100MW 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組余熱鍋爐汽包上下壁溫差淺析

程 偉

江蘇國(guó)信高郵熱電有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225600

1 設(shè)備概況

本公司2×100 MW 級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組余熱鍋爐型號(hào)為:MHDB-6F.03-Q1,由東方菱日鍋爐有限公司生產(chǎn),余熱爐進(jìn)口煙道膨脹節(jié)直接與燃?xì)廨啓C(jī)擴(kuò)散段法蘭相連。余熱鍋爐型式為雙壓帶自除氧、無(wú)補(bǔ)燃、臥式自然循環(huán),高壓汽包水容積為22m3低壓汽包水容積56m3。余熱鍋爐額定性能參數(shù)如表1所示

2 汽包上下壁溫差的形成與危害

2.1 機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程造成的汽包上下壁溫差 機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程燃機(jī)點(diǎn)火成功后,隨著余熱鍋爐內(nèi)壓力的升高,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。雖然爐水溫度和蒸汽溫度在升溫升壓過(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速度不一樣。飽和蒸汽遇到溫度較低的汽包上壁,凝結(jié)成水,放出汽化潛熱,此種放熱屬于凝結(jié)放熱。爐水對(duì)汽包下半部的傳熱,在啟動(dòng)初期水循環(huán)還沒(méi)有完全建立時(shí),屬于自然對(duì)流換熱,其放熱系數(shù)只有凝結(jié)換熱的1/4～1/3。因此在啟動(dòng)階段,汽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。

圖1

2.2 機(jī)組停運(yùn)后造成的汽包上下壁溫差 在停爐過(guò)程中,因?yàn)槠^熱保溫層較厚,向周?chē)崴俣容^慢,一般是靠汽包內(nèi)水循環(huán)進(jìn)行,汽包上壁是飽和蒸汽下壁是飽和水,水的導(dǎo)熱系數(shù)大于蒸汽,下壁金屬的熱量很快被水帶走,而上壁對(duì)蒸汽的放熱系數(shù)較小,傳熱效果差使溫度下降較慢。

2.3 汽包上下壁溫差帶來(lái)的危害 汽包上部壁溫高,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,這種變形形成較大的附加熱應(yīng)力,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致汽包變形產(chǎn)生裂縫。如圖2所示

圖2

3 汽包上下壁溫差的控制

3.1 啟動(dòng)階段的溫差控制

3.1.1 控制上水溫度及速度:冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)鍋爐進(jìn)水溫度不要超過(guò)100℃,汽包上水溫度與汽包壁溫度差值不大于40℃。對(duì)于低壓汽包采取邊加熱邊上水的方式,使低壓給水充分混合加熱,將熱量均勻傳遞給低壓汽包內(nèi)壁,減小上下溫差。高壓汽包采用上水預(yù)熱的方式,將汽包壁溫預(yù)先加熱到一定溫度,然后將水放掉,重新上水,在燃機(jī)點(diǎn)火以后通過(guò)開(kāi)大緊急放水加大高壓汽包上半部放水以及適當(dāng)對(duì)蒸發(fā)器底部排污,同時(shí)補(bǔ)充溫度較高的給水,加強(qiáng)汽包內(nèi)水循環(huán)強(qiáng)度,加快汽包下壁溫升高,

3.1.2 控制汽包內(nèi)升壓速度:燃機(jī)點(diǎn)火成功后,高壓汽包內(nèi)起壓速度很快,可達(dá)到0.13～0.15MPa/min,隨著汽包內(nèi)壓力的升高,對(duì)應(yīng)的飽和溫度升高速度也很快,上下壁面溫差很快拉大。目前通過(guò)以下三種控制手段來(lái)進(jìn)行調(diào)整:將水位控制在偏高位置+100mm 減少上部蒸汽體積空間；打開(kāi)過(guò)熱器出口排空氣閥減緩汽包壓力上漲速度；當(dāng)蒸汽達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)后再將過(guò)熱器出口電動(dòng)門(mén)打開(kāi),避免打開(kāi)過(guò)早造成主蒸汽流量過(guò)大,引起上壁面溫度上升過(guò)快。

3.2 停爐階段的溫差控制

3.2.1 停爐后上水至高水位:燃機(jī)停機(jī)熄火后,將高低壓汽包上水至高三值,減少鍋爐內(nèi)蒸汽體積空間,同時(shí)將高低壓汽水系統(tǒng)所有放水排污電動(dòng)閥、手動(dòng)閥關(guān)閉,減少由于閥門(mén)內(nèi)漏造成的水位下降,關(guān)閉煙氣擋板,進(jìn)行燜爐保溫保壓。

3.2.2 及時(shí)啟動(dòng)給水泵對(duì)汽包補(bǔ)水:目前該廠高壓汽包水位下降較快,造成上下壁溫差較大,運(yùn)行人員應(yīng)在溫差30℃左右時(shí),及時(shí)對(duì)汽包補(bǔ)水,減緩汽包溫差增大的趨勢(shì)。

3.3 帶壓放水

3.3.1 帶壓放水操作注意事項(xiàng):余熱鍋爐停運(yùn)后一般會(huì)要求將爐水放掉烘干受熱面,保護(hù)爐內(nèi)各金屬受熱面不被腐蝕以及為爐內(nèi)檢修創(chuàng)造條件。低壓系統(tǒng)一般要求0.3—0.5MPa時(shí)帶壓放水,放水一般要求水溫降到80℃后才允許將鍋筒內(nèi)的水放空。這是因?yàn)?水溫較高就放水,爐內(nèi)溫度還較高,爐墻及受熱面金屬還畜積一定熱量,放水后蒸發(fā)器內(nèi)沒(méi)有工質(zhì)冷卻,使壁溫升高,且溫升是不均勻的,對(duì)蒸發(fā)器安全不利。另外,水溫較高就放水,水會(huì)汽化產(chǎn)生一部分蒸汽,導(dǎo)致?lián)p失部分工質(zhì),對(duì)管道震動(dòng)也有影響。高壓系統(tǒng)在0.5—0.8MPa時(shí)就放水,這樣可加快降壓冷卻速度,放水后能使受熱面管內(nèi)的水膜蒸干,對(duì)防止腐蝕有利。但壓力較高就放水,可能還會(huì)出現(xiàn)汽包上、下壁溫差,這是帶壓放水需特別注意的問(wèn)題。

3.3.2 帶壓放水的操作步驟

1.機(jī)組停運(yùn)后,將高、低壓汽包補(bǔ)水至高水位,待燃機(jī)惰走結(jié)束投入連續(xù)盤(pán)車(chē)運(yùn)行后,關(guān)閉煙道擋板,余熱鍋爐悶爐。

2.鍋爐在帶壓放水前,應(yīng)維持高壓、低壓高水位(高II值以上),并注意監(jiān)視汽包上、下壁溫金屬溫度平均溫差小于50℃,最大不得超過(guò)65℃,如因閥門(mén)內(nèi)漏汽包水位不能維持,應(yīng)及時(shí)關(guān)閉內(nèi)漏閥門(mén)前手動(dòng)門(mén),如果隔離無(wú)效則可以通過(guò)啟動(dòng)高壓給水泵小流量補(bǔ)水維持高水位。

3.當(dāng)?shù)蛪浩鼔毫χ?.4MPa時(shí)開(kāi)啟低壓汽包啟動(dòng)放水、低壓汽包連續(xù)排污進(jìn)行放水,當(dāng)水位不再下降時(shí)開(kāi)啟低壓蒸發(fā)器底部排污手動(dòng)門(mén)、低壓省煤器排污手動(dòng)門(mén)。當(dāng)?shù)蛪浩鼔毫χ?.2MPa時(shí)開(kāi)啟低壓系統(tǒng)所有無(wú)壓放水閥和低壓過(guò)熱器出口對(duì)空排氣閥。

4.當(dāng)高壓汽包壓力下降至0.8MPa時(shí),開(kāi)啟高壓汽包啟動(dòng)放水、高壓汽包連續(xù)排污進(jìn)行放水,當(dāng)水位不再下降時(shí)開(kāi)啟高壓蒸發(fā)器底部排污手動(dòng)門(mén)、高壓省煤器排污手動(dòng)門(mén)。當(dāng)高壓汽包壓力至0.2MPa時(shí)開(kāi)啟高壓系統(tǒng)所有無(wú)壓放水閥和高壓過(guò)熱器出口對(duì)空排氣閥。

5.放水結(jié)束后,打開(kāi)煙道擋板；

6.鍋爐受熱面烘干不低于4小時(shí),正常放水結(jié)束后8小時(shí)后關(guān)閉高、低壓系統(tǒng)所有疏放水及放空氣門(mén)。

3.4 系統(tǒng)優(yōu)化:自然循環(huán)鍋爐啟動(dòng)初期汽水循環(huán)動(dòng)力不足,是造成上下壁溫大的主要原因?？赏ㄟ^(guò)對(duì)高壓汽包蒸發(fā)器引入底部加熱管道,增強(qiáng)蒸發(fā)器內(nèi)換熱效果,快速提高汽包內(nèi)下部水溫,進(jìn)一步減小上下壁溫差。