余熱鍋爐汽包壁溫差控制策略

蔣 剛

(中海油阜寧熱電有限責(zé)任公司， 江蘇 阜寧 224400)

1 概述

從余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[1]闡述余熱鍋爐汽包上、下壁溫差產(chǎn)生原因。以杭州東方凌日鍋爐集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的雙壓、無(wú)再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自身除氧MHDB-6F.03-Q1型自然循環(huán)余熱鍋爐為例。

1.1 自然循環(huán)鍋爐結(jié)構(gòu)形式引起溫差

汽包、下降管、蒸發(fā)器中水是靠蒸發(fā)器和下降管中汽水密度差形成水動(dòng)力循環(huán)，如圖1所示。燃?xì)廨啓C(jī)排出高溫?zé)煔饬鹘?jīng)蒸發(fā)器，加熱蒸發(fā)器中飽和水，飽和水吸收熱量后汽化產(chǎn)生飽和蒸汽，完成介質(zhì)相變。蒸發(fā)器和下降管都與汽包連接。蒸發(fā)器中介質(zhì)為飽和水和飽和蒸汽的混合物，密度小；下降管中介質(zhì)是飽和水，密度大。重力差形成驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)汽包、下降管、蒸發(fā)器的水循環(huán)。飽和蒸汽的熱能高于飽和水，飽和水的溫度和飽和蒸汽的溫度一致，飽和蒸汽上升至汽包過(guò)程中飽和水、飽和蒸汽沒(méi)有溫差，無(wú)熱交換。

圖1 汽包、蒸發(fā)器、下降管結(jié)構(gòu)圖

高溫?zé)煔饬鹘?jīng)蒸發(fā)器，汽包給水溫度低，需要汽化潛熱大，蒸發(fā)器產(chǎn)生蒸汽量少，汽水混合物密度大，汽包、下降管、蒸發(fā)器無(wú)法建立水循環(huán)，汽包上部為飽和蒸汽，下部為欠飽和水。余熱鍋爐啟動(dòng)是加熱過(guò)程，汽包內(nèi)的水為欠飽和狀態(tài)，啟動(dòng)初期沒(méi)有建立水循環(huán)，對(duì)汽包下壁加熱效果差，汽包上、下壁就形成溫差。

1.2 汽包快速升壓引起溫差

燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)完成，汽包、下降管、蒸發(fā)器水循環(huán)建立。燃?xì)廨啓C(jī)快速升負(fù)荷，排入余熱鍋爐熱量急劇增加，蒸發(fā)器產(chǎn)生大量的飽和蒸汽，快速提高汽包壓力，提高了蒸發(fā)器中水的汽化潛熱。余熱鍋爐省煤器布置在蒸發(fā)器后，汽包補(bǔ)充水為欠飽和水，吸收熱量，溫度不會(huì)升高，汽包下壁沒(méi)有得到加熱。蒸發(fā)器中產(chǎn)生蒸汽，由于壓力升高，飽和溫度提升，汽包蒸汽溫度升高，對(duì)汽包上壁放熱，加熱汽包上壁。因此，汽包上、下壁形成溫差。

1.3 汽包啟動(dòng)水位高引起溫差

啟動(dòng)初期，水循環(huán)未建立，啟動(dòng)水位過(guò)高，升溫升壓速率不匹配，汽包蓄熱容量過(guò)大，水循環(huán)建立慢，致使只有汽包上壁得到加熱，產(chǎn)生溫差。

1.4 汽包上水時(shí)機(jī)不對(duì)引起溫差

燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)前，汽包完成沖洗后進(jìn)行汽包上水操作。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前，要求余熱鍋爐內(nèi)不得殘留可燃?xì)怏w，需要進(jìn)行爐膛吹掃，一般時(shí)長(zhǎng)為10 min左右。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前，需要進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)清吹，冷卻了蒸發(fā)器中的水，增大了水的蓄熱容量，延長(zhǎng)了汽包水循環(huán)的建立，增大汽包壁溫差。

燃?xì)廨啓C(jī)快速變動(dòng)負(fù)荷后，鍋爐由于其結(jié)構(gòu)、操作等因素引起汽包壁溫差超限，產(chǎn)生安全隱患。

2 案例分析

2.1 系統(tǒng)概述

以南方某燃?xì)鉄犭姀S(chǎng)為例，燃?xì)廨啓C(jī)采用GE 6F.03機(jī)組，余熱鍋爐采用杭州東方凌日鍋爐集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的MHDB-6F.03-Q1型鍋爐。為簡(jiǎn)化布置，汽包、下降管、蒸發(fā)器均采用爐膛內(nèi)置。

2.2 異常現(xiàn)象

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)[2]，汽包上、下壁溫度變化如圖2所示，汽包上、下壁溫差變化如圖3所示，時(shí)間始點(diǎn)對(duì)應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)啟動(dòng)令。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)啟動(dòng)令前，為加快余熱鍋爐啟動(dòng)速度，鍋爐汽包上水采用輔助蒸汽投爐底加熱和除氧加熱。圖2、圖3均對(duì)應(yīng)同一變化過(guò)程。

語(yǔ)言是人們?nèi)粘＝浑H中的基本工具，更是反映當(dāng)下社會(huì)現(xiàn)狀以及文化價(jià)值的載體。語(yǔ)言作為一面鏡子，也能夠深刻地折射出當(dāng)代國(guó)民對(duì)文化價(jià)值的取向以及當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展特征。從社會(huì)心理語(yǔ)言學(xué)的角度看，當(dāng)代大學(xué)生流行語(yǔ)不僅能反映大學(xué)生為人處世的態(tài)度，且能折射出大學(xué)生語(yǔ)言模仿心理、好奇心理、宣泄壓力心理及幽默的審美心理等。當(dāng)前，大學(xué)生流行語(yǔ)已成為大學(xué)校園文化的一個(gè)重要組成部分，其對(duì)塑造大學(xué)生良性的內(nèi)在心理，促進(jìn)和諧的職業(yè)發(fā)展及優(yōu)化創(chuàng)新能力等具有十分重要的意義。

圖2 汽包上、下壁溫度變化

圖3 汽包上、下壁溫差變化

以圖2時(shí)間軸零點(diǎn)即燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)啟動(dòng)令開(kāi)始計(jì)時(shí)，GE 6F.03燃?xì)廨啓C(jī)清吹10 min后降速點(diǎn)火，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度升高，余熱鍋爐升溫升壓。

燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前，汽包已完成上水，投爐底加熱，提高給水溫度，發(fā)啟動(dòng)令前汽包上壁溫91 ℃，下壁溫58 ℃，上、下壁溫差為33 ℃。 燃?xì)廨啓C(jī)清吹，蒸發(fā)器遇冷散熱，圖2中汽包下壁放熱比上壁快，圖3中壁溫差開(kāi)始平緩上升。燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火，排氣溫度350～600 ℃，蒸發(fā)器開(kāi)始受熱，產(chǎn)生蒸汽，鍋爐冷態(tài)，蓄熱[3]容量大，產(chǎn)生蒸汽無(wú)法形成水循環(huán)，汽包下部水沒(méi)有循環(huán)，溫度沒(méi)有升高，蒸汽溫度隨壓力上升，不斷升高，加熱汽包上壁。圖3中汽包上、下壁溫差快速攀升，汽包、下降管、蒸發(fā)器建立水循環(huán)，汽包內(nèi)的水開(kāi)始升溫，對(duì)汽包下壁放熱，汽包上、下壁溫差開(kāi)始下降。汽包內(nèi)水溫度達(dá)到飽和溫度，汽包下壁傳熱最低，汽包上、下壁溫差最低。

余熱鍋爐采用自然循環(huán)，汽包本身結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程會(huì)產(chǎn)生壁溫差。影響壁溫差幅值因素有汽包初始上、下壁溫和汽包水循環(huán)建立速率、汽包升溫升壓速率。

2.3 減少上、下壁溫差措施

機(jī)組調(diào)試期間，運(yùn)行人員通過(guò)提前預(yù)熱給水，減少汽包熱慣性，加快建立汽包水循環(huán)；增設(shè)汽包壁溫差速率指標(biāo)，加強(qiáng)監(jiān)視報(bào)警，優(yōu)化汽包升溫升壓控制程序等策略控制汽包上、下壁溫差。

控制汽包壁溫差在安全限值內(nèi)，加快建立汽包水循環(huán)，設(shè)置合理的汽包升溫升壓速率。快速建立汽包水循環(huán)可以通過(guò)提高汽包內(nèi)介質(zhì)溫度和初始上、下壁溫，降低汽包蓄熱容量。

采取控制措施后，上、下壁溫和上、下壁溫差變化如圖4、圖5所示。

圖4 采取措施后汽包上、下壁溫度變化

圖5 采取措施后汽包上、下壁溫差變化

提前預(yù)熱給水，提高汽包內(nèi)介質(zhì)溫度。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)，給汽包上水同時(shí)投入爐底加熱，控制汽包上水速率，逐步提高給水溫度， 增大爐底加熱量， 燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火前持續(xù)提供爐底加熱，控制汽包下壁溫高于70 ℃，上、下壁溫差控制在10 ℃以?xún)?nèi)，如圖4、圖5所示。

如圖4所示，快速建立汽包水循環(huán)。為實(shí)現(xiàn)鍋爐平緩升溫升壓，燃?xì)廨啓C(jī)采用空負(fù)荷運(yùn)行模式，燃?xì)廨啓C(jī)排入鍋爐的熱量穩(wěn)定，快速建立水循環(huán)，汽包蓄熱容量不能大，即熱慣性要小，汽包內(nèi)介質(zhì)水位維持低位且水溫高于80 ℃。

增設(shè)汽包上、下壁溫差速率參數(shù)，增加汽包升溫升壓控制邏輯。運(yùn)行規(guī)程中規(guī)定汽包上、下壁溫差控制在50 ℃。汽包上、下壁溫差40 ℃且壁溫差速率為正向3 ℃時(shí)，汽包會(huì)打開(kāi)對(duì)空排氣閥或打開(kāi)汽輪機(jī)旁路閥，暫停升壓。當(dāng)汽包上、下壁溫差小于35 ℃或壁溫差速率為負(fù)向，緩慢提升汽包壓力至汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)蒸汽參數(shù)。

余熱鍋爐投爐底加熱，提高汽包上、下壁溫度；降低汽包啟動(dòng)水位，減少汽包熱慣性，加快建立汽包內(nèi)水循環(huán)；優(yōu)化汽包升溫升壓控制邏輯等控制措施，可將汽包上、下壁溫差嚴(yán)格控制在40 ℃，汽包水循環(huán)建立快。余熱鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中將汽包上、下壁溫差控制在50 ℃合格限內(nèi)，如圖5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

文章詳細(xì)闡述自然循環(huán)余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是造成汽包上、下壁溫差超限原因。通過(guò)提前預(yù)熱給水，減少汽包熱慣性，加快建立汽包水循環(huán)；增設(shè)汽包壁溫差速率指標(biāo)，加強(qiáng)監(jiān)視報(bào)警，優(yōu)化汽包升溫升壓控制程序等策略，有效防止汽包上、下壁溫差超限的發(fā)生。余熱鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，保證上、下壁溫差不超限，實(shí)現(xiàn)了控制目標(biāo)。