鍋爐設備在啟動過程中的安全性分析

黃麗莎

[摘要] 本文作者探討了鍋爐在啟動過程中水冷壁，過熱器，再熱器，汽包等都需要保護。現結合羅定電廠135MW自然循環汽包爐在啟動過程中遇到的問題進行分析。

[關鍵詞] 啟動鍋爐過熱器汽包安全性發電廠

1、汽包

1.1汽包是自然循環鍋爐中的重要組成部件，其主要作用

1.1.1工質加熱，蒸發，過熱三個過程的連接樞紐，同時做為一個平衡容器，保持水冷壁中汽水混合物流動所需壓頭。

1.1.2容有一定數量的水和汽，加之汽包本身的質量很大，因此有相當的蓄熱量，在鍋爐工況變化時，能起緩沖，穩定汽壓的作用。

1.2起汽水分離和凈化蒸汽品質的作用

羅定電廠汽包材料為BHW35鋼，內徑為φ1600mm，壁厚：95mm，全長：14110mm。重62600㎏，其冷脆溫度為≦35℃。汽包在冷態啟動中容易出現上下壁溫差拉大的情況，一般要求上下汽包壁溫差≦40℃，然而汽包上下溫差越大，則應力也越大。汽包上部壁溫的升高使得上壁金屬欲伸長而被下部限制，因而受到軸向壓應力，下部金屬則受到軸向拉應力。這樣將會使汽包趨向于拱背狀的變形。過大壁溫差的產生，將會導致汽包的熱應力增大，進而導致汽包受到損傷，減少汽包的使用壽命。所以在啟動過程中要嚴格控制好，防止汽包壁溫拉大，具體措施：

1.2.1投爐底蒸汽加熱，加熱過程應緩慢進行，控制升溫速度。

1.2.2點火后根據情況對角投入油槍，（升爐中按先投后停，對角投入的原則及時切換油槍）調整引，送風量力求使爐膛四周水冷壁均勻受熱。

1.2.3嚴格控制上水溫度，冷態時上水溫度控制在60-90℃，進水至點火水位時間要求：夏季不少于2小時，冬季不少于4小時。

1.2.4在點火后如果汽包壁溫拉大，可以適當提高汽包水位，開大各定排手動分門加強定排，加大爐水換水量，盡快建立水循環。

1.2.5嚴格控制從點火到升壓需要的時間60-90分鐘。升溫升壓應該緩慢進行，升壓速度控制＜0.1Μpa/分鐘。飽和溫度上升速度要求＜1.5℃/分鐘。

1.2.6爐水加熱過程中汽包水位升高可以通過開啟事故放水門將水放放至正常水位。

1.2.7每隔30分鐘記錄汽包壁溫一次，監視汽包上下壁溫差最大不超過40℃，發現壁溫差有超限趨勢時應及時采取措施加以消除，可關小加熱門來控制加熱速度。（投入底部加熱時要充分暖箱，暖管，注意各參數的變化，防止出現管道振動）。

2、水冷壁

水冷壁是蒸發設備循環回路中的受熱面，它直接受到爐膛內火焰的輻射傳熱。羅定電廠鍋爐水冷壁都為膜式結構，管間剛性連接，不允許有相對位移，故鄰管之間的溫差會產生很大的的熱應力。水循環不良造成管間流量偏差以及水冷壁熱偏差都會造成鄰管間的溫差。為了限制膜式水冷壁熱應力，鄰管間的工質溫差不允許超過50℃。但在啟動過程中會出現水冷壁并聯管熱偏差，主要原因啟動過程中，燃料投入量少，燃燒常集中在爐膛局部地區，火焰偏離爐膛中心，或直接沖涮水冷壁，這些問題加重了水冷壁并聯管熱負荷偏差。并且自然循環鍋爐水冷壁具有重位壓頭為主的熱偏差特性，熱負荷小的偏差管子流量小，可能發生蒸干傳熱惡化。啟動過程中應十分注意水冷壁屏間、管間的熱負荷均勻性。所有在啟動過程中要盡快建立水循環，具體方法為：

2.1在點火初期投入一定量的燃料，加強水冷壁吸熱量，以降低水冷壁管壁內的工質密度。

2.2啟動初期保持較低的水冷壁工質壓力，有利于提高運動壓頭。

過熱器與再熱器受熱面壁溫：過熱器與再熱器在啟動過程中很可能發生受熱面金屬溫度超過其 材料的許用溫度（簡稱‘超溫）和波動現象。其原因在下面分析：

2.2.1設計壁溫接近材料地許用溫度限值。過熱器、再熱器管壁金屬溫度在鍋爐各受熱面中為最高，制造設計時為提高鍋爐機組的經濟性采用的金屬溫度常接近材料的需用溫度限值。

2.2.2冷卻能力差。在啟動過程中鍋爐利用熱量一部分用于加熱鍋爐金屬、爐墻等，使其逐步達到某一工況下的穩定溫度，另一部分用于加熱鍋水、產生蒸汽和過熱蒸汽。因此，鍋爐產汽量與受熱面管內蒸汽流量低于正常工況下燃料量相應的水平。過熱器與再熱器受熱面靠管內壁對蒸汽放熱來冷卻，其放熱系數α2正比于蒸汽流速的0.8次方，因而啟動過程中過熱器和再熱器蒸汽對受熱面的冷卻能力低于正常工況受熱面金屬與工質之間的溫差大于 正常值，很可能發生‘超溫現象。

2.3熱偏差大。啟動過程中過熱器與再熱器熱偏差比正常運行時為大。在燃燒方面常有爐膛溫度分布不均勻、火焰位置可能較高、爐內上升氣流速度分布不均引起的出口煙溫不均、煙速不均等，這些都使過熱器、再熱器熱偏差加大。啟動過程中常用噴水減溫器調節汽溫，但這時蒸汽流量小，減溫水在蒸汽中氣化差，可能引起蒸汽夾帶水份進入分配集箱，造成流量分配不均，引起熱偏差。

2.4鍋爐水壓試驗或化學清洗受熱面時，會使過熱器與再熱器積水；鍋爐停運，蒸汽在過熱器與再熱器內冷凝結成水而形成積水。立式蛇形管過熱器與再熱器內的積水是不可能用放水的方法疏掉的，啟動初期積水形成水塞，阻礙蒸汽暢流，受熱面得不到足夠的冷卻，并由于水柱波動引起管壁金屬溫度波動。

2.5水塞疏通條件：并聯管積水常是不均均的，有的管子積水多，形成高水柱，有的管子積水少，水柱低。在通流量不足時，部分積水少的管子被疏通，而積水多的管子仍處于水塞狀態。遙疏通水塞管子必須使已疏通的管子的進口壓差大于水塞慣的水柱阻力。過熱器與再熱器在沒有達到疏通流量之前，部分管子可能處于水塞狀態，此時應限制過熱器與再熱器的進口煙溫，并注意管壁超溫。

3.過熱器與再熱器的啟動保護

過熱器與再熱器的啟動保護就是在啟動過程中限制過熱器與再熱器受熱面金屬溫度，防止‘超溫，控制各部分的熱應力變化，減少壽命損耗。羅定電廠全大屏過熱器和后屏過熱器及一級高溫過熱器采用12CrMoVG和12CrMoVTi鋼，側包墻過熱器，后包墻過熱器，頂棚過熱器采用２０Ｇ．再熱器采用12CrMoVG和15CrMoVG及SA-213T91鋼。

3.1過熱器啟動保護。過熱器未達到疏通蒸汽流量時用限制進口煙溫的方法防止受熱面管壁金屬超溫。嚴格限定過熱器進口煙溫應低于受熱面金屬的許用溫度限值，并考慮熱偏差必須有一定的余度。過熱器流量超過通流流量后，主要通過蒸汽冷卻受熱面的方法保護過熱器，限制蒸汽升溫率。羅定電廠汽輪機沖轉前，過熱器蒸汽排放通過Ⅰ，Ⅱ旁路系統，排入凝汽器。并且在啟動初期過熱器系統各級疏水閥開啟。通過過熱器出口疏水閥可疏掉積水，還可排放蒸汽。在過熱汽溫達到４００以上時關閉疏水，這樣可以避免蒸汽短路降低了受熱面的冷卻能力。??

3.2再熱器啟動保護。

羅定電廠再熱器的保護主要是過熱器通過旁路系統向再熱器通汽；通過Ⅰ級旁路系統冷卻過熱器，蒸汽排到再熱器。通過Ⅱ旁路系統冷卻再熱器。還可以開啟再熱器各級疏水閥以疏掉積水和暖管加快蒸汽流通速度來保護再熱器。還可以通過煙氣旁路擋板的開度來保護再熱器管壁溫度不超限。

羅定電廠過熱器和再熱器還配了Ⅰ，Ⅱ減溫器在必要時可以通過適量的減溫水控制壁溫。??

3.3省煤器啟動保護

3.3.1給水除氧，啟動初期除氧器至少維持0.02MPa（表壓）除氧壓力，并補充化學除氧。

3.3.2連續給放水，在啟動過程中用連續給水維持省煤器的最低流速。當鍋爐產汽量小于連續給水量時，要放掉部分鍋水，以維持汽包正常水位。這種方法簡單可靠，但工質和熱量損失較大。有的鍋爐適當降低連續給水量，補充限制省煤器進口煙溫來保護省煤器的安全運行（如：超高壓鍋爐）。尾部受熱面防腐蝕：尾部受熱面壁溫等于或低于煙氣露點溫度時就會發生受熱面的低溫腐蝕和粘結性積灰。在啟動過程中，由于以下原因尾部受熱面就可能發生低溫腐蝕：啟動時排煙溫度低，尾部受熱面壁溫低；給水溫度低使省煤器壁溫低；鍋爐點火及30％MCR以下負荷時燃燒重油，一般燃油含硫量高，煙氣露點溫度高。

3.4在啟動過程中防止尾部受熱面低溫腐蝕的措施一般有以下幾點

3.4.1提高除氧器壓力，及早投入高壓加熱器等以提高給水溫度和省煤器壁溫；

3.4.2采用熱風循環和暖風器，以提高空氣預熱器入口風溫和受熱面壁溫。