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锅炉受热面在启动过程中的安全性

2020-03-09


  一、水冷壁水循环:

  水冷壁是蒸发设备循环回路中的受热面,它直接受到炉膛内火焰的辐射传热。在启动时,循环回路中处在炉外的部件,如汽包、集箱、下降管等,靠工质循环对流对其加热。

  水冷壁都为膜式结构,管间刚性连接,不允许有相对位移,故邻管之间的温差会产生很大的的热应力。水循环不良造成管间流量偏差以及水冷壁热偏差都会造成邻管间的温差。为了限制膜式水冷壁热应力,邻管间的工质温差不允许超过50℃。

  水冷壁是蒸发受热面,正常时为核态沸腾,放热系数α2很大,约为11x103~16x103W/(m2.℃),管壁金属温度与工质温度很接近,略高于工质温度。但是,发生膜态沸腾传热时,放热系数大幅度下降,壁温迅速升高,称为膜态传热恶化。蒸发面可能发生两类沸腾传热恶化,第一类沸腾传热恶化发生在核态沸腾区,称为偏离核态沸腾(DNB),其特点是热负荷很高,发生偏离核态沸腾时的热负荷称为临界热负荷。蒸汽干度增大则临界热负荷下降。第二类沸腾传热恶化发生在环状流动后期含水不足区液膜蒸干或破裂处,称为蒸干传热恶化(DO)。发生蒸干传热恶化时的蒸汽干度称为临界干度。锅炉启动过程中如果水循环不正常,个别水冷壁可能含水不足而蒸干,发生蒸干传热恶化。

  水冷壁并联管热偏差:

  启动过程中,燃料投入量少,燃烧常集中在炉膛局部地区,火焰偏离炉膛中心,或直接冲涮水冷壁,这些问题加重了水冷壁并联管热负荷偏差。自然循环锅炉水冷壁具有重位压头为主的热偏差特性,热负荷小的偏差管子流量小,可能发生蒸干传热恶化。启动过程中应十分注意水冷壁屏间、管间的热负荷均匀性。

  建立水循环的方法:

  启动过程中及早建立稳定的水循环是安全启动的重要目标。

  自然循环锅炉点火前汽包水位以下空间贮存静止状态的锅水。点火后,水冷壁中锅水温度逐渐上升。达到沸点后,部分锅水汽化,形成汽水混合物。在这个过程中,水冷壁管内工质密度逐渐减小,运动压头逐渐增大。运动压头用于克服循环回路的流动阻力,使工质流动。当运动压头大于流动阻力时,工质进行进行加速流动,动力压头等于流动阻力时为稳定流动。

  二、可采用以下方法在启动过程中增大运动压头:

  1、锅炉点火后就投入一定量的燃料,加强水冷壁吸热量,以降低水冷壁管壁内的工质密度。

  2、启动初期保持较低的水冷壁工质压力,有利于提高运动压头。因为:低压时饱和水的焓值较小,水冷壁管中的水升至饱和温度所需要的热量较小;一定质量含汽率的汽水混合物焓值在压力较低时较小,水冷壁吸热量相同时低压可产生较多的蒸汽,汽水混合物密度较低,运动压头增大;低压时饱和温度低,金属蓄热量少,水冷壁吸热可更多地用于产生蒸汽;在相同地质量含汽率下,低压汽水混合物地密度小于高压汽水混合物地密度。

  3、借用邻炉蒸汽接入水冷壁下集箱,加热水冷壁中的锅水,待起压后再点火。经邻炉加热后,水循环建立早而稳定,汽包上下壁温差下降,并且蒸汽进入过热器有利于保护过热器。

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  三、过热器与再热器受热面壁温:

  过热器与再热器在启动过程中很可能发生受热面金属温度超过其材料的许用温度(简称''超温'')和波动现象。其原因在下面分析:

  1、设计壁温接近材料地许用温度限值。过热器、再热器管壁金属温度在锅炉各受热面中为最高,制造设计时为提高锅炉机组的经济性采用的金属温度常接近材料的需用温度限值。

  2、冷却能力差。在启动过程中锅炉利用热量一部分用于加热锅炉金属、炉墙等,使其逐步达到某一工况下的稳定温度,另一部分用于加热锅水、产生蒸汽和过热蒸汽。因此,锅炉产汽量与受热面管内蒸汽流量低于正常工况下燃料量相应的水平。过热器与再热器受热面靠管内壁对蒸汽放热来冷却,其放热系数α2正比于蒸汽流速的0.8次方,因而启动过程中过热器和再热器蒸汽对受热面的冷却能力低于正常工况受热面金属与工质之间的温差大于正常值,很可能发生''超温''现象。

  3、热偏差大。启动过程中过热器与再热器热偏差比正常运行时为大。在燃烧方面常有炉膛温度分布不均匀、火焰位置可能较高、炉内上升气流速度分布不均引起的出口烟温不均、烟速不均等,这些都使过热器、再热器热偏差加大。启动过程中常用喷水减温器调节汽温,但这时蒸汽流量小,减温水在蒸汽中气化差,可能引起蒸汽夹带水份进入分配集箱,造成流量分配不均,引起热偏差。

  4、锅炉水压试验或化学清洗受热面时,会使过热器与再热器积水;锅炉停运,蒸汽在过热器与再热器内冷凝结成水而形成积水。立式蛇形管过热器与再热器内的积水是不可能用放水的方法疏掉的,启动初期积水形成水塞,阻碍蒸汽畅流,受热面得不到足够的冷却,并由于水柱波动引起管壁金属温度波动。

  水塞疏通条件:

  联管积水常是不均均的,有的管子积水多,形成高水柱,有的管子积水少,水柱低。在通流量不足时,部分积水少的管子被疏通,而积水多的管子仍处于水塞状态。遥疏通水塞管子必须使已疏通的管子的进口压差大于水塞惯的水柱阻力。

  过热器与再热器在没有达到疏通流量之前,部分管子可能处于水塞状态,此时应限制过热器与再热器的进口烟温,并注意管壁超温。

  四、过热器与再热器的启动保护:

  过热器与再热器的启动保护就是在启动过程中限制过热器与再热器受热面金属温度,防止''超温'',控制各部分的热应力变化,减少寿命损耗。

  1、过热器启动保护。过热器未达到疏通蒸汽流量时用限制进口烟温的方法防止受热面金属超温。此时,过热器进口烟温应低于受热面金属的许用温度限值,并考虑热偏差必须有一定的余度。过热器流量超过通流流量后,主要用通汽冷却受热面的方法保护过热器,限制蒸汽升温率。汽轮机冲转前,过热器蒸汽排放的途径决定与机组系统。配置大旁路的系统,蒸汽通过大旁路排入凝汽器。有两级旁路的系统,蒸汽通过Ⅰ级旁路、再热器、Ⅱ级旁路排入凝汽器。无旁路系统的机组,蒸汽通过过热器出口集箱上的向空排汽阀排入大气。启动初期过热器系统各级疏水阀开启。过热器出口疏水阀可疏掉积水,还可排放蒸汽。过热器其它各级疏水主要用来疏去积水,待积水疏尽后应及时关闭,避免蒸汽短路降低了受热面的冷却能力。主汽阀前疏水可疏掉积水,还可对主蒸汽管暖管,该疏水阀在汽轮机冲转后就关闭。汽轮机冲转后,过热器系统疏水阀都应关闭,旁路系统用于平衡锅炉产汽量与汽轮机用汽量之间的差额,级锅炉产汽量供给汽轮机后的多余部分通过旁路排入凝汽器。

  2、再热器启动保护。配置大旁路或过热器小旁路系统的机组,汽轮机冲转前无蒸汽通过再热器,再热器处于干烧状态,用限制进口烟温的方法保护再热器。具有下列系统的机组,再热器在汽轮机冲转前可选取通汽冷却受热面的保护方法:两级旁路系统,过热器通过旁路系统向再热器通汽;Ⅰ级旁路系统,再热器出口有向空排汽阀或大型疏水管至凝汽器,过热蒸汽通过Ⅰ级旁路、再热器、再热器出口排汽阀排放大气,或由再热器出口疏水管排入凝汽器。汽轮机冲转后,再热器主要通过通汽冷却受热面的保护方法。再热器处于干烧状态时,应开启再热器各级疏水阀以疏掉积水和暖管。再热器通汽后沿蒸汽流程先后逐级关闭疏水阀,再热器末端疏水阀应在暖管结束后关闭。如果再热器蒸汽通流量小于疏通流量或冷却受热面的能力不足时,应同时限制进口烟温。

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  壁温检测。初次投运的锅炉机组,应在过热器与再热器受热面的最高计算温度点装置壁温测点,在启动过程中进行检测。通过对壁温数据的分析,及时调整启动工况,保护受热面。检测过热器与再热器壁温调整启动工况的原则是在受热面金属不超温的前提下尽力减少工质和热量损失,缩短启动时间,获得最佳启动工况。

  五、尾部受热面安全启动条件:

  省煤器与空预器统称未尾部受热面。尾部受热面安全启动条件有以下几方面:

  1、省煤器受热面不发生''超温''和产生过大的波动热应力。

  2、省煤器内壁不发生腐蚀。

  3、尾部受热面烟气侧不发生低温腐蚀和积灰。

  4、防止尾部受热面二次燃烧。

  六、省煤器启动保护:

  1、给水除氧,启动初期除氧器至少维持0.02MPa(表压)除氧压力,并补充化学除氧。

  2、连续给放水,在启动过程中用连续给水维持省煤器的最低流速。当锅炉产汽量小于连续给水量时,要放掉部分锅水,以维持汽包正常水位。这种方法简单可靠,但工质和热量损失较大。有的锅炉适当降低连续给水量,补充限制省煤器进口烟温来保护省煤器的安全运行(如:超高压锅炉)。

  尾部受热面防腐蚀:

  尾部受热面壁温等于或低于烟气露点温度时就会发生受热面的低温腐蚀和粘结性积灰。在启动过程中,由于以下原因尾部受热面就可能发生低温腐蚀:启动时排烟温度低,尾部受热面壁温低;给水温度低使省煤器壁温低;锅炉点火及30%MCR以下负荷时燃烧重油,一般燃油含硫量高,烟气露点温度高。

  七、在启动过程中防止尾部受热面低温腐蚀的措施一般有以下几点:

  1、提高除氧器压力,及早投入高压加热器等以提高给水温度和省煤器壁温;

  2、采用热风循环和暖风器,以提高空气预热器入口风温和受热面壁温。

  

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