母管制鍋爐停爐壁溫差的控制探討

吳永翔

母管制鍋爐停爐壁溫差的控制探討

吳永翔

(攀鋼能源動力中心，四川攀枝花，617000)

通過對現(xiàn)場操作的分析，總結(jié)了母管制鍋爐停爐過程中的注意事項，解決了停爐過程中壁溫差的控制問題，確保了鍋爐的運行安全。

壁溫差;壓降;水位;母管制

1 前言

攀枝花攀鋼釩能源動力中心中壓蒸汽系統(tǒng)共有8臺中溫中壓鍋爐，鍋爐額定蒸汽壓力3.82 MPa，額定蒸汽溫度450益，8臺鍋爐采用母管制方式運行，鍋爐與汽輪機相對獨立。鍋爐設(shè)計為煤氣、煤粉四角切換混燒、自然循環(huán)鍋爐，其中130 t/h鍋爐汽包直徑1692伊46mm，由20G制成，筒身長8600 mm，全長10044 mm，汽包水位在中線下150 mm，汽水水壓試驗水容積20 m3，正常運行水容積8 m3。

鍋爐停爐的壁溫差控制一直是現(xiàn)場控制的難點，實際運行中壁溫差有時高達70益以上，嚴重威脅著鍋爐的運行安全，導(dǎo)致鍋爐泄漏，倒停爐頻繁，2012年全年倒停爐達到28次。本文通過對現(xiàn)場操作的分析，總結(jié)了母管制鍋爐停爐過程中的注意事項，解決了停爐過程中壁溫差的控制問題，確保了鍋爐的運行安全。

2 母管制鍋爐停爐過程壁溫差產(chǎn)生原因

停爐過程中，因為汽包隔熱保溫層較厚，向周圍散熱較弱，冷卻速度較慢，汽包的冷卻主要在水循環(huán)。汽包內(nèi)部上部分為蒸汽，下部分是飽和水，水的導(dǎo)熱系數(shù)比蒸汽大，汽包下部的蓄熱很快傳遞給水，使汽包下壁溫度接近當(dāng)時壓力下的飽和水溫度。而蒸汽接觸的上壁溫度由于管壁對蒸汽的放熱系數(shù)小，傳熱小而使溫度下降較慢，因而造成了上、下壁溫差擴大，造成汽包壁承受過大應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂紋，縮短了使用壽命。

另一方面，母管制鍋爐的停爐過程中，首先要進行鍋爐與母管的解列操作。在解列時，鍋爐對空排氣門全開。造成后期鍋爐放汽率較大，壓降速率較快，汽包飽和水溫度以及下壁溫度快速下降，導(dǎo)致壁溫差的進一步擴大，是母管制鍋爐停爐過程中產(chǎn)生正壁溫差較大的主要原因。

因此，為控制母管制鍋爐壁溫差的擴大，應(yīng)從減小下壁溫度的下降速度方面入手。

3 控制對策研究

3.1 中壓鍋爐停爐操作現(xiàn)狀研究

母管制鍋爐停爐的常規(guī)操作是先將鍋爐與蒸汽母管解列，其次是滅火降壓、停爐，其主要操作步驟如圖1。

圖1 130t/h鍋爐停爐主要操作步驟流程圖

從圖1可以看出，結(jié)合現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗，在整個停爐操作過程中，導(dǎo)致汽包壁溫差大的主要因素有以下幾方面的因素。

（1）在實際操作過程中，為縮短倒停爐時間，降負荷過快，導(dǎo)致壁溫差初期過高，滅火前壁溫差可到30益左右，導(dǎo)致后期壁溫差超過40益，甚至最高達到70益。

（2）停爐前正常水位，降壓過程中由于汽包排空汽門全開，汽水損失較大，崗位人員為控制水位，導(dǎo)致系統(tǒng)補水頻繁。一方面系統(tǒng)補水溫度一般在100益或者130益左右，遠低于停爐時汽包內(nèi)蒸汽溫度250益；另一方面鍋爐滅火后，汽水循環(huán)減緩，頻繁的補水加劇了汽包內(nèi)汽水的擾動，導(dǎo)致蒸發(fā)加劇，加快了下壁溫度的下降。.

（3）崗位人員考慮鍋爐運行安全，擔(dān)心系統(tǒng)超壓，鍋爐與母管解列后將對空排氣門全開，導(dǎo)致系統(tǒng)壓降過快，一般在20~30 min，汽包壓力由正常是3.8 MPa左右下降至0，壓降速率達到0.12~0.19 MPa/min，遠遠超過了鍋爐允許的壓降速率要求。對空排汽門全開，導(dǎo)致系統(tǒng)蒸汽壓力下降較快，汽包飽和溫度急劇下降，。

（4）鍋爐滅火后，因考慮煤氣系統(tǒng)運行安全，必須在煤氣管道吹掃合格后停運送吸風(fēng)機，導(dǎo)致滅火后由較長時間的強制通風(fēng)。若插板閥不嚴最長可達8 h以上，導(dǎo)致系統(tǒng)散熱較快，壁溫差擴大。

綜上所述，導(dǎo)致母管制鍋爐停爐壁溫差大的主要因素是停爐前壁溫差過大，降壓過程中補水頻繁，壓降率過快，強制通風(fēng)時間較長等因素，在實際操作中，導(dǎo)致壁溫差可到70益以上，遠超過標(biāo)準(zhǔn)40益的要求。

3.2 控制措施

結(jié)合現(xiàn)場的實際操作情況，總結(jié)出以下幾方面的操作注意事項，可有效的控制住汽包壁溫差：3.2.1滅火前的壁溫差控制

鍋爐停爐過程中，隨著汽包壓力的下降，因水空間水的飽和溫度隨著壓力下降而快速下降，汽空間下降速度相對較慢，因此停爐過程中一般出現(xiàn)正壁溫差。

即使按照規(guī)定的壓降速率0.05~0.11 MPa/min降壓，汽包壁溫差仍會有15~20益左右的上升。因此為控制整個停爐過程的壁溫差，在鍋爐滅火前，應(yīng)盡量控制汽包壁溫差在20益以內(nèi)。為控制初期壁溫差應(yīng)注意在鍋爐滅火前降負荷階段要緩慢，從120 t/h降低至解列前40 t/h時間應(yīng)控制在0.5 h以上，且水位平穩(wěn)上升，避免水位大幅度變動等措施來實現(xiàn)。

3.2.2 控制滅火前的汽包水位控制

鍋爐給水溫度在130益左右，滅火前若汽包水位過低，將導(dǎo)致降壓過程中頻繁補水，擾動加劇了水空間的換熱，導(dǎo)致下壁溫快速下降，汽包壁溫差擴大。汽包壓力對應(yīng)飽和溫度變化見圖2。

從圖2可知，當(dāng)汽包壓力下降至0.3 MPa左右時，汽包飽和溫度方在130益左右，與給水溫度接近。因此壓力下降過程中，壓力降低至0.3 MPa之前，應(yīng)做到盡量減少補水，甚至不補水，因此滅火悶爐前應(yīng)將汽包水容積盡量控制在高位。

圖2 飽和壓力與溫度變化對照圖

（1）汽包最小水容積計算

鍋爐在停爐過程中，由于疏水門、空氣門等不可能全部關(guān)閉嚴密，不可避免的泄漏損失。損失量可從鍋爐正常運行中給水量，蒸汽量的差值計算得出，計算公式如下：

正常運行中中心130 t/h鍋爐汽水損失10 m3/h左右，根據(jù)伯努利方程，在流通面積不變的情況下，泄漏量與壓力的平方成正比，隨著壓力的下降，鍋爐汽水系統(tǒng)泄漏率會逐漸降低，則：

因此壓降到0.3 MPa時泄漏量為：

其中t2=0，t1=（3.82-0.3）/0.05=70 min，可得整個過程損失量大約為：

Q損=4.16 m3

整個降壓過程中，確保水位均值正常水位（檢測值0 mm）以上，3.8~0.3 MPa壓降期間不補水（水位0mm以上），滅火前汽包水容積至少應(yīng)為：

V水=8+Q損=12.16 m3

(2)滅火前補水控制

中心130 t/h鍋爐均無高水位計，高水位無法監(jiān)控，一旦補水過多，將造成過熱器進水，危及過熱器運行安全，在無高水位計的鍋爐，補水時間可按照下面方法估算。

按照130 t/h鍋爐汽包容積20 m3，正常運行檢測0水位在中心線下-150 mm（水位計顯示0 mm），將汽包簡化看做圓柱體，如圖3。

圖3 汽包檢測與實際水位關(guān)系示意圖

由圖3可知，汽包簡化為圓柱體，其汽空間體積與截面積成正比，汽空間截面積為：

則汽空間體積為：

檢測水位與實際水位中心水位有如下關(guān)系：

有（5）、（6）、（7）式可得：

V汽=V總伊（arc cos（H/R）/180毅伊3.14R2-H伊SQRT（R2-H2））/（3.14R2）

實際操作過程中，為便于補水時間、補水量控制，滅火前可通過水位計觀察將水位上至汽包中心線位置，即h檢測=150 mm，則H=0，可得：

V水=V汽=10 m3

則汽包水容積與補水時間，補水量的關(guān)系為：

其中補水量是可控制的，按照50 t/h補水，則：

考慮安全性，補水不進入過熱器，以及壓降過程中的最小水容積，則V汽應(yīng)在12.16~20 m3之間，由水位+150 mm開始2.6~12 min。為確保過熱器運行安全，該補水量下一般補水時間控制在5~7 min。實踐證明是可行的，未出現(xiàn)補水進入過熱器現(xiàn)象。

3.3 鍋爐壓降速率的控制

鍋爐壓降速率鍋爐過快，不僅會導(dǎo)致汽包壁溫差的擴大，影響汽包的使用壽命。同時，各受熱面也會承受較大應(yīng)力，影響和受熱面的使用壽命，特別是焊縫處容易產(chǎn)生泄漏。因此，控制鍋爐壓降速率在停爐過程中非常重要。鍋爐與蒸汽母管解列后，一般蒸汽壓力在3.4~3.5 MPa左右，鍋爐汽壓保護安全閥動作為3.93 MPa具有一定的緩沖空間。因此，在鍋爐滅火后可將鍋爐對空排氣門緩慢關(guān)閉，經(jīng)試驗驗證，熱電站130 t/h鍋爐一般在3.2 MPa時，就可將對空排氣門關(guān)完，以降低鍋爐壓降速率，減小汽包壁溫差。

在實際操作充對空排氣門的關(guān)閉需參照汽包壓力的變化，只要汽包壓力不上升，就可繼續(xù)關(guān)閉，直至關(guān)完，采用“悶爐”降壓的方式，以減緩壓力下降速度，達到均衡降壓的目的。經(jīng)驗證，對空排氣門全關(guān)后，鍋爐汽壓從3.0 MPa下降至0 MPa時間在1~ 1.5 h之間，壓降速率達到了0.05 MPa/min的要求，不僅有利于汽包壁溫差的控制，同時對減緩了受熱面的應(yīng)力變化，延長個受熱面的使用壽命，對減少泄漏次數(shù)有積極的作用。

3.4 減少強制通風(fēng)時間，降低壓降速率

經(jīng)過實際觀察，影響強制通風(fēng)時間較長的主要因素在于煤氣系統(tǒng)吹掃，一旦吹掃不合格，吹掃時間長，導(dǎo)致送吸風(fēng)機運行時間較長，長的可到8h以上。根據(jù)實際操作過程，在鍋爐降負荷過程中鍋爐煤粉、高爐煤氣基本解列完畢，僅剩點火焦?fàn)t煤氣再運行。鍋爐滅火前，高爐煤氣、燃用焦?fàn)t煤氣解列后，應(yīng)立即安排人員分別進行相應(yīng)的系統(tǒng)吹掃，以減少煤氣系統(tǒng)吹掃時間。鍋爐滅火后，僅進行點火焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)吹掃，可較大程度上縮短送吸風(fēng)機運行時間。

停爐8~10 h后可根據(jù)當(dāng)前的汽包上、下壁溫差和內(nèi)、外壁溫差情況決定是否進行自然通風(fēng),如果溫差不大時可打開空預(yù)器入口煙門、引風(fēng)機進、出口門進行自然通風(fēng)。

另外,如汽包壓力在0.5~0.8 MPa時需進行帶壓放水,應(yīng)檢查汽包上、下壁溫差<40益,打開定排各放水門、省煤器各方水門進行快速放水,當(dāng)汽包壓力降至0.2 MPa以下時開汽包空氣門,將爐水放盡,利用余熱進行烘干。當(dāng)然,在鍋爐停爐后,無特殊情況均應(yīng)采用正常冷卻,汽壓降至0再開啟定排各放水門、省煤器各方水門和汽包空氣門,將爐水放盡。

3.5 減少煙風(fēng)系統(tǒng)泄漏，延遲通風(fēng)

停爐8~10 h后可根據(jù)當(dāng)前的汽包上、下壁溫差和內(nèi)、外壁溫差情況決定是否進行自然通風(fēng),如果溫差不大時可打開空預(yù)器入口煙門、引風(fēng)機進、出口門和引風(fēng)機動葉進行自然通風(fēng)。如需緊急冷卻可在汽包壁溫任何兩點溫差不超過32益時,在停爐18 h后,啟動一臺引風(fēng)機通風(fēng)冷卻,當(dāng)省煤器出口煙溫<50益時,停止引風(fēng)機運行;若汽包壁溫任意兩點溫差>32益時,應(yīng)停止快冷。另外,如汽包壓力在0.5~0.8 MPa時需進行帶壓放水,應(yīng)檢查汽包上、下壁溫差<35益,打開定排各放水門、省煤器各方水門進行快速放水,當(dāng)汽包壓力降至0.2 MPa以下時開汽包空氣門,將爐水放盡,利用余熱進行烘干。當(dāng)然在鍋爐停爐后，無特殊情況均應(yīng)采用正常冷卻,汽壓降至0再開啟定排各放水門、省煤器各方水門和汽包空氣門，將爐水放盡。

3.6 其他方面

為便于停爐過程的安全，需要在控制系統(tǒng)上增設(shè)鍋爐壓降速率的參數(shù)監(jiān)控，并設(shè)相應(yīng)的報警值，以達到提醒崗位人員的作用。

其次，鍋爐對空排氣門的功能應(yīng)進行完善，應(yīng)具有開、關(guān)、停的功能，以便實現(xiàn)崗位人員在操作過程中對汽包壓力的安全控制，防止鍋爐超壓。

4 結(jié)論

綜上所述，為控制母管制鍋爐停爐壁溫差，在停爐過程中，應(yīng)注意以下方面的操作：

(1)初期降負荷階段，控制降負荷速度，控制降負荷時間在30 min以上，兼顧壁溫差不超過20益，可適當(dāng)加快。解列緊急放水門聯(lián)鎖，將汽包水位平穩(wěn)提高水位至+100耀+150 mm之間。

(2)鍋爐與母管解列后，滅火前10 min內(nèi)，控制汽包水位在+100耀+150 mm之間后快速將鍋爐水位上至高水位，上水量按照50 t/h控制，上時間按照5~7 min。

(3)在鍋爐滅火后應(yīng)將對空排氣門關(guān)回，關(guān)閉過程中兼顧壓力變化，確認壓力不上水。盡量控制壓力下降至3.2 MPa之前，鍋爐對空排氣門全關(guān)，采用悶爐降壓，減緩降壓速度。

(4)滅火后盡快停運送、吸風(fēng)機、縮短鍋爐強制通風(fēng)時間，并檢查鍋爐人孔門、看火孔等，確認嚴密關(guān)閉。

5 結(jié)束語

通過以上對策的實施，改變了以往停爐過程的習(xí)慣性操作，能有效的避免鍋爐汽包壁溫差的擴大，并控制鍋爐停爐過程壁溫差在40益以內(nèi)，延遲汽包的使用壽命，并減少鍋爐的泄漏頻率。

A Discussion on the Control of Wall Temperature Difference during Shutdown of Header Piping Boilers

Wu Yongxiang
(The Energy Power Center of Panzhihua Iron and Steel Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617000,China)

Through analysis of site operation,attention points during shutdown of head原er piping boilers were summed up and the control problem of wall temperature difference during shutdown of the boilers was solved,which ensured the operation safety of the boilers.

wall temperature difference;pressure drop;water level;header piping system

TK229

B

1006-6764（2014）10-0037-04

2014-06-12

吳永翔(1967-)，男，大學(xué)本科學(xué)歷，熱力工程師，現(xiàn)從事熱能動力生產(chǎn)運行及技術(shù)管理工作。