锅炉启动过程中的安全监督

一、汽包启动应力汽包锅炉的汽包为单向受热的厚壁部件，在启动过程中将产生很大的启动应力。锅炉启停必须严格控制压力变化的速度，很主要的一个原因就是考虑汽包的安全。锅炉在启动、停运与变负荷过程中，汽包金属将出现下述几种应力。1、汽包机械应力汽包机械应力是指由汽包内的工质压力引起的金属应力，这个应力在任意点的三个方向均为拉应力，且均与汽包内压力成正比。2、热应力热应力又称温差应力，是由于不通部位金属在不同温度下其体积变化受到限制而产生的应力，启动热应力主要由汽包的上、下壁温差和内外壁温差引起的⑴上、下壁温差引起的热应力。在锅炉进水和锅炉升压过程中将出现汽包上下壁温差。锅炉进水时汽包壁温为下高上低。汽包起压后汽包壁温为上高下低，且升压速度越快，饱和温度增加的越快，汽包上下壁温差越大。汽包下壁的应力状态由受压转为受拉经历一次应力循环。由于启停一次应力变化的幅值与最初的压应力有关，而应力循环幅值大小会影响汽包的低周疲劳寿命，所以启动前进水应限制进水温度和时间，应尽可能减小上、下壁温差。⑵内外壁温差引起的热应力。汽包内外壁温差出现于锅炉进水和锅炉升压过程中。进水时，热水只与汽包内壁接触，外壁接受内壁热流故其温度低于内壁，产生内外壁温差。点火后随着汽压上升，饱和温度的升高，同水和蒸汽接触的汽包内壁温度接近于饱和温度，但外壁温度的升高则受到金属导热及壁厚的限制，因而造成内外壁之间的温差。锅炉稳定运行时，由于汽包的导热系统λ很大，所以汽包内壁内的温差较小，热应力也较小。然而，锅炉在启停或变负荷过程中，由于介质温度不断上升，故产生了很大的热应力。内壁温度高，膨胀受阻而承受压应力；外壁温度低，承受拉应力。汽包壁温差的最大值通常出现在启动之初。其原因是启动之初，水循环弱，水扰动小，汽包下半部与几乎不动的水接触传热，使汽包下部金属升温慢；二是低压阶段压力不大的变化会引起饱和温度很大的变化，即引起锅水和汽温产生较大的变化，使水汽对汽包壁的放热量也相应发生较大的变化，加大了汽包的上下壁温差和内外壁温差。3、附加应力附件应力是指汽包与内部介质质量引起的应力，其数值与以上两种应力比较要小得多。二、启停过程中汽包壁温差的监视为保护汽包，整个启动过程必须不断监视汽包上下壁温差以及内外壁温差。由于汽包内壁金属温度不能直接测量，故常以饱和蒸汽引出管外壁温度代替汽包上部的内壁温度，以集中下降管外壁温度代替汽包下部的内壁温度。以最大的引出管外壁温度减去汽包上部外壁最小温度，差值即为汽包上部内外壁最大温差。三、汽包启动应力控制锅炉启动过程中，机械应力随汽压上升而增大，逐渐成为汽包应力的主要部分，汽包热应力则随汽压上升而逐渐减小，并且它只与汽包壁温差有关。在汽包内壁，内外壁温差引起压应力与机械应力相消，汽包外壁引起拉应力与机械应力正向叠加。如果没有孔边应力集中，则外壁拉应力将成为最大峰值应力。随着压力提高，当机械应力占据主导地位后，则可适当采用较高的温升速率。在汽轮机冲转以后，锅炉的启动速度还要受到汽轮机运行方式的限制，升压主要是控制过热汽温的升温速率，而启动热应力所允许的壁温差通常是自然满足的。停炉过程中最大峰值应力通常在停炉初期阶段出现，这时机械应力最大，而壁温差产生的热应力在内壁又是与机械应力相同的，叠加后得到最大的热应力。为减小应力幅值，应注意该阶段对降温速度的控制，不宜过大。如上所述，启动应力为控制的重要标志是汽包的上下壁温差和内外壁温差。四、锅炉启停过程中防止汽包壁温差过大的措施1、启动中严格控制升压速率尤其是低压阶段的升压速度应力求缓慢。这是防止汽包温差过大的根本措施，为此，升压过程应严格按照给定的锅炉升压曲线进行，如发现有异常情况，应减缓或暂停升压。控制升压速率的主要手段主要是控制燃烧率，此外还可改变旁路系统的通汽量进行升压过程的控制。2、设法尽快建立正常的水循环水循环越强，上升管出口的汽水混合物以更大的流速进入并扰动水空间，使水对汽包下壁的放热系数提高，从而减小上下壁温差。3、初投燃料量不能太少，炉内燃烧、传热应均匀。初投燃料太少，水冷壁产汽量少，水流动慢，流量偏差大，且炉内火焰不易充满炉膛，有可能使部分水冷壁处于无循环或弱循环状态，与这部分水冷壁相对应的汽包长度区间的上下壁温差增大。因此保持均匀火焰是启动燃烧调整的重要任务。初投燃料量与控制升压速度的矛盾，可用开大旁路系统调门的方法解决。4、控制降压速度停炉尤其在高参数停炉之初需谨慎控制降压速度，以免发生更大的汽包壁温差和峰值应力；降压