锅炉原理概述

小 论 文

题 目 名 称：学 院：专 业/班 级：学 生：学 号：指 导 教 师：

汽包锅炉启动过程分析与保护

秦 敏

锅炉原理小论文

前言

随着火力发电厂装机容量的增大，发电机组的安全运行成为影响火力发电厂经济效益的

重点，因而预防电厂事故显得至关重要。我国火电机组中停运事故的50％以上发生在锅炉侧，而且这些事故的绝大多数是由锅炉启动过程中的问题所引起的。所以火力发电厂锅炉的安全启动在整个电厂的运行中成为了一个极其重要的问题.

锅炉的启动状态一般按照停炉时间、金属温度进行划分，根据锅炉的启动状态可以选择定参数启动还是滑参数启动。对于自然循环锅炉来说，汽包和水冷壁在启动过程中的应力控制和运行工况尤其显得重要。通过对自然循环锅炉的汽包在整个启动过程中热应力的分析、上下壁温差、内外壁温差造成的热应力以及汽包疲劳寿命的分析，得出了汽包应力的控制原则和预防措施。

关键词： 汽包 启动 分析

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一、汽包概述

汽包是锅炉中体积最大、壁最厚的承压元件，以东方300MW机组锅炉为例，汽包承受工作压18.5Mpa，对应饱和温度362℃，汽包的结构尺寸为外径3622090㎜，厚度为145㎜。汽包的主要作用有四个：

1）连接汽包将水冷壁、下降管、过热器及省煤器等各种直径不同、根数不同、用途不同的管子有机的连接在一起，起到了一个大联箱的作用。

2）汽水分离。将由水冷壁蒸发受热面来的汽水混合物，经汽包内的汽水分离装置分离出·来，进入过热器。

3）储水。汽包是一较大的汽水分离容器，它的下半部贮存了一定容量的水，在锅炉运行中可以对给水流量变化起到缓冲作用，所以允许给水流量短时间内的少量波动，增加了锅炉运行的稳定性。同时汽包中贮存的水还起到了缓冲压力波动的作用，当压力升高时，因对应饱和温度升高，汽包中的水贮存了一部分热量，从而使压力升高较缓慢；当压力降低时，对应饱和温度降低，汽包中的水释放了一部分热量，使压力降低较缓慢。

4）汽包中的连续排污装置、清洗装置能保持蒸汽品质，加药装置能进行汽包内处理，防止蒸发受热面结垢。

二、汽包启动应力分析

汽包启动应力是指锅炉启动过程中汽包壁的应力。它主要由工质压力引起的机械应力、汽包壁温度不均引起的热应力以及汽包与内部介质重力等引起的附加应力组成。汽包壁应力可分为主体膜应力和峰值应力两种。峰值应力是汽包壁的局部应力，由汽包壁温度不均匀及结构等原因引起，它比主体膜应力大2～4倍。峰值应力使汽包壁局部材料屈服，引起应力再分配，最大应力达到屈服极限，在静态时不构成破坏。但是，对波动的峰值应力，到了一定的波动次数后，材料就会脆性破坏。

三、汽包机械应力分析

汽包的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。随着汽压的升高，汽包机械应力将会越来越大。汽包的内、外直径之比都在0.85左右，属薄壁容器。薄壁容器在内压力的作用下只是向外扩张而无其他变形。故汽包的纵横断面上只有正应力而无剪应力。汽包壁任一点有三个方向的应力，即沿圆筒切线方向的切向应力、沿圆筒轴线方向的轴向应力和沿圆筒直径方向的径向应力。同时，汽包由焊接而制成，并在壁上开有很多小孔，从而使汽包壁的应力增大了许多。

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四、锅炉启动应力分析

在锅炉的启动过程中，机械应力随气压上升而增大，逐渐成为汽包应力的主要部分，汽包热应力则随气压上升而逐渐减小，并且它只与汽包壁温差有关。在汽包内壁，内壁温差引起压应力与机械应力相抵消，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的峰值应力。但若汽包温差过大，则最大峰值应力亦可能在外壁某一点达到。从低周疲劳角度分析，启动初期，饱和温升率是影响循环过程中谷值应力的主要因素，降低谷值应力水平则可有效减小启动过程中的交变应力幅值，从而减小启动过程中的疲劳寿命损耗率。随着压力的升高，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，升压过程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。

五、控制汽包应力的安全原则

锅炉启动过程中的汽包应力安全原则有以下几项： 1）汽包机械应力要符合最大剪应力强度理论条件； 2）汽包峰值应力超过屈服极限时发生局部塑性变形，吸收超过屈服极限部分的应力，但是不会造成汽包的静态破坏；3）汽包峰值应力会产生低周疲劳与寿命损耗。降低峰值应力可以减少低周疲劳及寿命损耗，其关键是减小汽包热应力。汽包热应力是由汽包上下壁、内外壁之间的温差引起的，减小汽包壁各部分之间温差的基本方法是促使工质流动，均匀锅水温度和限制升温速度等； 4）汽包材料屈服极限大于552Mpa，峰值应力循环次数小于1000次，可以不考虑汽包低周疲劳损耗。

六、控制汽包启动应力的措施

汽包启动应力控制的重要标志是汽包的上下壁温差和内外壁温差。在实际操作中，是以控制压力的变化率作为控制壁温差的基本手段的。在锅炉启动过程中防止汽包壁温差过大的措施有：

1）启动中严格控制升压速度，尤其是低压阶段的升压速度应该力求缓慢。这是防止汽包壁温差过大的根本措施。为此，升压过程应严格按给定的锅炉曲线进行，若发现汽包壁温差过大，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燃烧率，此外，还可以加大向空排汽量或改变旁路系统的通汽量进行升压过程的控制。

2）尽快的建立正常的水循环。水循环越强，上升管出口的汽水混合就会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。因此，能否尽

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