锅炉汽包热应力的产生及预控措施

1、锅炉汽包热应力的产生及预控措施1汽包应力分析汽包主要有压力引起的机械应力和温度变化引起的热应力。压力产生的机械应力有切向、轴向和径向应力三种，计算公式如下:轴向j（i）匚一石2 -23切向 < =i+w p（2）广丿22、径向 <7； = 1 一二 p（3）八；一石 r式中汽包内压力mm；r山、险汽包平均、内、外、卜彳空山。?由（1）、（2）、（3）式可知，机械应力与其工作压力成正比，因此在设计中通 过强度计算來确定汽包的壁厚、直径和选材等，运行中只耍控制不超压运行，机 械应力的最大值是稳定的。2汽包热应力的产生锅炉在启动和停炉过程中，汽包壁内的温度场和传热条件不断变化。当温度 变

2、化时，汽包筒体存在着3种温差：内外壁温差（沿壁厚方向存在温度梯度）、上 卜壁温茅（圆周方向的温度不均匀）、纵向温羌（长度方向的温度不均匀）。因汽包 口j自出膨胀，故略往纵向温差的影响。2. 1上下壁温差的产生升压过程。在升压过程中，汽包内壁温度表现为上部温度高下部温度低。原 因分析如卜:3）汽包卜部为水空间，上部为汽空间。在锅炉启动过程中，汽侧介质的温度 为饱和温度，而水侧介质的温度则低于饱和温度。而11在升温过程中，汽包壁金 属温度低于介质温度，形成介质对汽包壁加热。汽包下部为汽水混合物对汽包壁 对放逐热，由于凝聚放热系数比对流传热的放热系数要大34倍，所以汽包上 半部温升比下半部温升快，形

3、成上下壁温差。b）锅炉启动初期，水循坏微弱，汽包内水流缓慢，在炉膛受热较弱的局部甚 至出现循环停滞区，使水温明显偏低，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。c）在升压过程中，汽包上部饱和蒸汽温度与压力是单一关系，压力上升时， 温度随着上升。蒸汽空间的蒸汽只能过热不会欠焙。下部水温的上升需要靠介质 活动传热，水温上升缓慢。升压速度越快，汽包上下部介质温差越大。停炉降压冷却过程。在停炉降压冷却过程中，也冇很多因索使汽包上部壁温 高、下部壁温低。a）在停炉过程中，水侧介质温度接近于饱和温度，而汽侧介质过热而使温度 高于饱和温度。而且汽包壁厚较大，加上表而冇良好的保温层

4、，汽包具冇较大的 蓄热能力。由于汽包向四周介质散热很少，所以停炉过程中汽包的冷却主要依靠 水循环。当汽包内介质的压力及相应的饱和温度逐渐降低吋，汽包金属对工质放 热，由于上部金属对蒸汽的放热系数小于下部金属对水的放热系数，从而使上部 温度高于下部温度。降压速度越快，汽包下部温度下降越快，而上部壁温相对下 降较慢，造成上下壁温差大。b）在停炉过程中没控制好汽包水位，频繁地向汽包补进温度较低的水，使上 下壁温差进-步增大。c）在“四管”爆漏的事故处理屮，由于降压速度快，同吋又不断地大量补水 维持汽包水位，造成上下壁温差严重超标。2. 2上下壁温差产生的热应力汽包热应力计算表明，汽包上下壁温羌引起的

5、热应力主要是轴向应力，切向 和径向应力与之相比约低一个数目级，故口j忽略不计。汽包上部壁温高，金属膨 胀量大；下部壁温低，金属膨胀量相对较小。这样就造成上部金属膨胀受到限 制，上部产生压缩应力，下部产生拉伸应力。热应力与温差成正比，汽包上下壁 温差越大，产生的热应力越大。2. 3内外壁温茅产生的热应力汽包内外壁温差的形成主耍是在升温过程，介质不断地对汽包内壁加热，内 壁温升快，外壁温升慢，造成内外壁存在温并，使内壁产生压缩应力，外壁产 生拉伸应力。应力计算指出，内外壁温差产生的热应力主要是轴向和切向热应力, 而且轴向与切向热应力大小相当，控制汽包内外壁热应力的关键是控制升温速3汽包热应力的控制

6、措施汽包热应力的控制实质上就是对汽包上下壁、内壁温差进行控制。在启、停炉过程中，严格控制升温或降温速度，一般规定升温（降温）速度3 值不得超过（l5-20）°c/niin,或100°c/h。由于水和蒸汽在饱和状态下温度和 压力之间存在一定的对应关系，所以锅炉启动的升压过程也就是升温过程，通常 锅炉在启动时以升压速度来控制其温升速度的人小。但在锅炉启动初期应采用更 小的升压速度，由于升压初期汽水饱和温度随压力的变化较大（见表1）,此期间 更轻易产生较大的壁温差。图1所示为某台hg-220/100-ym10型锅炉在母管制系统屮的冷态启动曲线。 从曲线上可以看出：在升压的初始阶段

7、，升压速度很低，在loomin内汽压升高 仅为0. 25mpao随后锅炉的升压速度逐步有所进步。从图上还可以看出，该锅炉 从点火开始直至并汽，总共需要约4.25h。在升压或降压过程屮，若发现汽包上下壁温差超过规定值(50°c),应减慢升 (降)压速度。控制升压速度的主要手段是控制燃料耗量，此外述可以加大旁路阀 门的开度进行升压速度控制。启炉时，加强水冷壁下联箱的放水，通过适当放水, 用热水替换受热较少的水冷壁及不受热的联箱等部件内的冷水，促使各部位温升 均匀，有利于建立止常的水循环，减小汽包壁温茅。维持炉膛燃烧稳定，热负荷 均匀，并且有一定水平。采用对称投油枪定期切换，或采用多油枪少

8、油量等方法 使炉膛热负荷均匀，确保水循环正常。尽量维持较高的给水温度。由于温度低的 给水进进汽包，会使下壁温度低，造成上下壁温差大。向汽包补给水时须严密封 闭省煤器再循环门，否则，水短路进进汽包造成上下壁温差增大。在有条件的情 况下，尽量采用蒸汽加热水冷壁下联箱方法，能加快建立止常水循环。hg-220/100-ym10型锅炉水冷壁下联箱装有加热蒸汽引进管，借助临机抽汽加热 锅水,将锅水加热到100c左右再进行锅炉点火。这样，在锅炉点火以后，水冷 壁可以立即开始产汽，大大加快了水循坏的建立和稳定。停炉后要避免大量排汽 造成降压速度太快，应使汽包缓慢均匀冷却，同时尽量保持汽包高水位。降压后 期及停炉后要特别留意控制好汽包水位，尽量避免大量放水、补水使汽包下壁急 剧冷却，汽包上下壁温差增大。a i汽水抱力父化的2化单絶对圧力(mim)0. 17.20.2-0. 50.5-1.0l 0-4.0no10-mn-20 1饱和詛度平为芟化华 (r/ipa)3051055523106. 45在处理“四管”爆漏事故中，尽可能稳定地控制补水量。水冷壁、省煤器爆 漏，水位难维持吋宜尽快停炉，停炉后可不再向汽包进水。同时停炉后要避免长 时间开启烟道挡板造成炉内急剧冷却。进步设备的检验质量，确保阀门严密。