電站鍋爐汽包熱應(yīng)力的產(chǎn)生及預控措施

1、電站鍋爐汽包熱應(yīng)力的產(chǎn)生及預控措施 1汽包應(yīng)力分析汽包主要有壓力引起的機械應(yīng)力和溫度變化引起的熱應(yīng)力。壓力產(chǎn)生的機械應(yīng)力有切向、軸向和徑向應(yīng)力三種，計算公式如下：由(1)、(2)、(3)式可知，機械應(yīng)力與其工作壓力成正比，因此在設(shè)計中通過強度計算來確定汽包的壁厚、直徑和選材等，運行中只要控制不超壓運行，機械應(yīng)力的最大值是穩(wěn)定的。2汽包熱應(yīng)力的產(chǎn)生鍋爐在啟動和停爐過程中，汽包壁內(nèi)的溫度場和傳熱條件不斷變化。當溫度變化時，汽包筒體存在著3種溫差：內(nèi)外壁溫差(沿壁厚方向存在溫度梯度)、上下壁溫差(圓周方向的溫度不均勻)、縱向溫差(長度方向的溫度不均勻)。因汽包可自由膨脹，故略去縱向溫差的影響。2.1

2、上下壁溫差的產(chǎn)生升壓過程。在升壓過程中，汽包內(nèi)壁溫度表現(xiàn)為上部溫度高下部溫度低。原因分析如下：a)汽包下部為水空間，上部為汽空間。在鍋爐啟動過程中，汽側(cè)介質(zhì)的溫度為飽和溫度，而水側(cè)介質(zhì)的溫度則低于飽和溫度。而且在升溫過程中，汽包壁金屬溫度低于介質(zhì)溫度，形成介質(zhì)對汽包壁加熱。汽包下部為汽水混合物對汽包壁對流放熱，因為凝結(jié)放熱系數(shù)比對流傳熱的放熱系數(shù)要大34倍，所以汽包上半部溫升比下半部溫升快，形成上下壁溫差。b)鍋爐啟動初期，水循環(huán)微弱，汽包內(nèi)水流緩慢，在爐膛受熱較弱的局部甚至出現(xiàn)循環(huán)停滯區(qū)，使水溫明顯偏低，而蒸汽在汽包內(nèi)的蒸汽空間傳熱相對較均勻，使汽包上下壁溫差進一步增大。c)在升壓過程中，汽

3、包上部飽和蒸汽溫度與壓力是單一關(guān)系，壓力上升時，溫度跟著上升。蒸汽空間的蒸汽只能過熱不會欠焓。下部水溫的上升需要靠介質(zhì)流動傳熱，水溫上升緩慢。升壓速度越快，汽包上下部介質(zhì)溫差越大。停爐降壓冷卻過程。在停爐降壓冷卻過程中，也有很多因素使汽包上部壁溫高、下部壁溫低。a)在停爐過程中，水側(cè)介質(zhì)溫度接近于飽和溫度，而汽側(cè)介質(zhì)過熱而使溫度高于飽和溫度。而且汽包壁厚較大，加上表面有良好的保溫層，汽包具有較大的蓄熱能力。由于汽包向周圍介質(zhì)散熱很少，所以停爐過程中汽包的冷卻主要依靠水循環(huán)。當汽包內(nèi)介質(zhì)的壓力及相應(yīng)的飽和溫度逐漸降低時，汽包金屬對工質(zhì)放熱，由于上部金屬對蒸汽的放熱系數(shù)小于下部金屬對水的放熱系數(shù)，

4、從而使上部溫度高于下部溫度。降壓速度越快，汽包下部溫度下降越快，而上部壁溫相對下降較慢，造成上下壁溫差大。b)在停爐過程中沒控制好汽包水位，頻繁地向汽包補入溫度較低的水，使上下壁溫差進一步增大。c)在“四管”爆漏的事故處理中，由于降壓速度快，同時又不斷地大量補水維持汽包水位，造成上下壁溫差嚴重超標。2.2上下壁溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力汽包熱應(yīng)力計算表明，汽包上下壁溫差引起的熱應(yīng)力主要是軸向應(yīng)力，切向和徑向應(yīng)力與之相比約低一個數(shù)量級，故可忽略不計。汽包上部壁溫高，金屬膨脹量大 ；下部壁溫低，金屬膨脹量相對較小。這樣就造成上部金屬膨脹受到限制，上部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，下部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。熱應(yīng)力與溫差成正比，汽包上

5、下壁溫差越大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力越大。2.3內(nèi)外壁溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力汽包內(nèi)外壁溫差的形成主要是在升溫過程，介質(zhì)不斷地對汽包內(nèi)壁加熱，內(nèi)壁溫升快 ，外壁溫升慢，造成內(nèi)外壁存在溫差，使內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，外壁產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。應(yīng)力計算指出，內(nèi)外壁溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力主要是軸向和切向熱應(yīng)力，而且軸向與切向熱應(yīng)力大小相當，控制汽包內(nèi)外壁熱應(yīng)力的關(guān)鍵是控制升溫速度。3 汽包熱應(yīng)力的控制措施汽包熱應(yīng)力的控制實質(zhì)上就是對汽包上下壁、內(nèi)壁溫差進行控制。在啟、停爐過程中，嚴格控制升溫或降溫速度，一般規(guī)定升溫(降溫)速度值不得超過(1.5-2.0)/min，或100/h。由于水和蒸汽在飽和狀態(tài)下溫度和壓力之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，所

6、以鍋爐啟動的升壓過程也就是升溫過程，通常鍋爐在啟動時以升壓速度來控制其溫升速度的大小。但在鍋爐啟動初期應(yīng)采用更小的升壓速度，因為升壓初期汽水飽和溫度隨壓力的變化較大(見表1)，此期間更容易產(chǎn)生較大的壁溫差。圖1所示為某臺hg-220/100-ym10型鍋爐在母管制系統(tǒng)中的冷態(tài)啟動曲線。從曲線上可以看出：在升壓的初始階段，升壓速度很低，在100min內(nèi)汽壓升高僅為0.25mpa。隨后鍋爐的升壓速度逐步有所提高。從圖上還可以看出，該鍋爐從點火開始直至并汽，總共需要約4.25h。在升壓或降壓過程中，若發(fā)現(xiàn)汽包上下壁溫差超過規(guī)定值(50)，應(yīng)減慢升(降)壓速度?？刂粕龎核俣鹊闹饕侄问强刂迫剂虾牧?，此

7、外還可以加大旁路閥門的開度進行升壓速度控制。啟爐時，加強水冷壁下聯(lián)箱的放水，通過適當放水，用熱水替換受熱較少的水冷壁及不受熱的聯(lián)箱等部件內(nèi)的冷水，促使各部位溫升均勻，有利于建立正常的水循環(huán)，減小汽包壁溫差。維持爐膛燃燒穩(wěn)定，熱負荷均勻，并且有一定水平。采用對稱投油槍定期切換，或采用多油槍少油量等方法使爐膛熱負荷均勻，確保水循環(huán)正常。盡量維持較高的給水溫度。因為溫度低的給水進入汽包，會使下壁溫度低，造成上下壁溫差大。向汽包補給水時須嚴密關(guān)閉省煤器再循環(huán)門，否則，水短路進入汽包造成上下壁溫差增大。在有條件的情況下，盡量采用蒸汽加熱水冷壁下聯(lián)箱方法，能加快建立正常水循環(huán)。hg-220/100-ym1

8、0型鍋爐水冷壁下聯(lián)箱裝有加熱蒸汽引入管，借助臨機抽汽加熱鍋水，將鍋水加熱到100左右再進行鍋爐點火。這樣，在鍋爐點火以后，水冷壁可以立即開始產(chǎn)汽，大大加快了水循環(huán)的建立和穩(wěn)定。停爐后要避免大量排汽造成降壓速度太快，應(yīng)使汽包緩慢均勻冷卻，同時盡量保持汽包高水位。降壓后期及停爐后要特別注意控制好汽包水位，盡量避免大量放水、補水使汽包下壁急劇冷卻，汽包上下壁溫差增大。在處理“四管”爆漏事故中，盡可能穩(wěn)定地控制補水量。水冷壁、省煤器爆漏，水位難維持時宜盡快停爐，停爐后可不再向汽包進水。同時停爐后要避免長時間開啟煙道擋板造成爐內(nèi)急劇冷卻。提高設(shè)備的檢修質(zhì)量，確保閥門嚴密。給水門不嚴密，啟、停爐過程中不補水時 ，給水可能直接經(jīng)省煤器進入汽包；省煤器再循環(huán)門不嚴密，給水會直接漏入汽包 ，使汽包壁局部溫度下降；定期排污門不嚴密，會破壞水循環(huán)，同時停爐中漏流，需要補充更多的給水，造成上下