母管制锅炉停炉壁温差的控制探讨

吴永翔

母管制锅炉停炉壁温差的控制探讨

吴永翔

(攀钢能源动力中心，四川攀枝花，617000)

通过对现场操作的分析，总结了母管制锅炉停炉过程中的注意事项，解决了停炉过程中壁温差的控制问题，确保了锅炉的运行安全。

壁温差;压降;水位;母管制

1 前言

攀枝花攀钢钒能源动力中心中压蒸汽系统共有8台中温中压锅炉，锅炉额定蒸汽压力3.82 MPa，额定蒸汽温度450益，8台锅炉采用母管制方式运行，锅炉与汽轮机相对独立。锅炉设计为煤气、煤粉四角切换混烧、自然循环锅炉，其中130 t/h锅炉汽包直径1692伊46mm，由20G制成，筒身长8600 mm，全长10044 mm，汽包水位在中线下150 mm，汽水水压试验水容积20 m3，正常运行水容积8 m3。

锅炉停炉的壁温差控制一直是现场控制的难点，实际运行中壁温差有时高达70益以上，严重威胁着锅炉的运行安全，导致锅炉泄漏，倒停炉频繁，2012年全年倒停炉达到28次。本文通过对现场操作的分析，总结了母管制锅炉停炉过程中的注意事项，解决了停炉过程中壁温差的控制问题，确保了锅炉的运行安全。

2 母管制锅炉停炉过程壁温差产生原因

停炉过程中，因为汽包隔热保温层较厚，向周围散热较弱，冷却速度较慢，汽包的冷却主要在水循环。汽包内部上部分为蒸汽，下部分是饱和水，水的导热系数比蒸汽大，汽包下部的蓄热很快传递给水，使汽包下壁温度接近当时压力下的饱和水温度。而蒸汽接触的上壁温度由于管壁对蒸汽的放热系数小，传热小而使温度下降较慢，因而造成了上、下壁温差扩大，造成汽包壁承受过大应力，容易产生裂纹，缩短了使用寿命。

另一方面，母管制锅炉的停炉过程中，首先要进行锅炉与母管的解列操作。在解列时，锅炉对空排气门全开。造成后期锅炉放汽率较大，压降速率较快，汽包饱和水温度以及下壁温度快速下降，导致壁温差的进一步扩大，是母管制锅炉停炉过程中产生正壁温差较大的主要原因。

因此，为控制母管制锅炉壁温差的扩大，应从减小下壁温度的下降速度方面入手。

3 控制对策研究

3.1 中压锅炉停炉操作现状研究

母管制锅炉停炉的常规操作是先将锅炉与蒸汽母管解列，其次是灭火降压、停炉，其主要操作步骤如图1。

图1 130t/h锅炉停炉主要操作步骤流程图

从图1可以看出，结合现场实际操作经验，在整个停炉操作过程中，导致汽包壁温差大的主要因素有以下几方面的因素。

（1）在实际操作过程中，为缩短倒停炉时间，降负荷过快，导致壁温差初期过高，灭火前壁温差可到30益左右，导致后期壁温差超过40益，甚至最高达到70益。

（2）停炉前正常水位，降压过程中由于汽包排空汽门全开，汽水损失较大，岗位人员为控制水位，导致系统补水频繁。一方面系统补水温度一般在100益或者130益左右，远低于停炉时汽包内蒸汽温度250益；另一方面锅炉灭火后，汽水循环减缓，频繁的补水加剧了汽包内汽水的扰动，导致蒸发加剧，加快了下壁温度的下降。.

（3）岗位人员考虑锅炉运行安全，担心系统超压，锅炉与母管解列后将对空排气门全开，导致系统压降过快，一般在20~30 min，汽包压力由正常是3.8 MPa左右下降至0，压降速率达到0.12~0.19 MPa/min，远远超过了锅炉允许的压降速率要求。对空排汽门全开，导致系统蒸汽压力下降较快，汽包饱和温度急剧下降，。

（4）锅炉灭火后，因考虑煤气系统运行安全，必须在煤气管道吹扫合格后停运送吸风机，导致灭火后由较长时间的强制通风。若插板阀不严最长可达8 h以上，导致系统散热较快，壁温差扩大。

综上所述，导致母管制锅炉停炉壁温差大的主要因素是停炉前壁温差过大，降压过程中补水频繁，压降率过快，强制通风时间较长等因素，在实际操作中，导致壁温差可到70益以上，远超过标准40益的要求。

3.2 控制措施

结合现场的实际操作情况，总结出以下几方面的操作注意事项，可有效的控制住汽包壁温差：3.2.1灭火前的壁温差控制

锅炉停炉过程中，随着汽包压力的下降，因水空间水的饱和温度随着压力下降而快速下降，汽空间下降速度相对较慢，因此停炉过程中一般出现正壁温差。

即使按照规定的压降速率0.05~0.11 MPa/min降压，汽包壁温差仍会有15~20益左右的上升。因此为控制整个停炉过程的壁温差，在锅炉灭火前，应尽量控制汽包壁温差在20益以内。为控制初期壁温差应注意在锅炉灭火前降负荷阶段要缓慢，从120 t/h降低至解列前40 t/h时间应控制在0.5 h以上，且水位平稳上升，避免水位大幅度变动等措施来实现。

3.2.2 控制灭火前的汽包水位控制

锅炉给水温度在130益左右，灭火前若汽包水位过低，将导致降压过程中频繁补水，扰动加剧了水空间的换热，导致下壁温快速下降，汽包壁温差扩大。汽包压力对应饱和温度变化见图2。

从图2可知，当汽包压力下降至0.3 MPa左右时，汽包饱和温度方在130益左右，与给水温度接近。因此压力下降过程中，压力降低至0.3 MPa之前，应做到尽量减少补水，甚至不补水，因此灭火闷炉前应将汽包水容积尽量控制在高位。

图2 饱和压力与温度变化对照图

（1）汽包最小水容积计算

锅炉在停炉过程中，由于疏水门、空气门等不可能全部关闭严密，不可避免的泄漏损失。损失量可从锅炉正常运行中给水量，蒸汽量的差值计算得出，计算公式如下：

正常运行中中心130 t/h锅炉汽水损失10 m3/h左右，根据伯努利方程，在流通面积不变的情况下，泄漏量与压力的平方成正比，随着压力的下降，锅炉汽水系统泄漏率会逐渐降低，则：

因此压降到0.3 MPa时泄漏量为：

其中t2=0，t1=（3.82-0.3）/0.05=70 min，可得整个过程损失量大约为：

Q损=4.16 m3

整个降压过程中，确保水位均值正常水位（检测值0 mm）以上，3.8~0.3 MPa压降期间不补水（水位0mm以上），灭火前汽包水容积至少应为：

V水=8+Q损=12.16 m3

(2)灭火前补水控制

中心130 t/h锅炉均无高水位计，高水位无法监控，一旦补水过多，将造成过热器进水，危及过热器运行安全，在无高水位计的锅炉，补水时间可按照下面方法估算。

按照130 t/h锅炉汽包容积20 m3，正常运行检测0水位在中心线下-150 mm（水位计显示0 mm），将汽包简化看做圆柱体，如图3。

图3 汽包检测与实际水位关系示意图

由图3可知，汽包简化为圆柱体，其汽空间体积与截面积成正比，汽空间截面积为：

则汽空间体积为：

检测水位与实际水位中心水位有如下关系：

有（5）、（6）、（7）式可得：

V汽=V总伊（arc cos（H/R）/180毅伊3.14R2-H伊SQRT（R2-H2））/（3.14R2）

实际操作过程中，为便于补水时间、补水量控制，灭火前可通过水位计观察将水位上至汽包中心线位置，即h检测=150 mm，则H=0，可得：

V水=V汽=10 m3

则汽包水容积与补水时间，补水量的关系为：

其中补水量是可控制的，按照50 t/h补水，则：

考虑安全性，补水不进入过热器，以及压降过程中的最小水容积，则V汽应在12.16~20 m3之间，由水位+150 mm开始2.6~12 min。为确保过热器运行安全，该补水量下一般补水时间控制在5~7 min。实践证明是可行的，未出现补水进入过热器现象。

3.3 锅炉压降速率的控制

锅炉压降速率锅炉过快，不仅会导致汽包壁温差的扩大，影响汽包的使用寿命。同时，各受热面也会承受较大应力，影响和受热面的使用寿命，特别是焊缝处容易产生泄漏。因此，控制锅炉压降速率在停炉过程中非常重要。锅炉与蒸汽母管解列后，一般蒸汽压力在3.4~3.5 MPa左右，锅炉汽压保护安全阀动作为3.93 MPa具有一定的缓冲空间。因此，在锅炉灭火后可将锅炉对空排气门缓慢关闭，经试验验证，热电站130 t/h锅炉一般在3.2 MPa时，就可将对空排气门关完，以降低锅炉压降速率，减小汽包壁温差。

在实际操作充对空排气门的关闭需参照汽包压力的变化，只要汽包压力不上升，就可继续关闭，直至关完，采用“闷炉”降压的方式，以减缓压力下降速度，达到均衡降压的目的。经验证，对空排气门全关后，锅炉汽压从3.0 MPa下降至0 MPa时间在1~ 1.5 h之间，压降速率达到了0.05 MPa/min的要求，不仅有利于汽包壁温差的控制，同时对减缓了受热面的应力变化，延长个受热面的使用寿命，对减少泄漏次数有积极的作用。

3.4 减少强制通风时间，降低压降速率

经过实际观察，影响强制通风时间较长的主要因素在于煤气系统吹扫，一旦吹扫不合格，吹扫时间长，导致送吸风机运行时间较长，长的可到8h以上。根据实际操作过程，在锅炉降负荷过程中锅炉煤粉、高炉煤气基本解列完毕，仅剩点火焦炉煤气再运行。锅炉灭火前，高炉煤气、燃用焦炉煤气解列后，应立即安排人员分别进行相应的系统吹扫，以减少煤气系统吹扫时间。锅炉灭火后，仅进行点火焦炉煤气系统吹扫，可较大程度上缩短送吸风机运行时间。

停炉8~10 h后可根据当前的汽包上、下壁温差和内、外壁温差情况决定是否进行自然通风,如果温差不大时可打开空预器入口烟门、引风机进、出口门进行自然通风。

另外,如汽包压力在0.5~0.8 MPa时需进行带压放水,应检查汽包上、下壁温差<40益,打开定排各放水门、省煤器各方水门进行快速放水,当汽包压力降至0.2 MPa以下时开汽包空气门,将炉水放尽,利用余热进行烘干。当然,在锅炉停炉后,无特殊情况均应采用正常冷却,汽压降至0再开启定排各放水门、省煤器各方水门和汽包空气门,将炉水放尽。

3.5 减少烟风系统泄漏，延迟通风

停炉8~10 h后可根据当前的汽包上、下壁温差和内、外壁温差情况决定是否进行自然通风,如果温差不大时可打开空预器入口烟门、引风机进、出口门和引风机动叶进行自然通风。如需紧急冷却可在汽包壁温任何两点温差不超过32益时,在停炉18 h后,启动一台引风机通风冷却,当省煤器出口烟温<50益时,停止引风机运行;若汽包壁温任意两点温差>32益时,应停止快冷。另外,如汽包压力在0.5~0.8 MPa时需进行带压放水,应检查汽包上、下壁温差<35益,打开定排各放水门、省煤器各方水门进行快速放水,当汽包压力降至0.2 MPa以下时开汽包空气门,将炉水放尽,利用余热进行烘干。当然在锅炉停炉后，无特殊情况均应采用正常冷却,汽压降至0再开启定排各放水门、省煤器各方水门和汽包空气门，将炉水放尽。

3.6 其他方面

为便于停炉过程的安全，需要在控制系统上增设锅炉压降速率的参数监控，并设相应的报警值，以达到提醒岗位人员的作用。

其次，锅炉对空排气门的功能应进行完善，应具有开、关、停的功能，以便实现岗位人员在操作过程中对汽包压力的安全控制，防止锅炉超压。

4 结论

综上所述，为控制母管制锅炉停炉壁温差，在停炉过程中，应注意以下方面的操作：

(1)初期降负荷阶段，控制降负荷速度，控制降负荷时间在30 min以上，兼顾壁温差不超过20益，可适当加快。解列紧急放水门联锁，将汽包水位平稳提高水位至+100耀+150 mm之间。

(2)锅炉与母管解列后，灭火前10 min内，控制汽包水位在+100耀+150 mm之间后快速将锅炉水位上至高水位，上水量按照50 t/h控制，上时间按照5~7 min。

(3)在锅炉灭火后应将对空排气门关回，关闭过程中兼顾压力变化，确认压力不上水。尽量控制压力下降至3.2 MPa之前，锅炉对空排气门全关，采用闷炉降压，减缓降压速度。

(4)灭火后尽快停运送、吸风机、缩短锅炉强制通风时间，并检查锅炉人孔门、看火孔等，确认严密关闭。

5 结束语

通过以上对策的实施，改变了以往停炉过程的习惯性操作，能有效的避免锅炉汽包壁温差的扩大，并控制锅炉停炉过程壁温差在40益以内，延迟汽包的使用寿命，并减少锅炉的泄漏频率。

A Discussion on the Control of Wall Temperature Difference during Shutdown of Header Piping Boilers

Wu Yongxiang
(The Energy Power Center of Panzhihua Iron and Steel Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617000,China)

Through analysis of site operation,attention points during shutdown of head原er piping boilers were summed up and the control problem of wall temperature difference during shutdown of the boilers was solved,which ensured the operation safety of the boilers.

wall temperature difference;pressure drop;water level;header piping system

TK229

B

1006-6764（2014）10-0037-04

2014-06-12

吴永翔(1967-)，男，大学本科学历，热力工程师，现从事热能动力生产运行及技术管理工作。