽對汽包的加熱效果基本等效，但是它們對汽包的上下壁的加熱系數(shù)有差別，這樣一來就會使得汽包的上下壁溫度上升的速度有差別。蒸汽對汽包的加熱方式屬于凝結類型放熱，放熱系數(shù)可以達到7000W/（m2.℃）。爐水對汽包的加熱方式屬于傳遞類型加熱，在溫升初期屬于自然對流方式，上述類型的加熱系數(shù)僅僅為凝結型加熱方式的1/4～1/3，這樣一來就使得汽包上下壁產(chǎn)生較大的溫度差，也就是常說的內高外低現(xiàn)象。蒸汽對汽包加熱的速度過快致使汽包受熱不均勻，隨著加熱速度的不斷加快，上述不均勻程度也隨之增加。

（4）汽包上臂的溫度快速上升致使上部的金屬的伸展性受到汽包下壁的限制，這樣一來上壁金屬就會受到一定的軸向壓應力，下壁金屬就會受到一定的軸向拉應力，最終使得汽包的形變趨向于供背狀。由于上下兩壁的溫度差值較大，最終使得汽包的熱應力也在不斷的增大，最終使得氣泡損傷，致使氣泡的使用壽命大大的縮短。

2 汽包上下壁溫差大有以下特點

目前我國各電廠運行手冊中都明確規(guī)定鍋爐運行過程中汽包上下壁溫差不能超過40℃。而我廠得機務運行規(guī)程中，規(guī)定高壓汽包上下壁溫差<30℃，中壓汽包上下壁溫差<50℃，低壓汽包上下壁溫差<50℃。統(tǒng)計2016年10月至2017年3月期間的兩套機組的每次啟機過程，發(fā)生汽包上下壁溫差大有以下特點：

（1）低壓汽包不發(fā)生汽包上下壁溫差大。

（2）中壓汽包在冷態(tài)、溫態(tài)啟動時發(fā)生汽包上下壁溫差大，發(fā)生概率為100%，熱態(tài)啟動則不發(fā)生。中壓汽包在發(fā)生汽包上下壁溫差大時，最大汽包上下壁溫差能達到55～58℃。

（3）高壓汽包在冷態(tài)啟動時發(fā)生汽包上下壁溫差大時（發(fā)生概率為100%），最大汽包上下壁溫差能達到73～86℃。高壓汽包在溫態(tài)啟動時發(fā)生汽包上下壁溫差大（發(fā)生概率為100%），最大汽包上下壁溫差能達到68～86℃。高壓汽包在熱態(tài)啟動時發(fā)生汽包上下壁溫差大（發(fā)生概率為92.9%），最大汽包上下壁溫差一般介于34～48℃，但有兩次最大溫差分別為70/77℃。

（4）#4鍋爐高壓汽包在停爐后時如上水水位低于400mm以上，在停運期間，高壓汽包水位逐漸下降，會出現(xiàn)汽包上下壁溫差大。

（5）熱態(tài)啟動狀況下，在啟動前對高壓汽包補水，可能導致汽包上下壁溫差大，因取自低壓汽包的高壓給水溫度低于高壓汽包下壁溫度。

（6）高壓汽包上下壁溫差大一般在燃機點火后發(fā)生，在燃機并網(wǎng)一段時間后消失，持續(xù)時間最長可超過50分鐘。

3 冷態(tài)啟動過程中出現(xiàn)溫差過大處理措施

燃機余熱鍋爐在進行燃機余熱鍋爐升溫、升壓的時候其本身最關鍵的因素就是就是燃機余熱鍋爐的鍋筒壁的厚度，在這以型號中的燃機余熱鍋爐其本身的鍋筒壁的厚度為46mm。根據(jù)我國相關的電力規(guī)范了解到，在應用燃機余熱鍋爐的實施其中鍋爐在啟動的過程中，要求鍋筒的上下壁其本身的溫度不可以超過所規(guī)定的50 ℃，然而在實際工作的過程中可以發(fā)現(xiàn)，在進行燃機余熱鍋爐的冷態(tài)啟動時，經(jīng)常會出現(xiàn)燃機余熱鍋爐的最大壁溫在短時間內達到60～80 ℃，其本身遠遠超過了我國的國家規(guī)范，以及其本身所規(guī)定的要求。經(jīng)常反復的使用就會導致鍋筒的兩端壁溫差出現(xiàn)的越來越大，并且十分容易造成鍋筒的壁面出現(xiàn)超溫，燃機余熱鍋爐也會由于經(jīng)常受到溫差的應力作用進而出現(xiàn)受損的問題。

在實際應用的過程中，如果想要真正的解決好這一問題可以讓燃機余熱鍋爐在進行運行的時候將其本身的燃機負荷進行降低，因為在實際應用的時候可以發(fā)現(xiàn)，燃機在進行排煙的時候其本身的溫度會隨著燃機本身的負荷增加而不斷地增加，為此維持燃機在運行的是處在穩(wěn)定且負荷值較小的情況，對于燃機余熱鍋爐的使用來說是非常有效的，可以延長燃機余熱鍋爐的使用壽命。在多數(shù)情況下在使用燃機余熱鍋爐可以將負荷設置到降低的35MW，同時將排煙的溫度維持在370 ℃左右。在進行燃機余熱鍋爐的使用過程中還需要注意到的就是盡可能的將鍋爐煙氣擋板開到最大，這樣可以保證燃機余熱鍋爐在使用的過程中其自身的受熱面煙氣流暢且均勻，從根本上可以降低鍋筒壁出現(xiàn)的溫差。

4控制汽包產(chǎn)生上下壁溫差的措施

（1）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，進水初期尤應緩慢。汽包上下壁溫差應控制在規(guī)定值以內，否則應減緩進水速度。

（2）停爐時為防止汽包壁溫差大，應將高壓汽包水位上至400mm以上。

（3）進水完畢，有條件時可投入高壓蒸發(fā)器底部蒸汽加熱（即使是熱態(tài)啟動）。

（4）溫差的控制主要表現(xiàn)在飽和溫度的變化率的控制，汽包起壓后這取決于壓力變化，因此鍋爐啟動初期要嚴格控制升壓速度，特別是0～1MPa階段升壓速度應不大于0.014MPa/min，一般規(guī)定汽包內飽和溫度的溫升速度不超過1～1.5℃。因此必要時可以手動開大高、中壓旁路閥，降低高、中壓汽包升壓速度。燃機并網(wǎng)初期，升負荷不要太快，帶負荷不要過高。

（5）經(jīng)上述操作仍不能有效控制汽包上、下壁溫差，在接近或達到規(guī)定值時應暫停升壓，并進行定期排污，以使水循環(huán)增強，待溫度差穩(wěn)定且小于規(guī)定值時再進行升壓。

（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，內外壁溫差仍很大，甚至有增加的可能；另外，啟動后期汽包內承受接近工作下的應力。因此控制后期的升壓速度，以防止汽包壁的應力增加。

5 結語

在燃機啟動過程中，必須結合實際以及相關的解決方法對其問題進行快速的解決，提高燃機余熱鍋爐自身的使用壽命。只有這樣保證機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

參考文獻

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