锅炉设备在启动过程中的安全性分析

黄丽莎

[摘要] 本文作者探讨了锅炉在启动过程中水冷壁，过热器，再热器，汽包等都需要保护。现结合罗定电厂135MW自然循环汽包炉在启动过程中遇到的问题进行分析。

[关键词] 启动锅炉过热器汽包安全性发电厂

1、汽包

1.1汽包是自然循环锅炉中的重要组成部件，其主要作用

1.1.1工质加热，蒸发，过热三个过程的连接枢纽，同时做为一个平衡容器，保持水冷壁中汽水混合物流动所需压头。

1.1.2容有一定数量的水和汽，加之汽包本身的质量很大，因此有相当的蓄热量，在锅炉工况变化时，能起缓冲，稳定汽压的作用。

1.2起汽水分离和净化蒸汽品质的作用

罗定电厂汽包材料为BHW35钢，内径为φ1600mm，壁厚：95mm，全长：14110mm。重62600㎏，其冷脆温度为≦35℃。汽包在冷态启动中容易出现上下壁温差拉大的情况，一般要求上下汽包壁温差≦40℃，然而汽包上下温差越大，则应力也越大。汽包上部壁温的升高使得上壁金属欲伸长而被下部限制，因而受到轴向压应力，下部金属则受到轴向拉应力。这样将会使汽包趋向于拱背状的变形。过大壁温差的产生，将会导致汽包的热应力增大，进而导致汽包受到损伤，减少汽包的使用寿命。所以在启动过程中要严格控制好，防止汽包壁温拉大，具体措施：

1.2.1投炉底蒸汽加热，加热过程应缓慢进行，控制升温速度。

1.2.2点火后根据情况对角投入油枪，（升炉中按先投后停，对角投入的原则及时切换油枪）调整引，送风量力求使炉膛四周水冷壁均匀受热。

1.2.3严格控制上水温度，冷态时上水温度控制在60-90℃，进水至点火水位时间要求：夏季不少于2小时，冬季不少于4小时。

1.2.4在点火后如果汽包壁温拉大，可以适当提高汽包水位，开大各定排手动分门加强定排，加大炉水换水量，尽快建立水循环。

1.2.5严格控制从点火到升压需要的时间60-90分钟。升温升压应该缓慢进行，升压速度控制＜0.1Μpa/分钟。饱和温度上升速度要求＜1.5℃/分钟。

1.2.6炉水加热过程中汽包水位升高可以通过开启事故放水门将水放放至正常水位。

1.2.7每隔30分钟记录汽包壁温一次，监视汽包上下壁温差最大不超过40℃，发现壁温差有超限趋势时应及时采取措施加以消除，可关小加热门来控制加热速度。（投入底部加热时要充分暖箱，暖管，注意各参数的变化，防止出现管道振动）。

2、水冷壁

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。罗定电厂锅炉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℃。但在启动过程中会出现水冷壁并联管热偏差，主要原因启动过程中，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。并且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。所有在启动过程中要尽快建立水循环，具体方法为：

2.1在点火初期投入一定量的燃料，加强水冷壁吸热量，以降低水冷壁管壁内的工质密度。

2.2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。

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：

2.2.1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。

2.2.2冷却能力差。在启动过程中鍋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。

2.3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。

2.4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。

2.5水塞疏通条件：并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。

3.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。罗定电厂全大屏过热器和后屏过热器及一级高温过热器采用12CrMoVG和12CrMoVTi钢，侧包墙过热器，后包墙过热器，顶棚过热器采用２０Ｇ．再热器采用12CrMoVG和15CrMoVG及SA-213T91钢。

3.1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管壁金属超温。严格限定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，主要通过蒸汽冷却受热面的方法保护过热器，限制蒸汽升温率。罗定电厂汽轮机冲转前，过热器蒸汽排放通过Ⅰ，Ⅱ旁路系统，排入凝汽器。并且在启动初期过热器系统各级疏水阀开启。通过过热器出口疏水阀可疏掉积水，还可排放蒸汽。在过热汽温达到４００以上时关闭疏水，这样可以避免蒸汽短路降低了受热面的冷却能力。  

3.2再热器启动保护。

罗定电厂再热器的保护主要是过热器通过旁路系统向再热器通汽；通过Ⅰ级旁路系统冷却过热器，蒸汽排到再热器。通过Ⅱ旁路系统冷却再热器。还可以开启再热器各级疏水阀以疏掉积水和暖管加快蒸汽流通速度来保护再热器。还可以通过烟气旁路挡板的开度来保护再热器管壁温度不超限。

罗定电厂过热器和再热器还配了Ⅰ，Ⅱ减温器在必要时可以通过适量的减温水控制壁温。  

3.3省煤器启动保护

3.3.1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。

3.3.2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。

3.4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

3.4.1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；

3.4.2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。