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解读锅炉停炉后汽包壁温差控制方法

来源: 中国计量测试学会温度专业委员会 更新日期:2011年09月29日

  HG220/9.8-YM10型锅炉汽包外径1800mm,壁厚100mm,筒身长约11m,材质为19Mn6。锅炉停炉后,按运行规程规定,熄火6h后可自然通风,熄火10h后可开引风机强制通风(如有检修则为8h);主汽压力降至0.5MPa转入加热保养,主汽压力降至0.2MPa开过热器各空气门。据此进行停炉后有关操作时,锅炉汽包壁温差常大于40℃,甚至高达100℃以上,严重威胁汽包的运行安全。停炉后出现的最大汽包壁温差值统计见表1。

  1、停炉后汽包壁温差偏大的原因分析

  1.1内在原因

  (1)汽包汽压、汽温下降锅炉在停炉熄火后,炉墙及炉外水汽管道仍不断地散热,同时由于风烟系统各风门普遍关不严,以及各看火孔、打焦孔、人孔门及除渣系统等均存在不同程度的漏风,使锅炉烟风系统存在一定程度的通风而对汽水系统进行冷却,使其温度逐步下降,汽压随之降低。

  (2)汽包上、下半部分的散热条件差异较大停炉后汽水系统的压力和温度下降,而汽包处于炉外并保温,加之热容量较大,使汽包壁温逐步高于汽包内的水汽温度。汽包简体上半部分一部分热量向炉外散热,一部分向汽包内部散热,一部分向汽包下半部散热,而汽包筒体的下半部分一部分热量向炉外散热,一部分向汽包内部散热,同时还要接受来自上半部分传递过来的热量。

  在汽包上、下半部分简体的散热过程中,水自然对流换热系数为(200~1000)W/(m2·℃),而微过热蒸汽导热系数为(0.02~0.05)W/(m·℃),汽包保温层的导热系数为0.061W/(m·℃)左右。在汽包内汽温降低后,由于汽包下半部分简体散热条件远好于上半部分,下壁温低于上壁温。这样,汽包上半部分通过下半部分散热,筒体的导热系数为(40~50)W/(m·℃),按汽包水位在正常值(-50~50)mm,则筒体的导热厚度为(1.2~1.3)m,通过简体的换热系数为(30~40)W/(m2·℃)。因此,汽包下半部分主要通过汽包内饱和水以自然对流的方式进行散热,换热系数为(200~1000)W/(m2·℃);汽包上半部分筒体主要通过筒身以导热方式向下半部分散热,换热系数为(30~40)W/(m2·℃),散热条件差异较大,不可避免造成停炉后产生汽包上、下壁温差。

  1.2外在原因

  (1)停炉后汽水系统压力下降速度过快停炉后,按规程规定进行通风,锅炉汽水系统压力就加速下降,汽包内压力同步下降,汽包内汽水饱和温度也随之下降。由于汽包上下两部分散热条件的差异,不可避免地造成停炉后汽包壁温差偏大。而且,汽压越低,饱和温度下降速度越快,汽包壁温差的形成也加快。

  (2)在滑参数停炉之前已形成较大的汽包上、下壁温差在滑参数停炉汽压逐步下滑过程中,汽包饱和压力、饱和温度也逐步下降,汽包的上、下半部分虽存在一定对流换热,但蒸汽的对流换热系数远小于饱和水的对流换热系数,这必然形成一定的汽包上、下壁温差,如汽压下滑速度过快,汽包上、下壁温差形成速度亦加快,从而在锅炉熄火前已形成较大的壁温差,严重时超过40℃,加上在停炉后降温降压过程中形成的汽包上、下壁温差,使停炉后汽包壁温差更大。

  (3)采用全压停炉的方法停炉如果采用全压停炉的方法,虽然可以避免在停炉前形成的汽包壁温差,但停炉后汽包筒体温度高,热容量大,需要散热的时间长,这样形成汽包上、下壁温差的时间就长,产生的壁温差偏大。

  (4)停炉后,过热汽压降至0.2MPa时开启过热器空气门在汽压为0.2MPa时汽包内汽水温度仍有约130℃,此时开启过热器空气门,将使汽包内压力急剧下降至大气压力,汽包内汽水温度也急剧降至100℃,因而加速了汽包上、下壁温差的形成。加上汽包在停炉时及汽压降至0.2MPa时已形成较大的壁温差,使汽包壁温差严重偏大,威胁汽包的安全。

  (5)停炉后汽包水位偏低或补水频繁锅炉停炉后,由于炉水中汽泡含量逐步减少及热胀冷缩的原因,汽包水位逐步下降,如不进行补水,将使上半部分须散热量增加而下半部分须散热量减少,从而使停炉后汽包壁温差偏大;如进行补水,控制汽包水位在(-50~+200)mm,每次停炉后须进行3至4次补水,虽提高了汽包水位,减少汽包汽侧筒体体积,但将省煤器中较汽包内水温更低的水送人汽包,一方面使汽包内水温有所下降,另一方面使汽包内水产生一定的扰动,汽包下壁温度下降速度加快,从而加快汽包上、下壁温差的形成。

  2、控制对策

  (1)尽可能减慢停炉后汽压下降速度首先要确保汽水系统关闭严密、烟风系统密闭。在锅炉熄火后,按规程规定通风3min后,停引、送风机,关闭风、烟、粉系统所有的风门挡板;检查锅炉各看火门、打焦孔等门孔应关闭;检查捞渣机水封及上水封槽水封应正常,否则进行补水至正常;检查汽水系统各阀门(包括疏水门)应关闭严密。其次,尽可能不进行通风或延迟通风,降低开启过热器各空气门时的汽压。在锅炉停炉后,原则上不进行通风,汽压降至0.9MPa时投入炉底部加热保养,如汽水系统或风烟系统须进行检修,在汽包壁温差降至10℃~20℃水平时,停底部加热保养。汽压降至(0.03~0.05)MPa开启过热器各空气门,停保养6h后可进行自然通风,18h后可进行强制通风,这样可使汽压降至0.9MPa时不再下降,一方面可以避免汽压0.9MPa以后因汽压下降而形成的汽包上、下壁温差,另一方面可以逐步消除以前所形成的汽包上、下壁温差,避免汽包上、下壁温差偏大。

  (2)尽可能采用滑参数停炉方式进行停炉在滑参数停炉过程中,根据汽包壁温差的情况控制汽压的下降速度,如发现汽包壁温差超标或汽包壁温差的形成速度加快,则减慢降压速度,并根据当时的情况,尽量滑至更低的参数后停炉。在停炉之前,如果汽包壁温差偏大,则在熄火前,维持低参数运行一段时间,消除在滑参数停炉形成的部分汽包壁温差。如必须全压停炉,在停炉后必须严格控制汽压的下降速度。

  (3)在维持汽包较高水位前提下尽量减少补水次数停炉熄火前几分钟将汽包水位维持在+200mm,熄火后迅速上水至汽包最高可见水位+300mm;在停炉后汽包水位低至-100mm时进行补水至汽包最高可见水位+300mm。这样每次停炉后只须进行一至二次补水,既可以不使汽包水位偏低,又不会补水频繁。

  3、结语

  员村热电有限公司采取以上措施控制停炉后的汽包壁温差,同时修改并完善锅炉运行规程及停炉操作票,效果明显,每次停炉后基本上未再出现汽包壁温差超标,确保了锅炉停炉后的汽包安全。

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