優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]火電廠(chǎng)鍋爐汽包及水冷壁啟動(dòng)過(guò)程分析與保護(hù)

1、xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目火電廠(chǎng)鍋爐汽包及水冷壁啟動(dòng)過(guò)程分析與保護(hù)專(zhuān) 業(yè)熱能與動(dòng)力工程xxx2011 年 4 月 26摘要隨著火力發(fā)電廠(chǎng)裝機(jī)容量的增大，發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行成為影響火力 發(fā)電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的重點(diǎn)，因而預(yù)防電廠(chǎng)事故顯得至關(guān)重要。我國(guó)火電機(jī)組 中停運(yùn)事故的50%以上發(fā)生在鍋爐側(cè)，而且這些事故的絕大多數(shù)是由鍋爐 啟動(dòng)過(guò)程中的問(wèn)題所引起的。所以火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐的安全啟動(dòng)在整個(gè)電廠(chǎng) 的運(yùn)行中成為了一個(gè)極其重要的問(wèn)題！鍋爐的啟動(dòng)狀態(tài)一般按照停爐時(shí)間、金屬溫度進(jìn)行劃分，根據(jù)鍋爐的 啟動(dòng)狀態(tài)可以選擇定參數(shù)啟動(dòng)還是滑參數(shù)啟動(dòng)。對(duì)于自然循環(huán)鍋爐來(lái)說(shuō)， 汽包和水冷壁在啟動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力控制和運(yùn)行工況尤其顯得重

2、要。通過(guò)對(duì) 自然循環(huán)鍋爐的汽包在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中熱應(yīng)力的分析、上下壁溫差、內(nèi)外 壁溫差造成的熱應(yīng)力以及汽包疲勞壽命的分析，得出了汽包應(yīng)力的控制原 則和預(yù)防措施。針對(duì)汽包鍋爐的水位控制情況，結(jié)合具體實(shí)例，分析了造 成汽包水位波動(dòng)大的原因并提出了具體預(yù)防汽包水位波動(dòng)的措施。對(duì)于鍋爐水冷壁在啟動(dòng)過(guò)程中的溫度、水力偏差以及局部傳熱惡化等 運(yùn)行工況從理論、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等方面進(jìn)行了分析研究，從而得出了水冷 壁在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的保護(hù)措施。關(guān)鍵詞：鍋爐 汽包水冷壁啟動(dòng)分析目錄1. 緒論11.1鍋爐啟動(dòng)的概念11. 2鍋爐啟動(dòng)狀態(tài)的劃分11. 3單元機(jī)組的啟動(dòng)方式21. 3.1額定參數(shù)啟動(dòng)21. 3.2滑參數(shù)啟動(dòng)

3、21. 4鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的安全經(jīng)濟(jì)性32. 汽包啟動(dòng)過(guò)程分析及保護(hù)52. 1汽包概述52. 2汽包啟動(dòng)應(yīng)力分析52. 2.1汽包機(jī)械應(yīng)力62. 2.2汽包熱應(yīng)力62. 2.2. 1熱應(yīng)力的概念62. 2.2. 2鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包的熱應(yīng)力72.2.2. 3汽包上、下壁溫差引起的熱應(yīng)力72. 2. 2. 4汽包內(nèi)、外壁溫差引起的熱應(yīng)力82. 2. 2. 5汽包附加應(yīng)力92. 2. 2. 6峰值應(yīng)力92. 3汽包低周疲勞破壞分析102. 4啟停過(guò)程中汽包壁的溫差監(jiān)視112. 5鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽包應(yīng)力控制112. 5. 1控制汽包應(yīng)力的安全原則122. 5. 2控制汽包啟動(dòng)應(yīng)力的措施122. 6汽包

4、啟動(dòng)水位分析132. 6. 1 概述132. 6. 2水位波動(dòng)過(guò)大的原因分析142. 6. 3水位波動(dòng)過(guò)大的防范措施153 水冷壁的啟動(dòng)分析及保護(hù)173. 1水冷壁啟動(dòng)溫度工況分析173. 2水冷壁的水力偏差分析183. 3水冷壁的局部傳熱惡化分析203.4水冷壁的啟動(dòng)保護(hù)204 結(jié)論23參考文獻(xiàn)141. 緒論1.1鍋爐啟動(dòng)的概念發(fā)電廠(chǎng)鍋爐的啟動(dòng)指從點(diǎn)火到帶額定負(fù)荷或并入蒸汽母管的全過(guò)程。 啟動(dòng)過(guò)程是火力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的重要操作階段，要在保證設(shè)備安全的前提 下盡量縮短啟動(dòng)過(guò)程所需時(shí)間，使之達(dá)到快速響應(yīng)負(fù)荷能力，提高機(jī)組運(yùn) 行的經(jīng)濟(jì)性。1. 2鍋爐啟動(dòng)狀態(tài)的劃分鍋爐的啟動(dòng)方式和啟動(dòng)所需時(shí)間與鍋爐的

5、結(jié)構(gòu)型式、容量、燃料的種 類(lèi)、電廠(chǎng)的熱力系統(tǒng)、氣候條件及選定的操作方式等有關(guān)叫按照啟動(dòng)時(shí)機(jī)組的金屬溫度情況，鍋爐啟動(dòng)分為冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng) 和熱態(tài)啟動(dòng)。冷態(tài)啟動(dòng)是指鍋爐在沒(méi)有壓力，且其溫度與環(huán)境溫度接近的 情況下的啟動(dòng)。熱態(tài)啟動(dòng)是指鍋爐在保持有一定壓力，且溫度高于環(huán)境溫 度下的啟動(dòng)。溫態(tài)啟動(dòng)是介于冷態(tài)和熱態(tài)之間的一種啟動(dòng)方式。啟動(dòng)方式 的劃分一般是依據(jù)汽輪機(jī)在啟動(dòng)時(shí)汽缸的金屬溫度水平進(jìn)行的。國(guó)內(nèi)外各 制造廠(chǎng)根據(jù)金屬材料和設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平所取的溫度界限也不盡相同。 如ge公司的劃分方法為：以汽輪機(jī)高壓缸第一級(jí)金屬溫度的高低為依據(jù)， 該溫度在150300°c之間，為溫態(tài)啟動(dòng)；在3004

6、30°c之間，為熱態(tài)啟動(dòng)； 430°c以上為極熱態(tài)啟動(dòng)。除此之外，也有按停爐時(shí)間來(lái)大體代表啟動(dòng)初金 屬溫度狀態(tài)的，如德國(guó)的babcock機(jī)組，機(jī)組停用48小時(shí)后的啟動(dòng)為溫態(tài)， 停用8小時(shí)后的啟動(dòng)為熱態(tài)，停用2小時(shí)后的啟動(dòng)為極熱態(tài)"'i東方機(jī)組 規(guī)定停機(jī)大于72小時(shí)為冷態(tài)，停爐1072小時(shí)為溫態(tài)，停爐小于10小時(shí) 為熱態(tài)，停爐小于1小時(shí)為極熱態(tài)。啟動(dòng)狀態(tài)的劃分有助于運(yùn)行人員掌握機(jī)組各種狀態(tài)下的啟動(dòng)特點(diǎn)。如 冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組溫度水平低，為使其均勻加熱，不至于產(chǎn)生較大的熱應(yīng) 力，鍋爐升溫、升壓及升速、升負(fù)荷都應(yīng)緩慢進(jìn)行。而熱態(tài)、極熱態(tài)啟動(dòng) 時(shí)，機(jī)組各部件處于較高

7、的溫度狀態(tài)，為防止高溫部件受到蒸汽冷卻造成 應(yīng)力損傷，就必須盡快使工作參數(shù)達(dá)到機(jī)組部件的溫度水平，此時(shí)鍋爐進(jìn) 水、燃燒率控制、升速、升負(fù)荷都應(yīng)明顯加快，沖轉(zhuǎn)參數(shù)也較高。1. 3單兀機(jī)組的啟動(dòng)方式1. 3. 1額定參數(shù)啟動(dòng)鍋爐點(diǎn)火后，當(dāng)蒸汽壓力、溫度升至一定值時(shí)，進(jìn)行汽輪機(jī)掛閘、沖 轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)從沖轉(zhuǎn)到帶額定負(fù)荷期間，主蒸汽閥門(mén)前的蒸汽參數(shù)始終保持 為額定值。這種啟動(dòng)方式的運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性均較差，一般多用于母管 制的小型機(jī)組上應(yīng)用，現(xiàn)單元制運(yùn)行的大型機(jī)組均已不采用這種啟動(dòng)方式 4o1.3.2滑參數(shù)啟動(dòng)單元制機(jī)組通常采用滑參數(shù)啟動(dòng)，又稱(chēng)為聯(lián)合啟動(dòng)。在鍋爐點(diǎn)火、蒸 汽升壓、升溫的過(guò)程中，利用汽溫、汽

8、壓的升高逐漸提高汽輪機(jī)的負(fù)荷。 在整個(gè)啟動(dòng)的過(guò)程中，主蒸汽閥門(mén)前的蒸汽參數(shù)隨汽機(jī)的金屬溫度和負(fù)荷 情況，逐漸升高最終達(dá)到額定參數(shù)?；瑓?shù)啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：1）啟動(dòng)過(guò)程中，蒸汽管道的暖管、汽輪機(jī)的啟動(dòng)與鍋爐的升壓同時(shí)進(jìn) 行，從而使整臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間縮短，增加了運(yùn)行調(diào)度的靈活性。2）整臺(tái)機(jī)組的加熱過(guò)程是從較低的蒸汽參數(shù)開(kāi)始的，各部件的受熱膨 脹比較均勻。鍋爐的水循環(huán)工況穩(wěn)定，過(guò)熱器得到良好的冷卻。同時(shí)，由 于開(kāi)始進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽壓力和溫度均較低，蒸汽的容積流量較大，容易 充滿(mǎn)汽輪機(jī)，而且流速也較大，汽輪機(jī)的各部件均勻快速的升溫，不至于 會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力。3）啟動(dòng)過(guò)程經(jīng)濟(jì)性提高，特別是設(shè)置旁路系統(tǒng)的機(jī)組，

9、啟動(dòng)過(guò)程中可 回收工質(zhì)及利用工質(zhì)的熱量，工質(zhì)損失和燃料消耗減少，機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程 中即可發(fā)出電能。1.4鍋爐啟動(dòng)過(guò)程的安全經(jīng)濟(jì)性鍋爐的啟動(dòng)是一個(gè)傳熱、流動(dòng)的極不穩(wěn)定的復(fù)雜過(guò)程。啟動(dòng)過(guò)程中， 鍋爐工質(zhì)溫度及各部件溫度隨時(shí)變化，由于受熱不一致，且部件的不同部 位溫度不同，因而會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，甚至使部件損壞。一般來(lái)說(shuō)，部件越厚, 在單側(cè)受熱時(shí)的內(nèi)、外壁溫差越大，熱應(yīng)力也越大。汽包、過(guò)熱器聯(lián)箱、 蒸汽管道和閥門(mén)等的壁厚均較大，所以在受熱過(guò)程中必須妥善控制，尤其 是汽包。鍋爐啟動(dòng)初期受熱面內(nèi)部工質(zhì)的流動(dòng)尚不正常，工質(zhì)對(duì)受熱面金屬的 沖刷和冷卻作用是很差的，有的受熱面內(nèi)甚至在短時(shí)間內(nèi)根本沒(méi)有工質(zhì)流 過(guò)。如果這

10、時(shí)受熱過(guò)強(qiáng)，金屬壁溫就有可能超過(guò)許用溫度。鍋爐的水冷壁、 過(guò)熱器、再熱器及省煤器均有可能超溫。因此，啟動(dòng)初期的燃燒過(guò)程應(yīng)謹(jǐn) 慎進(jìn)行叫爐膛爆燃也是啟動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生的事故，鍋爐啟動(dòng)之初，燃料量少、 爐溫低、燃燒不完全且不易控制，極有可能燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致滅火，一旦發(fā) 生爆燃，將使設(shè)備受到嚴(yán)重?fù)p壞。啟動(dòng)過(guò)程中所用燃料，除用于加熱工質(zhì)和部件外，還有一部分耗于排 汽和放水，造成熱損失和工質(zhì)損失。在低負(fù)荷燃燒階段，過(guò)量空氣和燃燒 損失也較大，鍋爐的運(yùn)行效率要比正常運(yùn)行時(shí)低得多?？傊?，在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，既有安全問(wèn)題也有經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，二者經(jīng)常是 矛盾的。為保證受熱面的安全，減小熱應(yīng)力，啟動(dòng)過(guò)程應(yīng)盡可能較慢的升 溫升

11、壓，燃料量的增加也只能緩慢進(jìn)行。但勢(shì)必延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，使鍋爐在 啟動(dòng)過(guò)程中消耗更多的燃料，降低了經(jīng)濟(jì)性。鍋爐啟動(dòng)的原則是在保證設(shè) 備安全的前提下，盡可能縮短啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)燃料的消耗量，并使機(jī) 組盡早帶負(fù)荷化2. 汽包啟動(dòng)過(guò)程分析及保護(hù)2.1汽包概述汽包是鍋爐中體積最大、壁最厚的承壓元件，以東方300mw機(jī)組鍋爐 為例，汽包承受工作壓力18. 5mpa,對(duì)應(yīng)飽和溫度362°c，汽包的結(jié)構(gòu)尺寸 為外徑2090 mm,厚度為145 mm。汽包的主要作用有四個(gè)：1）連接。汽包將水冷壁、下降管、過(guò)熱器及省煤器等各種直徑不同、 根數(shù)不同、用途不同的管子有機(jī)的連接在一起，起到了一個(gè)大聯(lián)箱的作用。

12、2）汽水分離。將由水冷壁蒸發(fā)受熱面來(lái)的汽水混合物，經(jīng)汽包內(nèi)的汽 水分離裝置分離出來(lái)，進(jìn)入過(guò)熱器。3）儲(chǔ)水。汽包是一較大的汽水分離容器，它的下半部貯存了一定容量 的水，在鍋爐運(yùn)行中可以對(duì)給水流量變化起到緩沖作用，所以允許給水流 量短時(shí)間內(nèi)的少量波動(dòng)，增加了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)汽包中貯存的水 還起到了緩沖壓力波動(dòng)的作用，當(dāng)壓力升高時(shí)，因?qū)?yīng)飽和溫度升高，汽 包中的水貯存了一部分熱量，從而使壓力升高較緩慢；當(dāng)壓力降低時(shí)，對(duì) 應(yīng)飽和溫度降低，汽包中的水釋放了 一部分熱量，使壓力降低較緩慢。4）汽包中的連續(xù)排污裝置、清洗裝置能保持蒸汽品質(zhì)，加藥裝置能進(jìn) 行汽包內(nèi)處理，防止蒸發(fā)受熱面結(jié)垢。汽包內(nèi)具有大量

13、高壓的飽和水和飽和蒸汽，其破裂而引起爆炸將是一 種災(zāi)難性的事故。同時(shí)，汽包在自然循環(huán)鍋爐中地位重要，更換困難，若 發(fā)生損壞，將會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，本章將會(huì)對(duì)在鍋爐 啟動(dòng)過(guò)程中汽包所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決（101o2.2汽包啟動(dòng)應(yīng)力分析汽包啟動(dòng)應(yīng)力是指鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包壁的應(yīng)力。它主要由工質(zhì)壓力 引起的機(jī)械應(yīng)力、汽包壁溫度不均引起的熱應(yīng)力以及汽包與內(nèi)部介質(zhì)重力 等引起的附加應(yīng)力組成。汽包壁應(yīng)力可分為主體膜應(yīng)力和峰值應(yīng)力兩種。峰值應(yīng)力是汽包壁的局部應(yīng)力，由汽包壁溫度不均勻及結(jié)構(gòu)等原因引 起，它比主體膜應(yīng)力大2 4倍。峰值應(yīng)力使汽包壁局部材料屈服，引起應(yīng) 力再分配，最大應(yīng)力達(dá)到屈服極

14、限，在靜態(tài)時(shí)不構(gòu)成破壞。但是，對(duì)波動(dòng) 的峰值應(yīng)力，到了 一定的波動(dòng)次數(shù)后，材料就會(huì)脆性破壞2.2.1汽包機(jī)械應(yīng)力汽包的機(jī)械應(yīng)力是指由汽包內(nèi)的工質(zhì)壓力引起的金屬應(yīng)力,這個(gè)應(yīng)力 在任意點(diǎn)的三個(gè)方向均為拉應(yīng)力，且均與汽包內(nèi)壓力成正比。隨著汽壓的 升高，汽包機(jī)械應(yīng)力將會(huì)越來(lái)越大。汽包的內(nèi)、外直徑之比都在0.85左右，屬薄壁容器。薄壁容器在內(nèi)壓 力的作用下只是向外擴(kuò)張而無(wú)其他變形。故汽包的縱橫斷面上只有正應(yīng)力 而無(wú)剪應(yīng)力。汽包壁任一點(diǎn)有三個(gè)方向的應(yīng)力，即沿圓筒切線(xiàn)方向的切向 應(yīng)力、沿圓筒軸線(xiàn)方向的軸向應(yīng)力和沿圓筒直徑方向的徑向應(yīng)力。同時(shí)，汽包由焊接而制成，并在壁上開(kāi)有很多小孔，從而使汽包壁的 應(yīng)力增大了

15、許多。2.2.2汽包熱應(yīng)力2221熱應(yīng)力的概念金屬部件的體積隨著溫度的升高而膨脹擴(kuò)大，隨著溫度的下降而收縮 減小。如果金屬部件的體積能隨溫度變化而自由變化，金屬部件內(nèi)就不會(huì) 產(chǎn)生應(yīng)力；但是當(dāng)金屬部件的體積變化受到約束時(shí)就會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。 通常，我們把由于金屬部件之間存在著一定的溫差所引起的應(yīng)力稱(chēng)為熱應(yīng) 力。2222鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中汽包的熱應(yīng)力鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中工質(zhì)溫度逐漸升高，汽包被加熱，在汽包的上半部分 飽和蒸汽對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行凝結(jié)放熱，在下半部分鍋水對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行對(duì)流放熱，凝 結(jié)放熱系數(shù)比對(duì)流放熱系數(shù)大23倍，故汽包上壁溫升高于下壁溫升。汽 包溫度較高的部位金屬膨脹量大、溫度較低的部位金屬膨脹量小。但汽

16、包 是一個(gè)整體，其各部分之間無(wú)相對(duì)位移的自由，因而汽包內(nèi)壁受到壓縮、 外壁受到拉伸，汽包上壁受到壓縮、下壁受到拉伸。汽包被壓縮的部分產(chǎn) 生壓縮熱應(yīng)力、被拉伸的部分產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力。熱應(yīng)力又稱(chēng)溫差應(yīng)力，是由于不同部位金屬在不同溫度下其體積變化 受到限制而產(chǎn)生的應(yīng)力。汽包啟動(dòng)熱應(yīng)力主要是由汽包的上、下壁溫差和 內(nèi)、外壁溫差引起的陽(yáng)。2.2. 2.3汽包上.下壁溫差引起的熱應(yīng)力在鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓過(guò)程中都將會(huì)出現(xiàn)汽包上、下壁溫差。鍋爐進(jìn) 水時(shí)，水總是先與汽包下壁接觸，然后逐漸升高與上壁接觸。這樣壁溫就 是上低下高。汽包下壁受壓而上壁受拉。汽包起壓后，上、下壁溫差轉(zhuǎn)為 上高下低。這是因?yàn)槠喜靠臻g為汽

17、、下部空間為水，都對(duì)汽包壁進(jìn)行 單向傳熱。但蒸汽對(duì)汽包上壁的放熱為凝結(jié)放熱，而水對(duì)汽包下壁的放熱 為微弱的對(duì)流放熱，放熱系數(shù)差別很大，前者比后者要大23倍。所以汽 包上壁的受熱要比下壁劇烈得多，使汽包上壁溫度上升很快，因而造成汽 包上、下壁產(chǎn)生溫差。升壓速度越快，汽包上、下壁溫差就越大。汽包下壁的應(yīng)力狀態(tài)由受壓轉(zhuǎn)為受拉經(jīng)歷一次應(yīng)力循環(huán)。由于啟停一 次應(yīng)力變化的幅值與最初的壓應(yīng)力有關(guān)，而應(yīng)力循環(huán)幅值大小會(huì)影響汽包 的低周疲勞壽命，所以啟動(dòng)前的進(jìn)水應(yīng)該限制進(jìn)水的溫度和時(shí)間，盡可能 減小汽包上、下壁溫差。當(dāng)汽包上部壁溫高于下部壁溫時(shí)，汽包有產(chǎn)生彎曲變形的傾向。這時(shí) 由于上壁溫度高，膨脹量大，并力圖拉

18、著下壁一起膨脹；而下壁溫度低， 膨脹量小，并力圖阻止上壁的膨脹。因而汽包上壁受壓縮應(yīng)力，下壁則受 拉伸應(yīng)力。但是，與汽包連接的很多管子將約束汽包的自由變形，這樣就 產(chǎn)生了很大的附加應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使聯(lián)箱、管子彎曲變形和管座焊縫 產(chǎn)生裂紋。為降低汽包上、下壁溫差，國(guó)外有些鍋爐在汽包結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)。例 如美國(guó)的ce公司、德國(guó)的babcock公司在其設(shè)計(jì)生產(chǎn)的300mw、600mw級(jí) 鍋爐汽包內(nèi)安裝了與汽包同樣長(zhǎng)度的弧形襯板。上升管匯集來(lái)的汽水混合 物由汽包的中上部進(jìn)入，經(jīng)環(huán)形夾層向下流動(dòng)，所以汽包上壁也有相當(dāng)部 分的面積與水接觸，汽包上壁的冷凝放熱影響相對(duì)減弱。但是由于沖刷汽 包上壁的水速較高，

19、上、下壁溫差還存在，但允許的飽和水溫升率要大的2. 2. 2. 4汽包內(nèi).外壁溫差引起的熱應(yīng)力汽包內(nèi)、外壁溫差岀現(xiàn)于鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓的過(guò)程中。進(jìn)水時(shí)，熱 水只與汽包內(nèi)壁接觸，外壁接受內(nèi)壁熱流，故其溫度低于內(nèi)壁，從而產(chǎn)生 汽包的內(nèi)、外壁溫差。點(diǎn)火后隨著汽壓的上升，飽和溫度也升高，同水和蒸汽接觸的汽包內(nèi) 壁溫度接近于飽和溫度，但外壁溫度的升高則受到金屬導(dǎo)熱及壁厚的限制， 因而造成汽包內(nèi)、外壁之間的溫差。鍋爐在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由于汽包的導(dǎo)熱 系數(shù)很大，所以汽包壁內(nèi)的溫差很小，熱應(yīng)力也較小，可以忽略不計(jì)。然 而，鍋爐在啟?；蜃冐?fù)荷過(guò)程中，由于汽包內(nèi)的介質(zhì)溫度不斷上升，故產(chǎn) 生了較大的熱應(yīng)力。汽包內(nèi)壁溫度

20、高，膨脹受阻而承受壓應(yīng)力；外壁溫度 低，相對(duì)內(nèi)壁力圖收縮而承受拉應(yīng)力。并且，熱應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在內(nèi)、 外壁表面處。升壓速度越快，汽包內(nèi)、外壁溫差及熱應(yīng)力就越大，且基本 呈線(xiàn)性關(guān)系。這是因?yàn)樵诤芸斓慕橘|(zhì)溫升速度下，內(nèi)壁熱量未來(lái)的及傳給 外壁，飽和溫度就又升高了，所以將引起更大的內(nèi)、外壁溫差。由于汽包 內(nèi)的飽和溫升始終伴隨著升壓過(guò)程，所以在整個(gè)升壓過(guò)程中，汽包內(nèi)外壁 溫差始終存在3。汽包壁溫差的最大值通常出現(xiàn)在啟動(dòng)之初。其原因一是由于啟動(dòng)之初， 水循環(huán)較弱，水的擾動(dòng)較小，汽包下半部與幾乎不動(dòng)的水接觸傳熱，從而 使汽包下部金屬溫升慢；二是由于低壓階段壓力不大的變化就會(huì)引起飽和 溫度很大的變化，即引起

21、鍋水和汽溫產(chǎn)生較大的變化，使水、汽對(duì)汽包壁 的放熱量也相應(yīng)發(fā)生較大的變化，加大了汽包的上下壁溫差。2. 2.2.5汽包附加應(yīng)力汽包的附加應(yīng)力是指汽包與內(nèi)部介質(zhì)重力引起的應(yīng)力，其數(shù)值上與以 上兩種應(yīng)力比較要小得多。2. 2. 2. 6峰值應(yīng)力鍋爐升壓過(guò)程中汽包應(yīng)力有機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力兩種。汽包內(nèi)壓力產(chǎn)生 機(jī)械應(yīng)力，汽包壁溫不均產(chǎn)生熱應(yīng)力，還有附加應(yīng)力，它們疊加后產(chǎn)生總 應(yīng)力，最大局部總應(yīng)力點(diǎn)成為峰值應(yīng)力。汽包頂部機(jī)械應(yīng)力和上下壁溫差 熱應(yīng)力方向相反，相互減弱；汽包下部機(jī)械應(yīng)力和上下壁溫差應(yīng)力方向相 同，相互增強(qiáng)。再疊加內(nèi)外壁溫差引起的熱應(yīng)力及應(yīng)力集中的作用，峰值 應(yīng)力常出現(xiàn)在大直徑下降管孔附近。啟

22、動(dòng)過(guò)程汽包峰值應(yīng)力的大小決定于汽包內(nèi)壓力、壓力變動(dòng)率及循環(huán)流速。某1000t/h亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐進(jìn)行啟停應(yīng)力峰值試驗(yàn)表明， 在控制汽包壁溫差的情況下，汽包峰值應(yīng)力在-325+380mpa之間變化。 其最大負(fù)應(yīng)力出現(xiàn)在冷態(tài)啟動(dòng)的初期，最大正應(yīng)力則出現(xiàn)在汽包壓力的最 高值區(qū)域。汽包峰值應(yīng)力是局部應(yīng)力，當(dāng)它超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，將引起應(yīng)力 再分配，最大只能達(dá)到屈服極限，這在穩(wěn)定壓力下對(duì)強(qiáng)度是無(wú)害的，但在 交變應(yīng)力作用下，可能產(chǎn)生疲勞裂紋，并最終導(dǎo)致元件泄漏】。2. 3汽包低周疲勞破壞分析汽包峰值應(yīng)力超過(guò)材料屈服極限時(shí)，材料局部發(fā)生塑性變形，使斷面 上的應(yīng)力重新分配，最大值不大于屈服極限。汽包金

23、屬在遠(yuǎn)低于其抗拉強(qiáng) 度的循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后會(huì)產(chǎn)生疲勞裂痕以至破裂， 這種現(xiàn)象稱(chēng)為低周疲勞破壞。達(dá)到低周疲勞破壞的應(yīng)力循環(huán)總次數(shù)稱(chēng)為壽 命，運(yùn)行中應(yīng)力循環(huán)次數(shù)占?jí)勖陌俜謹(jǐn)?shù)稱(chēng)為壽命損耗。是否要對(duì)汽包進(jìn)行低周疲勞分析，美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（asme）給出 了一個(gè)臨界值。對(duì)于材料屈服極限小于552mpa的汽包，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)超過(guò) 1000次，都應(yīng)對(duì)汽包進(jìn)行低周疲勞分析。關(guān)于應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有以下定義：1 ）鍋爐啟動(dòng)停運(yùn)一個(gè)循環(huán)為一次。2）壓力波動(dòng)范圍在數(shù)值上超過(guò)設(shè)計(jì)壓力值20%算一次。3）汽包上任何相鄰兩點(diǎn)，因溫度變化產(chǎn)生溫差，不同溫差值折算成次 數(shù)，如下：a2955°c，應(yīng)力循

24、環(huán)1次； c84139°c，應(yīng)力循環(huán)4次； e.l95 - 250°c,應(yīng)力循環(huán)12次;b5683°c，應(yīng)力循環(huán)2次；d. 140194°c,應(yīng)力循環(huán)8次;f. > 250°c,應(yīng)力循環(huán)20次；2.4啟停過(guò)程中汽包壁的溫差監(jiān)視為了保護(hù)汽包，在整個(gè)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中必須不斷監(jiān)視汽包上下壁溫差 以及內(nèi)外壁溫差。為此，在大型鍋爐的汽包壁上，安裝有若干組溫度測(cè)點(diǎn)， 以集中下降管外壁溫度代替汽包下部的內(nèi)壁溫度。在監(jiān)護(hù)和控制溫差時(shí)， 按以下方法計(jì)算壁溫差：以最大的引出管外壁溫度減去汽包上部外壁最小 溫度，差值就是汽包上部?jī)?nèi)外壁的最大溫差；若減去汽包下集中

25、下降管外 壁最小溫度，差值就是汽包上下內(nèi)壁最大差值；同理，也可計(jì)算得到汽包 下部?jī)?nèi)外壁溫差。有的鍋爐還引入汽包的壓力等數(shù)據(jù)對(duì)上述計(jì)算進(jìn)行修正。 以前，國(guó)內(nèi)機(jī)組對(duì)汽包上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差啟動(dòng)中的最大允許值，均 控制在50°c以?xún)?nèi)，這個(gè)限制主要是鑒于對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中汽包金屬的溫度分布 規(guī)律還不能充分掌握，所以理論上對(duì)它的熱應(yīng)力尚不能精確的計(jì)算，同時(shí)， 也考慮到損傷汽包的嚴(yán)重性。實(shí)踐證明，溫差只要在此范圍內(nèi)，產(chǎn)生的附 加熱應(yīng)力不會(huì)造成汽包損壞，是偏于安全的。近年來(lái)引進(jìn)的機(jī)組對(duì)汽包壁 溫差的控制普遍較寬，例如東方鍋爐的1025t/h自然循環(huán)鍋爐，冷態(tài)啟動(dòng) 限制上下壁溫差小于40°c;

26、日本三菱公司的1175t/h控制循環(huán)鍋爐，規(guī)定 進(jìn)水升溫速度不大于3. 6°c/min,以此來(lái)限制汽包壁溫差。2. 5鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽包應(yīng)力控制在鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械應(yīng)力隨氣壓上升而增大，逐漸成為汽包應(yīng) 力的主要部分，汽包熱應(yīng)力則隨氣壓上升而逐漸減小，并且它只與汽包壁 溫差有關(guān)。在汽包內(nèi)壁，內(nèi)壁溫差引起壓應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力相抵消，汽包外 壁引起拉應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力正向疊加。如果沒(méi)有孔邊應(yīng)力集中，則外壁拉應(yīng) 力將成為最大的峰值應(yīng)力。但若汽包溫差過(guò)大，則最大峰值應(yīng)力亦可能在 外壁某一點(diǎn)達(dá)到。從低周疲勞角度分析，啟動(dòng)初期，飽和溫升率是影響循 環(huán)過(guò)程中谷值應(yīng)力的主要因素，降低谷值應(yīng)力水平則可有效

27、減小啟動(dòng)過(guò)程 中的交變應(yīng)力幅值，從而減小啟動(dòng)過(guò)程中的疲勞壽命損耗率。隨著壓力的 升高，當(dāng)機(jī)械應(yīng)力占據(jù)主導(dǎo)地位后，則可適當(dāng)采用較高的溫升速率。在汽 輪機(jī)沖轉(zhuǎn)以后，鍋爐的啟動(dòng)速度還要受到汽輪機(jī)運(yùn)行方式的限制，升壓過(guò) 程主要是控制過(guò)熱汽溫的升溫速率，而啟動(dòng)熱應(yīng)力所允許的壁溫差通常是 自然滿(mǎn)足的旳。2. 5.1控制汽包應(yīng)力的安全原則鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的汽包應(yīng)力安全原則有以下幾項(xiàng)：1）汽包機(jī)械應(yīng)力要符合最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論條件；2）汽包峰值應(yīng)力超過(guò)屈服極限時(shí)發(fā)生局部塑性變形，吸收超過(guò)屈服極 限部分的應(yīng)力，但是不會(huì)造成汽包的靜態(tài)破壞；3）汽包峰值應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生低周疲勞與壽命損耗。降低峰值應(yīng)力可以減少 低周疲勞及壽命

28、損耗，其關(guān)鍵是減小汽包熱應(yīng)力。汽包熱應(yīng)力是由汽包上 下壁、內(nèi)外壁之間的溫差引起的，減小汽包壁各部分之間溫差的基本方法 是促使工質(zhì)流動(dòng)，均勻鍋水溫度和限制升溫速度等；4）汽包材料屈服極限大于552mpa,峰值應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小于1000次， 可以不考慮汽包低周疲勞損耗呵。2.5.2控制汽包啟動(dòng)應(yīng)力的措施汽包啟動(dòng)應(yīng)力控制的重要標(biāo)志是汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。在 實(shí)際操作中，是以控制壓力的變化率作為控制壁溫差的基本手段的。在鍋 爐啟動(dòng)過(guò)程中防止汽包壁溫差過(guò)大的措施有：1 ）啟動(dòng)中嚴(yán)格控制升壓速度，尤其是低壓階段的升壓速度應(yīng)該力求緩 慢。這是防止汽包壁溫差過(guò)大的根本措施。為此，升壓過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按給定 的

29、鍋爐曲線(xiàn)進(jìn)行，若發(fā)現(xiàn)汽包壁溫差過(guò)大，應(yīng)減慢升壓速度或暫停升壓?？刂粕龎核俣鹊闹饕侄问强刂迫紵?，此外，還可以加大向空排汽 量或改變旁路系統(tǒng)的通汽量進(jìn)行升壓過(guò)程的控制。2）盡快的建立正常的水循環(huán)。水循環(huán)越強(qiáng)，上升管出口的汽水混合就 會(huì)物以更大的流速進(jìn)入并擾動(dòng)水空間，使水對(duì)汽包下壁的放熱系數(shù)提高， 從而減小上下壁溫差。因此，能否盡早建立起正常的水循環(huán)，不僅影響水 冷壁工作的安全性，而且也直接影響到汽包上下壁溫差的大小。3）初投燃料量不能太少，爐內(nèi)燃燒、傳熱應(yīng)均勻。初投燃料量太少， 水冷壁產(chǎn)汽量少，水流動(dòng)慢，流量偏差大，且爐內(nèi)火焰不易充滿(mǎn)爐膛，有 可能使部分水冷壁處于無(wú)循環(huán)或弱循環(huán)狀態(tài)，與這部分水

30、冷壁相對(duì)應(yīng)的汽 包長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)的上下壁溫差增大。因此保持均勻火焰是啟動(dòng)燃燒調(diào)整的重 要任務(wù)。初投燃料量與控制升壓速度的矛盾，可以通過(guò)開(kāi)大旁路系統(tǒng)調(diào)門(mén) 的方法解決何。4）進(jìn)水時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)水參數(shù)。一般控制進(jìn)水溫度與汽包溫度之差不 大于90°c,進(jìn)水時(shí)間冬季不少于4小時(shí)，夏季不少于2小時(shí)（進(jìn)水速度也 影響壁溫差）。啟動(dòng)時(shí)適當(dāng)將汽包水位維持在較高水平，對(duì)控制汽包壁溫差 也有一定的作用。進(jìn)水參數(shù)控制主要用于降低循環(huán)的谷值應(yīng)力。2.6汽包啟動(dòng)水位分析2. 6. 1概述三河電廠(chǎng)二期#3、4爐均為東方鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的dg1025 / 17. 4-ii 6型亞臨 界一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐。鍋爐配有兩臺(tái)

31、容量為50 %的汽動(dòng)給水泵 和一臺(tái)容量為30 %的電動(dòng)給水泵。電泵作為啟動(dòng)泵或低負(fù)荷及汽泵故障時(shí) 備用。在汽包給水管路上設(shè)有給水主路電動(dòng)門(mén)（容量為100 %）和30 %容量的 給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)。汽包水位采用單沖量與串級(jí)三沖量相結(jié)合的控制方式。 在主蒸汽流量達(dá)380t/h之前，汽包水位由給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，即單沖量 控制，旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差由調(diào)節(jié)閥差壓調(diào)節(jié)回路通過(guò)改變電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn) 速來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主蒸汽流量達(dá)380t/h后，汽包水位控制切至給水主路通過(guò)改 變給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，為三沖量調(diào)節(jié)。在#3、4機(jī)組的調(diào)試及試生產(chǎn)階段曾多次出現(xiàn)在并網(wǎng)后，特別是因故停 爐后的極熱態(tài)啟動(dòng)恢復(fù)過(guò)程中，汽包水位控制由給水旁

32、路切為主路時(shí)，汽 包水位投自動(dòng)的情況下，汽包水位大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。2. 6. 2水位波動(dòng)過(guò)大的原因分析2. 6. 2.1給水由旁路切為主路過(guò)程中控制不當(dāng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的給水旁路切主路（即由單沖量控制切為三沖量控制）的 負(fù)荷點(diǎn)為蒸汽流量380t/ho在此之前，單沖量汽包水位調(diào)節(jié)為用給水旁路 調(diào)節(jié)閥控制。為了克服汽包壓力及給水管路系統(tǒng)阻力，保證給水旁路調(diào)節(jié) 門(mén)的線(xiàn)性，通常可保持旁路調(diào)節(jié)門(mén)前后有一定的壓差，在控制系統(tǒng)中是通 過(guò)旁路調(diào)門(mén)前后壓差控制回路調(diào)節(jié)電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)蒸汽流量 大于380t/h以后，通過(guò)內(nèi)部邏輯，給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)切為手動(dòng)，自動(dòng)切除給 水單沖量調(diào)節(jié)和給水旁路調(diào)節(jié)閥差壓調(diào)節(jié)回路，

33、同時(shí)打開(kāi)鍋爐給水主路電 動(dòng)門(mén)，自動(dòng)投入汽包水位由單沖量向三沖量調(diào)節(jié)回路，實(shí)現(xiàn)了汽包水位由 單沖量向三沖量的切換。但若切換時(shí)，給水旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差設(shè)置過(guò)大， 即電泵輸出壓力高于汽包壓力很多時(shí)，此時(shí)鍋爐給水主路和旁路同時(shí)向汽 包上水，通流面積增加很多就會(huì)造成給水量的大量增加。再加上若此時(shí)加 負(fù)荷速率控制不當(dāng)，而引起汽包壓力下降較快時(shí)，就會(huì)造成一方面給水流 量大大超過(guò)蒸汽流量，另一方面因汽包壓力下降較快而使汽包產(chǎn)生較為嚴(yán) 重的虛假水位。這兩方面的因素同向疊加，以及現(xiàn)代鍋爐汽包容積設(shè)計(jì)均 較以往汽包鍋爐偏小等因素，就會(huì)造成汽包水位快速升高。雖然此時(shí)水位 控制為三沖量控制，但由于整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性遲延

34、較大，從而造成自動(dòng) 調(diào)節(jié)跟不上水位變化的情況,使鍋爐因汽包水位高引起mft動(dòng)作停爐。2. 6. 2. 2燃料量的增加與加負(fù)荷率不同步由于在機(jī)組并網(wǎng)后的低負(fù)荷階段，爐膛內(nèi)油槍投入較多和等離點(diǎn)火的 磨煤機(jī)出力較大。使機(jī)組負(fù)荷的增加和燃料量的增加基本都是在手動(dòng)方式 下進(jìn)行的，尤其是鍋爐停爐后的極熱態(tài)點(diǎn)火恢復(fù)過(guò)程中，因汽包壓力很高， 一般在13mpa以上，機(jī)組加負(fù)荷速率過(guò)快，而燃料量未跟上時(shí)就會(huì)造成汽包 壓力的快速下降，從而造成汽包內(nèi)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的虛假水位，使汽包水位 波動(dòng)超岀保護(hù)范圍導(dǎo)致mft動(dòng)作。2.6. 3水位波動(dòng)過(guò)大的防范措施2.6. 31嚴(yán)格控制主汽壓力的升壓速度在并網(wǎng)后的加負(fù)荷過(guò)程中，要做

35、到負(fù)荷的增加與燃料量的增加同步， 嚴(yán)格控制主汽壓力的上升速度在0. 050. impa/min之內(nèi)。保持主汽壓力和 汽包壓力的穩(wěn)定，300mw機(jī)組在磨煤機(jī)投運(yùn)2臺(tái)以上時(shí)盡量投入主汽壓力自 動(dòng)，避免汽包壓力大幅波動(dòng)而引起汽包內(nèi)虛假水位。2. 6. 3. 2給水由旁路切為主路時(shí)前后過(guò)程的控制方法在給水由旁路切為主路之前，嚴(yán)格控制給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)前后的壓差和 電泵出口的壓力，在給水流量和蒸汽流量基本平衡和汽包水位穩(wěn)定的情況 下，保持給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)在70% -85%范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。然后逐漸增加燃 料量和機(jī)組負(fù)荷，并保持主汽壓力相對(duì)穩(wěn)定，以便造成一個(gè)給水由旁路切 為主路的良好條件，并對(duì)切換過(guò)程中汽包水位、

36、給水流量、主蒸汽流量、 電泵岀口壓力與汽包壓力、主汽壓力嚴(yán)加監(jiān)控，保證單沖量控制與三沖量 控制的平穩(wěn)進(jìn)行。3水冷壁的啟動(dòng)分析及保護(hù)3. 1水冷壁啟動(dòng)溫度工況分析在鍋爐升壓過(guò)程中對(duì)水冷壁的保護(hù)是十分重要的。對(duì)于汽包鍋爐，因 為在升壓的初期水冷壁受熱不多，管內(nèi)工質(zhì)的含汽量少，所以水循環(huán)不正 常；又因?yàn)檫@時(shí)投入燃燒器的只數(shù)很少，所以，水冷壁受熱的不均勻性較 大，各管內(nèi)的介質(zhì)流速差別較大。如果同一聯(lián)箱上各根水冷壁管金屬溫度 存在差別，就會(huì)產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使下聯(lián)箱變形或水冷壁管損 壞。大型鍋爐的水冷壁都是膜式水冷壁，管子之間為剛性連接，不允許有 相對(duì)位移，所以鄰管之間的溫差會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。

37、因此，限制相鄰管 子間的壁溫差不得超過(guò)50°c。對(duì)于平行工作的水冷壁管，加熱不均(如火 焰偏斜)就會(huì)造成同回路不同管子間的壁溫偏差。假如有兩根水冷壁管，所受壁面熱負(fù)荷分別為q】、q2?那么，1、2兩 管的壁溫偏差 tb按下式計(jì)算a2(3-1)色一內(nèi)壁對(duì)工質(zhì)的放熱系數(shù)，w/ ( m2°c )由式(3 1 )可知，壁面熱負(fù)荷之差厶q=q2-qi越大(加熱越不均勻越 厲害)，壁溫差越大；管內(nèi)放熱系數(shù)色越小，壁溫差atb也越大。在鍋爐起壓之前，水冷壁內(nèi)均為未飽和水，且流動(dòng)微弱，$很小，約 為 0. 2 x io3w/(m2 - °c ),這時(shí)，aq 即使僅 1. 0 x

38、1o4 (額定負(fù)荷的 1/15 ), tb即使已達(dá)到50°co可見(jiàn)，起壓之前或水循環(huán)弱時(shí)，尤其應(yīng)該注意火焰 分布均勻的問(wèn)題冏。鍋爐的流動(dòng)工況正常時(shí)，有一定的水量進(jìn)入水冷壁管口，且邊流動(dòng)邊 產(chǎn)汽，內(nèi)壁周?chē)兴?，這是最好的冷卻工況。但受熱不均時(shí)，個(gè)別受熱 弱管（或管組）水流動(dòng)很慢，甚至停止，入口基本無(wú)水量流入。此時(shí)，汽 泡易在水冷壁轉(zhuǎn)彎處、焊縫或水平段積聚，形成汽環(huán)，使該處管壁局部過(guò) 熱產(chǎn)生鼓包、脹粗或爆管。這也要求啟動(dòng)之初均勻加熱，否則個(gè)別受熱很 弱的管子也很容易出問(wèn)題。32水冷壁的水力偏差分析在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，投入燃料較少，火焰偏斜或直接沖刷水冷壁，水 冷壁并聯(lián)管會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的流量

39、偏差，個(gè)別管子的流量偏差將加重傳熱惡 化和壁溫飛升。將偏差管內(nèi)的工質(zhì)流量gp與平均管內(nèi)工質(zhì)流量go之比稱(chēng) 為流量不均系數(shù)r）g , ng可按下式計(jì)算n g=m n(3-2)m =.k斤rppo(3-3)|i±0(d1po(3-4)r° =(35 )rp =(3-6)0-posh八2(3-7)式中r0平均管的阻力常數(shù);rp偏差管的阻力常數(shù);13系數(shù)；p 0、p p平均管、偏差管密度，kg/加3；h水冷壁管屏高度，m;式(3-4)中，當(dāng) pp > po 且 |3>po/pp-po 時(shí)，卩前取“-” 號(hào)，根據(jù)水冷壁的壓差平衡關(guān)系(p ogh+o. 5 ro; p 0=

40、 p pgh+o. 5 rp硏p p )可知，這是受熱弱的倒流工況。|3值的意義是平均重位壓差與平均流動(dòng)阻力之比。其大小規(guī)定了吸熱 不均對(duì)流動(dòng)影響的具體特性。對(duì)于螺旋管圈直流鍋爐，|3值甚小,n « 1, 密度差項(xiàng)(pp - po ) /po幾乎不起作用，ng-m o當(dāng)偏差管的水冷 壁負(fù)荷qp (kw/m2)增加時(shí)，pp< po,由式(3 2)可知，r|g<e gp 減小。這樣一種管內(nèi)受熱越強(qiáng)流動(dòng)反而越弱的特點(diǎn)，就是強(qiáng)制流動(dòng)的重要 特性；對(duì)于自然循環(huán)鍋爐，含汽率小，循環(huán)速率低，所以|3值很大，密度 差值(p p - p 0 ) / p 0通過(guò)n對(duì)ri g起決定作用。因此，

41、當(dāng)偏差管的吸 熱量大于平均管時(shí)，盡管m< 1,但n g > 1,且吸熱不均越大，r|g的增長(zhǎng) 越厲害。自然循環(huán)的這種特性又稱(chēng)為水動(dòng)力自補(bǔ)償特性。對(duì)于卩值較適中 的情況，如控制循環(huán)鍋爐以及一次上升型直流鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可能 出現(xiàn)強(qiáng)制流動(dòng)特性也可能是自補(bǔ)償特性，取決于參數(shù)(壓力、質(zhì)量流速) 和負(fù)荷的高低2。根據(jù)以上分析可得岀以下結(jié)論：1) 鍋爐的吸熱不均可引起水力不均，從而影響水冷壁的工作安全，因 此要十分重視啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁屏間、管間熱負(fù)荷的均勻性；2) 直流鍋爐的水冷壁，熱負(fù)荷大的偏差管流量小，管子的出口部分可能為過(guò)熱度較大的蒸汽，壁溫升高;3）自然循環(huán)鍋爐及強(qiáng)制循環(huán)鍋爐顯示自

42、然循環(huán)特性時(shí)，其水冷壁在熱 負(fù)荷低的偏差管循環(huán)流量小，出口含汽率高，發(fā)生“蒸干”傳熱惡化的可 能性增加。此外，受熱弱的管子也容易產(chǎn)生停滯或倒流現(xiàn)象冋。3. 3水冷壁的局部傳熱惡化分析水在水冷壁管內(nèi)流動(dòng)到某一位置時(shí)，當(dāng)干度達(dá)到一定值時(shí)內(nèi)壁失去水 膜的現(xiàn)象稱(chēng)為“蒸干，。“蒸干”發(fā)生時(shí)管子內(nèi)壁突然與汽接觸，放熱系數(shù) 變小，產(chǎn)生一個(gè)壁溫飛升值。對(duì)于自然循環(huán)鍋爐，正常運(yùn)行時(shí)由于出口含 汽率小于界限含汽率（約0.3-0. 5）,故一般不會(huì)發(fā)生水膜失去的情況， 但在啟動(dòng)過(guò)程吸熱不均十分嚴(yán)重時(shí)，也存在發(fā)生“蒸干”的可能性；對(duì)于 直流鍋爐，水冷壁必然經(jīng)過(guò)一個(gè)干度從0到1.0的過(guò)程，即必然在某一段 時(shí)間產(chǎn)生“蒸干

43、"現(xiàn)象。設(shè)計(jì)和運(yùn)行的任務(wù)只是控制壁溫飛升值的大?。ū?開(kāi)爐內(nèi)高溫區(qū)域），不使壁溫的飛升值超過(guò)材料的允許溫度而已u61 o溫度飛升值的大小與工作壓力、熱流密度和工質(zhì)流量有關(guān)。溫度飛升 值會(huì)著工作壓力的升高而降低；隨著熱流密度與工質(zhì)流量比值的增大而升 高。因此，無(wú)論何種循環(huán)方式，防止傳熱惡化都是啟動(dòng)過(guò)程中所要注意解 決的問(wèn)題。3.4水冷壁的啟動(dòng)保護(hù)在鍋爐升壓過(guò)程中水冷壁的保護(hù)措施有：1 ）均勻爐內(nèi)燃燒沿爐膛四周均勻或?qū)ΨQ(chēng)地入噴燃器并定時(shí)切換運(yùn)行；在符合升溫升 壓曲線(xiàn)，汽包金屬溫差不大的情況下，可適量多投一些燃燒器，以使得爐 膛熱負(fù)荷較均勻。2）盡快建立正常的水循環(huán)（汽包鍋爐）正常的水循環(huán)

44、可保證水冷壁內(nèi)有均勻、較大的循環(huán)流量，來(lái)冷卻受熱 面。盡快建立正常的水循環(huán)可從以下幾方面著手：a. 水冷壁下部定期放水或連續(xù)放水。在水冷壁下聯(lián)箱定期或連續(xù)放水， 可以將汽包下部溫度較高的水、汽引到水冷壁管底部，用熱水代替冷水， 增加水冷壁產(chǎn)汽區(qū)的長(zhǎng)度，促進(jìn)水循環(huán)。實(shí)踐證明，這個(gè)措施的采取對(duì)促 進(jìn)水循環(huán)的建立，減小汽包壁溫差是十分有效的。b. 采用鄰爐蒸汽加熱?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外制造的大型鍋爐一般均設(shè)計(jì)有鄰爐 蒸汽加熱系統(tǒng)。在鍋爐點(diǎn)火前，從各水冷壁下聯(lián)箱均勻地通入適量的蒸汽， 加熱水冷壁各個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。待水達(dá)到飽和溫度并有一定的產(chǎn)汽量后，再進(jìn) 行點(diǎn)火。這種點(diǎn)火的過(guò)程稱(chēng)為無(wú)火啟動(dòng)，鍋爐在無(wú)火啟動(dòng)過(guò)程中汽包溫差 很小，同時(shí)大大縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)油耗，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。c. 啟動(dòng)時(shí)可適當(dāng)投入機(jī)組高、低壓旁路系統(tǒng)，提高燃燒率，在不加快 升壓速度的情況下，增加產(chǎn)汽量。d. 啟動(dòng)初期較慢的升壓對(duì)盡快建立正常的水循環(huán)也是有利的。燃料熱 量中，一部分用于