100MW 燃氣-蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐汽包上下壁溫差淺析

程 偉

江蘇國信高郵熱電有限公司 江蘇 揚州 225600

1 設備概況

本公司2×100 MW 級燃氣-蒸汽聯合循環發電機組余熱鍋爐型號為:MHDB-6F.03-Q1,由東方菱日鍋爐有限公司生產,余熱爐進口煙道膨脹節直接與燃氣輪機擴散段法蘭相連。余熱鍋爐型式為雙壓帶自除氧、無補燃、臥式自然循環,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如表1所示

2 汽包上下壁溫差的形成與危害

2.1 機組啟動過程造成的汽包上下壁溫差 機組啟動過程燃機點火成功后,隨著余熱鍋爐內壓力的升高,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程中基本相同,但是由于蒸汽和爐水對汽包上下壁的放熱系數不同,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,凝結成水,放出汽化潛熱,此種放熱屬于凝結放熱。爐水對汽包下半部的傳熱,在啟動初期水循環還沒有完全建立時,屬于自然對流換熱,其放熱系數只有凝結換熱的1/4～1/3。因此在啟動階段,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 機組停運后造成的汽包上下壁溫差 在停爐過程中,因為汽包絕熱保溫層較厚,向周圍散熱速度較慢,一般是靠汽包內水循環進行,汽包上壁是飽和蒸汽下壁是飽和水,水的導熱系數大于蒸汽,下壁金屬的熱量很快被水帶走,而上壁對蒸汽的放熱系數較小,傳熱效果差使溫度下降較慢。

2.3 汽包上下壁溫差帶來的危害 汽包上部壁溫高,有膨脹的趨勢,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力,而下半部在上半部膨脹的影響下被拉伸,而承受拉伸應力。汽包將會產生向上拱起的變形,這種變形形成較大的附加熱應力,嚴重時導致汽包變形產生裂縫。如圖2所示

圖2

3 汽包上下壁溫差的控制

3.1 啟動階段的溫差控制

3.1.1 控制上水溫度及速度:冷態啟動時鍋爐進水溫度不要超過100℃,汽包上水溫度與汽包壁溫度差值不大于40℃。對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壁,減小上下溫差。高壓汽包采用上水預熱的方式,將汽包壁溫預先加熱到一定溫度,然后將水放掉,重新上水,在燃機點火以后通過開大緊急放水加大高壓汽包上半部放水以及適當對蒸發器底部排污,同時補充溫度較高的給水,加強汽包內水循環強度,加快汽包下壁溫升高,

3.1.2 控制汽包內升壓速度:燃機點火成功后,高壓汽包內起壓速度很快,可達到0.13～0.15MPa/min,隨著汽包內壓力的升高,對應的飽和溫度升高速度也很快,上下壁面溫差很快拉大。目前通過以下三種控制手段來進行調整:將水位控制在偏高位置+100mm 減少上部蒸汽體積空間；打開過熱器出口排空氣閥減緩汽包壓力上漲速度；當蒸汽達到沖轉參數后再將過熱器出口電動門打開,避免打開過早造成主蒸汽流量過大,引起上壁面溫度上升過快。

3.2 停爐階段的溫差控制

3.2.1 停爐后上水至高水位:燃機停機熄火后,將高低壓汽包上水至高三值,減少鍋爐內蒸汽體積空間,同時將高低壓汽水系統所有放水排污電動閥、手動閥關閉,減少由于閥門內漏造成的水位下降,關閉煙氣擋板,進行燜爐保溫保壓。

3.2.2 及時啟動給水泵對汽包補水:目前該廠高壓汽包水位下降較快,造成上下壁溫差較大,運行人員應在溫差30℃左右時,及時對汽包補水,減緩汽包溫差增大的趨勢。

3.3 帶壓放水

3.3.1 帶壓放水操作注意事項:余熱鍋爐停運后一般會要求將爐水放掉烘干受熱面,保護爐內各金屬受熱面不被腐蝕以及為爐內檢修創造條件。低壓系統一般要求0.3—0.5MPa時帶壓放水,放水一般要求水溫降到80℃后才允許將鍋筒內的水放空。這是因為,水溫較高就放水,爐內溫度還較高,爐墻及受熱面金屬還畜積一定熱量,放水后蒸發器內沒有工質冷卻,使壁溫升高,且溫升是不均勻的,對蒸發器安全不利。另外,水溫較高就放水,水會汽化產生一部分蒸汽,導致損失部分工質,對管道震動也有影響。高壓系統在0.5—0.8MPa時就放水,這樣可加快降壓冷卻速度,放水后能使受熱面管內的水膜蒸干,對防止腐蝕有利。但壓力較高就放水,可能還會出現汽包上、下壁溫差,這是帶壓放水需特別注意的問題。

3.3.2 帶壓放水的操作步驟

1.機組停運后,將高、低壓汽包補水至高水位,待燃機惰走結束投入連續盤車運行后,關閉煙道擋板,余熱鍋爐悶爐。

2.鍋爐在帶壓放水前,應維持高壓、低壓高水位(高II值以上),并注意監視汽包上、下壁溫金屬溫度平均溫差小于50℃,最大不得超過65℃,如因閥門內漏汽包水位不能維持,應及時關閉內漏閥門前手動門,如果隔離無效則可以通過啟動高壓給水泵小流量補水維持高水位。

3.當低壓汽包壓力至0.4MPa時開啟低壓汽包啟動放水、低壓汽包連續排污進行放水,當水位不再下降時開啟低壓蒸發器底部排污手動門、低壓省煤器排污手動門。當低壓汽包壓力至0.2MPa時開啟低壓系統所有無壓放水閥和低壓過熱器出口對空排氣閥。

4.當高壓汽包壓力下降至0.8MPa時,開啟高壓汽包啟動放水、高壓汽包連續排污進行放水,當水位不再下降時開啟高壓蒸發器底部排污手動門、高壓省煤器排污手動門。當高壓汽包壓力至0.2MPa時開啟高壓系統所有無壓放水閥和高壓過熱器出口對空排氣閥。

5.放水結束后,打開煙道擋板；

6.鍋爐受熱面烘干不低于4小時,正常放水結束后8小時后關閉高、低壓系統所有疏放水及放空氣門。

3.4 系統優化:自然循環鍋爐啟動初期汽水循環動力不足,是造成上下壁溫大的主要原因。可通過對高壓汽包蒸發器引入底部加熱管道,增強蒸發器內換熱效果,快速提高汽包內下部水溫,進一步減小上下壁溫差。