大型锅炉汽包壁温差产生的应力分析及防范措施.pdfVIP

·26· 西北电建 2008年第2期 大型锅炉汽包壁温差产生的应力分析及防范措施 陈 禄 (西北电力建设调试施工研究所 西安市 710032) 【摘 要】本文通过分析汽包上下壁温差、内外壁温差产生热应力，论述热应力对汽包产生的危害，并通 过对产生汽包壁温差产生的原因分析，提出机组在启动、升温升压、正常运行、停炉过程各阶段中有效防止汽包 壁温差增大的措施，为机组运行提供参考。 【关键词】 汽包 壁温差 热应力 控制 汽包是汽包炉中体积最大、壁最厚的承压元件，由于汽包的壁厚、长度值大，承受的压力又特别高， 机组启停过程中容易产生汽包内外、上下壁温差，导致产生较大的热应力，对汽包的安全运行和寿命构成 了一定的影响，所以在机组运行过程中如何有效控制汽包壁温差，寻找有效的控制方法是十分有意义的。 本文通过汽包壁温差产生的原因分析、产生的应力分析提出在机组上水、升温升压、正常运行、停炉 各阶段应该注意的问题。 l 汽包壁温差产生的原因 1．1由启动前的进水温度引起，进入锅炉的水有具有一定的温度，水进入汽包后首先与汽包下部接触，如 果进入汽包的给水温度 (不是炉前给水温度，是经过省煤器后的省煤器出口温度)低于汽包壁温，这样就 容易导致汽包下壁温以及下壁温的内壁温先降温，这样就导致了汽包上壁温高、下壁温低、内壁温低外壁 温高的现象，这种现象常在机组温态启动、热态或极热态启动时发生；如果进入汽包的给水高于汽包的壁 温，那么和上面所讲相反是汽包下壁温先升温、内壁温先升温，这样就导致汽包下壁温以及下壁温的内壁 温先升温，这样就导致了汽包上壁温低、下壁温高，内壁温高外壁温低的现象。 1．2上下壁温差。点火升压阶段，随着压力的升高，炉水和蒸汽的温度也随之升高。汽包的下半部被炉水 加热，而上半部被蒸汽加热，虽然炉水温度和蒸汽温度在升温过程中基本相同，但是由于蒸汽的放热系数 比水的放热系数大2-3倍，所以上部汽包的壁温升要远远高于下部汽包的壁温升，升压速度越快，产生 的壁温差就越大。 停炉冷却后，伴随着汽包压力的下降，饱和蒸汽也在下降，汽包内饱和蒸汽被上壁加热后成为过热蒸 汽，过热蒸汽较饱和蒸汽密度小，在汽包上部内壁形成一层过热蒸汽的保护膜，过热蒸汽的导热性能差， 且不能形成对流换热，导致汽包上壁温冷却很慢，而下壁温接触的是锅水，仍在构成自然循环，冷却较快， 所以在停炉过程中上半部分温度高，下半部分温度低。 l-3由汽包厚度导致的汽包内外壁温差。国产300MW亚临界锅炉汽包壁厚在140,160mm之间，600MW 亚临界锅炉汽包壁厚在160,200mm之间，而且随着锅炉容量的增加，汽包的壁厚也在增加，汽包内水和 蒸汽的饱和温度是随着压力升高而升高的，同水和蒸汽接触的汽包内壁，其温度接近饱和温度，但外壁则 是靠汽包壁金属导热而升高的，这就使内外壁产生传热温差。 1．4由汽包长度导致的汽包壁温差。在锅炉启动初期，锅炉内水循环比较弱，汽包内水流缓慢，在炉膛受 热较弱局部，甚至出现循环停滞区，使汽包内该部分水温明显偏低，而蒸汽在汽包内的蒸汽空间传热相对 较均匀，使汽包上下壁温差进一步增大。 1．5其他原因。当省煤器再循环门不严密时，在启动过程中向锅炉补充给水时，一部分低温水不经过省煤 器而直接进入汽包，因而导致汽包壁温差的增大。 2 由壁温差导致的汽包热应力分析 2008年第2期 西北电建 ·27· 汽包的热应力主要由内壁与外壁温度差、汽包上部与下部温度差引起的。 2．1汽包内外壁温差引起的热应力 启动时，在准稳态 (此时内外壁温差达到最大)下，汽包内壁与外壁的最大热应力为： 2 内壁热应力： (，I 一 一-- X △f 3高 外壁热应力： 一 ×高：一 × △f ，： 汽包材料线胀系数，12×1O ℃～； ： 为材料弹性模数，(2．0～2．1 X10 MPa；