锅炉启动过程受热面安全分析与防止超温的控制措施_徐军涛

第 32卷 第 12期华电技术V o l 32 N o 12 2010年 12月H u a d i a nT e c h n o l o g yD e c 2010 锅炉启动过程受热面安全分析与防止 超温的控制措施 徐军涛 刘志杰 河南中孚实业股份有限公司电力二分公司 河南 巩义 451200 摘 要 河南中孚实业股份有限公司电力二分公司 300MW锅炉在启动阶段时常发生汽包上 下壁温差大 低温过热器 超温严重 空气预热器电流波动大的问题 使整体启动时间较难控制 对金属材料的寿命构成了严重的威胁 且点火时间 延长 势必造成燃油量增大 发电量减少的双重损失 对锅炉启动过程受热面安全问题进行了分析 提出了在多次启动 运行实践过程中总结出来的防止超温的措施 关键词 水冷壁 汽包 温差 超温 锅炉启动 受热面 中图分类号 T K227 1 文献标志码 B 文章编号 1674 1951 2010 12 0061 03 收稿日期 2010 07 12 1 水冷壁水循环 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 在启动时 循环回路中 处于炉外的部件靠工质循环对流加热 水冷壁均为膜式结构 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 会导致邻管间的温差 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 1 1 水冷壁并联管热偏差 在启动过程中 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刷水冷壁 加重了水冷壁并联管热负荷偏差 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 可能发生蒸干使传热恶化 启动过程 中应十分注意水冷壁屏间 管间的热负荷均匀性 1 2 建立水循环的方法 启动过程中及早建立稳定的水循环是安全启动 的重要目标 自然循环锅炉点火前 汽包水位以下空 间贮存静止状态的锅水 点火后水冷壁中锅水温度逐 渐上升 达到沸点后部分汽化 形成汽水混合物 在 该过程中 水冷壁管内工质密度逐渐减小 运动压头 逐渐增大 运动压头用于克服循环回路的流动阻力 使工质流动 当运动压头大于流动阻力时 工质加速 流动 动力压头等于流动阻力时为稳定流动 1 3 启动过程中增大运动压头的方法 1 锅炉点火后定期切换油枪 保证水冷壁受 热均匀 加强水冷壁吸热量 以降低水冷壁管壁内的 工质密度 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 因为低压时饱和水的焓值较 小 水冷壁管中的水升至饱和温度所需要的热量较 小 一定质量含汽率的汽水混合物的焓值在压力低 时较小 水冷壁吸热量相同时低压可产生较多的蒸 汽 汽水混合物密度较低 运动压头增大 低压时饱 和温度低 金属蓄热量少 水冷壁吸热可更多地用于 产生蒸汽 在相同的质量含汽率下 低压汽水混合物 的密度小于高压汽水混合物的密度 3 提前借用邻炉蒸汽加热水冷壁中的锅水 待起压后再点火 经邻炉加热后 水循环建立早而 稳定 汽包上 下壁温差下降 并且蒸汽进入过热器 有利于保护过热器 2 锅炉启动时防止汽包壁温差过大的措施 1 合理控制锅炉上水温度和速度 严格按规 程 规定执行 上水完毕后应及时投入底部加热 2 在低压阶段缓慢升压是防止汽包壁温差过 大的重要和根本措施 因此 升压过程要严格按照给 定的升压曲线进行 在升压过程中若发现汽包温差 过大 应减慢升压速度或暂停升压 控制升压速度 的主要手段是控制好燃料量 此外还可以开大一级 二级旁路以增加旁路系统的通汽量 3 升压初期汽压上升要稳定 尽量不使汽压 波动太大 因低压阶段汽压波动时饱和温度变化率 很大 饱和温度变化大必将引起汽包壁温差变大 4 采用适当的方式加强定期排污 以增强锅 炉水循环 5 采用对角投油枪 定期倒换或采用多油枪 62 华电技术第 32卷 少油量等方法 使炉膛内燃烧稳定和热负荷均匀 6 尽量提高给水温度 给水温度低 则进入 汽包的水温也较低 会使汽包壁上 下温差大 3 过热器与再热器受热面壁温 冲转时选择较高的主汽压力 投粉前应将对应 的油燃烧器全部投入 以利于煤粉燃烧 风量应适 中 不宜过大 35万 45万 m 3 h 即可 氧的体积分 数控制在 9 以下 煤粉着火后应迅速接带负荷 尽 量缩短在 150M W以下负荷的停留时间 4 原因分析 低温过热器和再热器在启动过程中 经常发生 受热面金属温度超过其材料的许用温度和温度波动 的现象 下面对其原因进行分析 1 设计壁温接近材料的许用温度极限值 过 热器 再热器管壁金属温度在锅炉各受热面中最高 在设计制造时为提高锅炉机组的经济性 采用金属 的温度常接近材料的许用温度限值 2 冷却能力差 在启动过程中 锅炉利用一 部分热量用于加热锅炉金属 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的相应水平 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 的 2次方正比于蒸汽流速的 0 8次方 在启 动过程中 过热器和再热器产生的蒸汽对受热面的 冷却能力低于正常工况下受热面金属与工质之间的 温差 很可能发生 超温 现象 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 布不均引起出口烟温不均 烟速不均等现象 会使过 热器 再热器热偏差加大 在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 中气化能力差 可能引起蒸汽夹带水分进入分配集 箱造成流量分配不均而引起热偏差 4 锅炉停运冷却过程中 部分蒸汽凝结成水 后积于过热器 U 形管下部 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不能用放水的 方法疏掉 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 并因水柱波动引起管壁 金属温度波动 5 锅炉点火启动初期 锅炉汽包内产生的蒸 汽在过热器管束内产生凝结水 积于该管束下部 U 形管内 6 在启动过程中 未并网前或并网后投入的 减温水量控制不当 减温器喷头雾化效果不好 造成 对流过热器下部 U 形管束内积水形成水塞 引起部 分管壁在启动过程中受热不均而超温 7 4 5锅炉燃油系统启动过程中 油枪部 分投不上 有时只有集中的几支能投入运行 定期切 换困难 造成炉膛受热不均 局部管壁超温 8 点火初期 燃料量过大使对流后的烟温过 高 燃烧的热量大于产生的蒸汽量 9 锅炉减温水门不严 水漏入过热器中 停炉 后减温水门没有及时关闭 过多减温水进入过热器 10 炉内烟气充满程度不均匀 产生烟温差 部分管束吸热量过大 使壁温超限 11 在启动过程中高 低旁路调整不当 造成 蒸汽管道中的蒸汽通流量过小 对管壁的冷却效果 不好 造成管壁超温 12 在并网启动磨煤机带负荷过程中 对进入 炉内的燃料量控制不当 造成燃烧剧烈和燃烧滞后 导致各过热器管壁超温 13 在并网后的升负荷期间 一级减温水用量 不当造成屏式过热器壁温超限 对进入炉膛内的煤 粉细度及风量控制不当造成高温过热器 高温再热 器 低温过热器壁温超限 5 保护措施 在启动过程中 限制过热器与再热器受热面金 属温度以防止 超温 控制各部分的热应力变化 减少寿命损耗 其保护措施如下 1 锅炉水压试验后放水时用虹吸法放尽余 水 即降压放水时只打开锅炉过热器出口联箱上的 空气门 由锅炉水冷壁下联箱的定期排污阀进行放 水 可有效放完过热器管束中的积水 2 锅炉启动初期调整好燃烧 尽量在机组并 网前不投减温水 若因锅炉主蒸汽温度高而需投减 温水 可投一级减温水 尽量不投二级减温水 防止 高温对流过热器入口联箱二级减温器出口处的过热 器管束发生水塞 3 锅炉启动初期应利用突然开大向空排汽门 或突然将 到 级旁路阀门开大的方法使过热器管 内蒸汽流速突然增加 使对流过热器进 出口联箱内 压差瞬间增大而将水塞排除 4 在启动升温 升压过程中 油枪要定期切 换 控制好燃油流量 严格按照机组启动升温 升压 曲线进行启动 控制枪前油压为 0 7M P a 左右 4 第 12期徐军涛 等 锅炉启动过程受热面安全分析与防止超温的控制措施 63 锅炉枪前油压为 0 5M P a 左右 雾化蒸汽压力为 0 8M P a 保证良好的雾化效果 5 保证燃烧所需的风量 5锅炉应控制风量 在 65万 m 3 h 二次风箱压力在 0 2k P a 左右 4锅 炉应控制风量在 40万 m 3 h 二次风箱压力在 0 1 k P a 左右 6 在启动升压过程中 应启动初期过热器系 统各级疏水阀 过热器出口疏水阀可疏掉积水并排 放蒸汽 过热器其他各级疏水主要用来疏去积水 待积水疏尽后应及时关闭 避免蒸汽短路而降低受 热面的冷却能力 主汽阀前疏水可疏掉积水 还可 对主蒸汽管暖管 该疏水阀在汽轮机冲转后关闭 7 点火初期严格控制炉膛出口烟气温度 炉 膛热负荷要尽量分布均匀以免烟气温差过大 并网 前不得超过 540 可用切换油枪和控制燃油流量 来控制其出口烟温在规定范围之内 8 监视油枪的雾化情况 如果雾化不好可将 此油枪退出运行 通知检修处理 此种情况可在锅 炉 12 6m m 人孔门处观看 9 在升温 升压过程中 如发现一级 二级减 温器前后汽温偏差大 可认为是减温水系统不严 应 将其手动门加关 防止引起过热蒸汽管道水塞 10 汽机冲转前要控制好对高压 低压旁路的 调整 保证蒸汽管路内的通流蒸汽量 使各金属壁温 得以冷却 11 在汽机未定速前 不得投入减温水 防止 蒸汽带水造成水塞而使蒸汽通流效果不好 如果遇 到低压力 高汽温工况下汽轮机胀差无法控制的情 况 在保证蒸汽参数稳定的前提下 根据情况投入减 温水 但二级减温水不能大量投入 而且要控制一 级 二级减温水后的汽温不低于其饱和温度 该过 程中的调整一定要谨慎 防止二级减温水投入量过 大而造成部分过热蒸汽管道水塞 12 当再热蒸汽管道中无蒸汽流通时 严禁调 整再热汽烟气挡板 防止再热器干烧 13 并网启动磨煤机升负荷时 燃料的投入不 易过快 要保证压力与温度稳定 启动磨煤机时投入 2个火嘴后 旁路风调整门开至 30 左右 保证磨煤 机入口风压在 4k P a 以上 粉管出口压力在 1 5 k P a 以上 并将磨煤机磨内料位控制在 650 m m左右 出 口温度控制在 80 90 运行 6 10m in 后可根据 负荷情况投入煤粉 保证入炉煤粉的细度 避免因煤 粉过粗造成燃烧滞后而使壁温超限 14 在锅炉启动过程中 要防止升温 升压速 度过快 投煤粉的时间不可过早 投粉量不可突然增 大 以防过早大量使用减温水 15 当屏式过热器及高温过热器部分壁温超 限时 可根据其壁温的分布情况调整其对应侧的减 温水量进行控制 特别是对一级减温水的控制 16 控制好燃料量 发现壁温高时要及时采取 措施 如削弱燃烧 开大旁路 开大向空排汽门 调 整两侧的烟温差等 并网后应尽快升负荷 避免在 150M W以下停留 此过程中如果出现部分超温 一 方面可调整减温水进行控制 另一方面可通过投退 燃烧器来进行控制 6 结论 1 在机组启动过程中 运行人员一定要加强 过热器区域金属壁温的监视 不可大意 2 加燃料时 不可一次增加过多 防止燃烧突 然加剧 3 开炉前检查时 要将减温水有效隔离 并网 前尽可能不用减温水 4 发现壁温不正常升高时 要及时调整并查 找原因 编辑 白银雷 作者简介 徐军涛 1972 男 河南巩义人 助理工程师 从事电 力集控运行方面的工作 刘志杰 1974 男 河南巩义人 主任工程师 助理工 程师 从事电力集控运行方面的工作 上接第 33页 4 黄伟 孙昶辉 吴子平 等 含分布式发电系统的微网技 术研究综述 J 电网技术 2009 33 9 14 18 5 胡毅 陈轩恕 杜砚 等 超级电容器的应用与发展 J 电力设备 2008 9 1 19 22 6 慧妍 齐智平 超级电容器储能单元的设计分析 J 电 源技术 2006 30 4 322 325 7 尹忠东 彭军 超级电容储能的并联电能质量调节器 J 四川电力技术 2005 1 12 15 8 祝文彪 张步涵 庞璐 超级电容器储能动态电压恢复器 的仿真研究 J 武汉理工大学学报 2008 30 8 97 100 9 杨乘胜 唐立军 I E E E1588在分布式发电系统保护采样 值同步中的应用 J 华电技术 2009 31 7 31 34 编辑 王书平 作者简介 刘伟 1983 男 陕西汉中人 在读硕士研究生 从事 电力系统及其自动化方面的研究 86 A b s t r a c t s第 32卷 w it ht e m p e r a tu r e a s h i g ha s p o s s i b l e a n dit s q u a n ti t y a s l e s s a sp o s s i b l e A im i n ga t t h ec h a r a c te r i s t i c so f t h e h e a t s u p p l y u n i t a c o m b i n e d s w i t c h o v e r ty p e s c h e m ef o rs la gc o o l e rw a s t eu t i li z a t io nw a sp u t f o r w a r d a n d t h e c o n t r a d i c t i o n b e tw e e n t h e h i g h e f f ic i e n c y a n ds a f e t y o f C F Bs la gc o o le r w a s teh e a t u t i l iz a t io nin h e a t s u p p l yu n i t w a s s o l v e de f fe c t i v e l y Ke yw o r d s c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r c y l i n d r i c a ls l a g c o o l e r e q u i v a l e n t e n t h a l p yd r o pm e t h o d c o m b i n e ds w i t c h o v e r t y p e w a s t eh e a t r e c o v e r y 10 12 44 U s i n gMF R O E D Ii n t e g r a t e d me mb r a n eme t h o dt op r o d u c ec h e m i c a l m a k eu p w a t e r f o r p o w e r p la n t WA NGR e n l e i 1 L IHa o2 HEC a i y a n2 1 H u a d i a nE l e c t r i c P o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e H a n g z h o u310030 C h i n a 2 H e b e i E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c hI n s t i t u t e S h i j i a z h u a n g050021 C h i n a Ab s t r a c t I nan o r t hw a s t ei n c i n e r a t i o np o w e rp l a n t t h eu n d e r g r o u n dw a t e r f r o md e e pw e l l w a s t r e a t e db yMF R O E D I i n t e g r a t e dm e m b r a n em e t h o da n du s e da sc h e m i c a l ma k eu pw a t e r T h ed e s i g no f t h e s y s t e mp r o c e s s t h ee q u i p me n t sa n dt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n sw e r e i n t r o d u c e d a n dt h ep r o b l e ms e x i s t i n g i nt h e s y s t e mw e r ea n a l y z e d T h ep r a c t i c es h o w st h a t u s i n gt h eMF R O E D I t e c h n o l o g y t h eq u a l i t yo f t h eo u t p u tw a t e rc a np e r f e c t l ya c c o r dw i t ht h ew a t e r q u a l i t ys t a n d a r do f c h e m i c a l m a k eu p w a t e r a n dt h es y s t e mo p e r a t e s s t a b l ya n dr e l i a b l y Ke yw o r d s c h e m i c a l m a k eu pw a t e r mi c r o f i l t e r i n g MF r e v e r s eo s m o s i s R O e l e c t r o d e i o n i z a t i o n E D I 10 12 47 I n f lu e n c eo f b y p a s sc o n t r o l f o rh i g h a n dm i d d l ep r e s s u r em a i ns t e a m o f s t e a m t u r b in e o nw a t e rle v e l i ns t e a md r u m WA NGZ i j i n B e i j i n gJ i n g f e n gG a sP o w e r G e n e r a t i o nC o r p o r a t i o nL i m i t e d B e i j i n g100074 C h i n a Ab s t r a c t T h ec o n t r o l m o d eo f t h es t e a mt u r b i n em a i ns t e a mb y p a s s s y s t e mo f M701Fg a s s t e a mc o m b i n e dc y c l eu n i t ma n u f a c t u r e db yt h eJ a p a nMi t s u b i s h iw a si n t r o d u c e d C o m b i n i n gw i t h t h em a t c h e da c t i o np r o c e s so ft h eb y p a s sv a l v ea n dt h em a i n s t e a mc o n t r o l v a l v ed u r i n gt h eu n i t s t a r t i n gu pp r o c e s s t h er e a s o n so ft h ef a s tf a l l i n go ft h ew a t e rl e v e li nm i d d l e p r e s s u r e s t e a md r u mw e r ea n a l y z e d T h ep r e v e n t i v em e a s u r e sa n do p e r a t i o np r o p o s a l w e r ep u tf o r w a r d A f t e ra d j u s t m e n t o f o p e ns p e e d o f t h eh i g ha n dm i d d l ep r e s s u r es t e a ma d j u s t i n gv a l v e t h ef l u c t u a t i o no f t h ew a t e r l e v e l i ns t e a md r u mw a sd e c r e a s e de f f e c t i v e l y a n dt h eu n i t s a f es t a r t u pa n ds h u t d o w nw e r ee n s u r e d Ke yw o r d s g a s a n ds t e a mc o m b i n e dc y c l e u n i t b y p a s s c o n t r o l w a t e r l e v e l i ns t e a md r u m 10 12 51 A n a l y s i s o nr e a s o no f i n d u c e dd r a f t f a ns t a ll o f 600MW u n it a n dc o u n t e r me a s u r e s L I UT a o S h a n x i Z h a n g s h a nP o w e r G e n e r a t i o nC o r p o r a t i o nL i m i t e d C h a n g z h i 046021 C h i n a Ab s t r a c t T h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt e c h n i c a lp a r a me t e r so fi n d u c e dd r a f tf a no ft h eb o i l e rw i t hb a g t y p ed u s tr e m o v e ri na p o w e r p l a n t w e r ei n t r o d u c e d B a s e do nt h i s t h er e a s o n so fi n d u c e dd r a f t f a ns t a l l w e r ea n a l y z e d T h er e l e v a n t me a s u r e sw e r e a d o p t e d a n df a v o r a b l ee f f e c t s w e r eo b t a i n e d Ke yw o r d s i n d u c e dd r a f t f a n t e c h n i c a lp a r a m e t e r r e a s o no f s t a l l a i r q u a n t i t y w i n dp r e s s u r e 10 12 54 A n a l y s iso ne x e r g ye f f i c ie n c yo f 600 MW u l t r a s u p e r c r i t ic a l b o i l e r Z HA OZ h o n g d o n g XU EQi n g h o n g J i a n g s uG u o h u aC h e n j i a g a n g P o w e r G e n e r a t i o n C o r p o r a t i o n L i m i t e d Y a n c h e n g 224631 C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h et h e r m o d y n a m i ce x e r g ya n a l y s i s t h e m a t h e m a t i c a le x p r e s s i o no fb o i l e re x e r g ye f f i c i e n c yw a se s t a b l i s h e d F o r as e l e c t e dc o n d i t i o n t h ee x e r g yl o s sa n dt h ee x e r g y e f f i c i e n c yo f a600MW u l t r a s u p e r c r i t i c a l b o i l e r w e r e c a l c u l a t e d T h ec a l c u l a t i o ns h o w s t h a t t h ee x e r g ya n a l y s i s me t h o dc a nr e f l e c t v a r i o u sl o s s e s a n dt h e i r h a p p e n i n gp o s i t i o no f p o w e r p l a n t b o i l e r m o r ec o m p r e h e n s i v e l y I no r d e rt ot a pt h ep o t e n t i a lo fe n e r g y c o n s e r v a t i o na n dt oe n h a n c et h ee c o n o m i c a le f f i c i e n c yo ft h e b o i l e r t h eme a s u r e s f o r d e c r e a s i n gt h ee x e r g yl o s s w e r e p u t f o r w a r d Ke yw o r d s 660MW u l t r a s u p e r c r i t i c a l b o i l e r e x e r g yl o s s e x e r g ye f f i c i e n c y e n e r g yc o n s e r v a t i o n 10 12 57 C h e m i c a l in d e p t hd e b u g g in gt e c h n o l o g yf o r u l t r as u p e r c r i t i c a l u n i t s L UGu o h u a F ANS h e n g p i n g G u a n g d o n gP o w e rG r i dE l e c t r i cP o w e r R e s e a r c hI n s t i t u t e G u a n g z h o u510080 C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f u l t r as u p e r c r i t i c a l u n i t t h ed e b u g g i n gp r o c e s so f t h ec h e m i c a ls y s t e m a n dt h es i t ed e b u g g i n ge x p e r i e n c e s t h ec h e mi c a l i n d e p t hd e b u g g i n gt e c h n o l o g yo f n e w b u i l t u l t r as u p e r c r i t i c a l u n i tw a se x p o u n d e dc o n s i d e r i n gt h eo p t i mi z a t i o 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