【正文】 或全部內(nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。我國火電機(jī)組中停運(yùn)事故的 50％以上發(fā)生在鍋爐側(cè)，而且這些事故的絕大多數(shù)是由鍋爐啟動過程中的問題所引起的。 鍋爐啟動狀態(tài)的劃分 鍋爐的啟動方式和啟動所需時間與鍋爐的結(jié)構(gòu)型式、容量、燃料的種類 、電廠的熱力系統(tǒng)、氣候條件及選定的操作方式等有關(guān) [2]。除此之外，也有按停爐時間來大體代表啟動初金屬溫度狀態(tài)的，如德國的 BABCOCK 機(jī)組，機(jī)組停用 48 小時后的啟動為溫態(tài)，停用 8 小時后的啟動為熱態(tài)，停用 2 小時后的啟動為極熱態(tài) [13]。在鍋爐點(diǎn)火、蒸汽升壓、升溫的過程中，利用汽溫、汽壓的升高逐漸提高汽輪機(jī)的負(fù)荷。啟動過程中，鍋爐工質(zhì)溫度及各部件溫度隨時變化，由于受熱不一致，且部件的 不同部位溫度不同，因而會產(chǎn)生熱應(yīng)力，甚至使部件損壞。 啟動過程中所用燃料，除用于加熱工質(zhì)和部件外，還有一部分耗于排汽和放水，造成熱損失和工質(zhì)損失。 汽包將水冷壁、下降管、過熱器及省煤器等各種直徑不同、根數(shù)不同、用途不同的管子有機(jī)的連接在一起，起到了一個大聯(lián)箱的作用。同時，汽包在自然循環(huán)鍋爐中地位重要，更換困難，若發(fā)生損壞，將會嚴(yán)重影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 汽包機(jī)械應(yīng)力 汽包的機(jī)械應(yīng)力是指由汽包內(nèi)的工質(zhì)壓力引起的金屬應(yīng)力，這個應(yīng)力在任意點(diǎn)的三個方向均為拉應(yīng)力，且均與汽包內(nèi)壓力成正比。如果金屬部件的體積能隨溫度變化而自由變化，金屬部件內(nèi)就不會產(chǎn)生應(yīng)力；但是當(dāng)金屬部件的體積變化受到約束時就會產(chǎn)生很大的應(yīng)力。 汽包上、下壁溫差引起的熱應(yīng)力 在鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓過程中都將會出現(xiàn)汽包上、下壁溫差。升壓速度越快，汽包上、下壁溫差就越大。例如美國的 CE公司、德國的 BABCOCK 公司在其設(shè)計生產(chǎn)的 300MW、 600MW 級鍋爐汽包內(nèi)安裝了與汽包同樣長度的弧形襯板。汽包內(nèi)壁溫度高，膨脹受阻而承受壓應(yīng)力；外壁溫度低，相對內(nèi)壁力圖收縮而承受拉應(yīng)力。 峰值應(yīng)力 鍋爐升壓過程中汽包應(yīng)力有機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力兩種。 汽包低周疲勞破壞分析 汽包峰值應(yīng)力超過材料屈服極限時，材料局部發(fā)生塑性變形，使斷面上的應(yīng)力重新分配，最大值不大于屈服極限。為此，在大型鍋爐的汽包壁上，安裝有若干組溫度測點(diǎn)，以集中下降管外壁溫度代替汽包下部的內(nèi)壁溫度。如果沒有孔邊應(yīng)力集中，則外壁拉 應(yīng)力將成為最大的峰值應(yīng)力。 控制汽包啟動應(yīng)力的措施 汽包啟動應(yīng)力控制的重要標(biāo)志是汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。因此，能否盡早建立起正常的水循環(huán)，不僅影響水冷壁工作的安全性，而且也直接影響到汽包上下壁溫差的大小。進(jìn)水參數(shù)控制主要用于降低循環(huán)的谷值應(yīng)力。 在 4機(jī)組的調(diào)試及試生產(chǎn)階段曾多次出現(xiàn)在并網(wǎng)后 ，特別是因故停爐后的極熱態(tài)啟動華北電力大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 8 恢復(fù)過程中，汽包水位控制由給水旁路切為主路時，汽包水位投自動的情況下，汽包水位大幅度波動的現(xiàn)象。雖然此時水位控制為三沖量控制，但由于整個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性遲延較大，從而 造成自動調(diào)節(jié)跟不上水位變化的情況，使鍋爐因汽包水位高引起 MFT動作停爐。對于汽包鍋爐，因為在升壓的初期水冷壁受熱不多，管內(nèi)工質(zhì)的含汽量少，所以水循環(huán)不正常；又因為這時投入燃燒器的只數(shù)很少，所以，水冷壁受熱的不均勻性較大，各管內(nèi)的介質(zhì)流速差別較大?！妫@時，△ q即使僅 410 （額定負(fù)荷的 1/15），△ tb即使已達(dá)到 50℃。 n （ 3— 2） OPPORRm ??? （ 3— 3） 華北電力大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 10 ()1 opon ??? ???? （ 3— 4） ooOO dLR ?? ??? （ 3— 5） poPP dLR ?? ??? （ 3— 6） oooRgh????22? （ 3— 7） 式中 RO— 平均管的阻力常數(shù)； RP— 偏差管的阻力常數(shù)； β — 系數(shù)； ρ O 、ρ P— 平均管、偏差管密度，㎏ / 3m ； h— 水冷壁管屏高度， m； 式（ 3— 4）中，當(dāng)ρ P ﹥ρ O 且 β﹥ρ O/ρ Pρ O 時，β前取“ ”號，根據(jù)水冷壁的壓差平衡關(guān)系（ρ Ogh+ RO 2o? ρ O=ρ Pgh+ RP 2p? ρ P） 可知，這是受熱弱的倒流工況。對于β值較適中的情況，如控制循環(huán)鍋爐以及一次上升型直流鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時，可能出現(xiàn)強(qiáng)制流動特性也可能是自補(bǔ)償特性，取決于參數(shù)（壓力、質(zhì)量流速）和負(fù)荷的高低 [11]。溫度飛升值會著工作壓力的升高而降低；隨著熱流密度與工質(zhì)流量比值的 增大而升高?，F(xiàn)在國內(nèi)外制造的大型鍋爐一般均設(shè)計有鄰爐蒸汽加熱系統(tǒng)。 3) 加強(qiáng)水冷壁膨脹監(jiān)視 各水冷壁管因受熱而產(chǎn)生的膨脹差將使下集箱下移的數(shù)值不同。 通過對汽包鍋爐啟動過程出現(xiàn)問題的分析研究，得出了以下結(jié)論： 1) 通過對汽包啟動溫差和啟動應(yīng)力的分析，得出控制汽包應(yīng)力的主要是要控制汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 華北電力大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 18 致 謝 時間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多， 而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。郭謙功老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 回首四年，取得了些許成績，生活中有快樂也有艱辛。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。是他們在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵，給了我很多解決問題的思路，在此表示衷心的感激。 四年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要劃上句號，心中是無盡的難舍與眷戀。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授 權(quán)聲明 本人完全了解 濱州學(xué)院 關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。根據(jù)我國的能源政策，火力發(fā)電廠多以燃煤為主，為保證國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，提高燃煤的能量轉(zhuǎn)換效率和低的污染物排放率，真正實現(xiàn)節(jié)能減排，大型 超臨界、超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組日益成為我國火力發(fā)電廠的主力機(jī)組。燃料熱量中，一部分用于提升金屬壁溫和水溫，增加蒸發(fā)系統(tǒng)的蓄熱量，其余才用于產(chǎn)汽。實踐證明，這個措施的采取對促進(jìn)水循環(huán)的建立，減小汽包壁溫差是十分有效的。設(shè)計和運(yùn)行的任務(wù)只是控制壁溫飛升值的大?。ū荛_爐內(nèi)高溫區(qū)域），不使壁溫的飛升值超過材料的允許溫度而已 [16]。因此，當(dāng)偏差管的吸熱量大于平均管時，盡管 m＜ 1，但η G＞ 1，且吸熱不均越大，η G的增長越厲害。 水冷壁的水力偏差分析 在鍋爐啟動過程中，投入燃料較少，火焰偏斜或直接沖刷水冷壁，水冷壁并聯(lián)管會產(chǎn)生較嚴(yán)重的流量偏差，個別管子的流量偏差將加重傳熱惡化和壁溫飛升?！妫? 由式（ 3— 1）可知，壁面熱負(fù)荷之差△ q=q2q1越大（加熱越不均勻越厲害），壁溫差 △tb越大；管內(nèi)放熱系數(shù) 2? 越小，壁溫差△ tb也越大。然后逐漸 增加燃料量和機(jī)組負(fù)荷，并保持主汽壓力相對穩(wěn)定，以便造成一個給水由旁路切為主路的良好條件，并對切換過程中汽包水位、給水 流量、主蒸汽流量、電泵出口壓力與汽包壓 力、主汽壓力嚴(yán)加監(jiān)控，保證單沖量控制與三沖量控制的平穩(wěn)進(jìn)行。再加上若此時加負(fù)荷速率控制不當(dāng)，而引起汽包壓力下降較快時，就會造成一方面給水流量大大超過蒸汽流量，另一方面因汽包壓力下降較快而使汽包產(chǎn)生較為嚴(yán)重的虛假水位。在主蒸汽流量達(dá) 380t/h之前，汽包水位由給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，即單沖量控制，旁路調(diào)節(jié)閥前后壓差由調(diào)節(jié)閥差壓調(diào)節(jié)回路通過改變電動給水泵轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。一般控制進(jìn)水溫度與汽包溫度之差不大于 90℃，進(jìn)水時間冬季不少于 4小時，夏季不少于 2小時（進(jìn)水速度也影響壁溫差）。 2）盡快的建立正常的水循環(huán)。降低峰值應(yīng)力可以減少低周疲勞及壽命損耗，其關(guān)鍵是減小汽包熱應(yīng)力。 在鍋爐的啟動過程中，機(jī)械應(yīng)力隨氣壓上升而增大，逐漸成為汽包應(yīng)力的主要部分，汽包熱應(yīng)力則隨氣壓上升而逐漸減小，并且它只與汽包壁溫差有關(guān)。 2）壓力波動范圍在數(shù)值上超過設(shè)計壓力值 20％算一次。其最大負(fù)應(yīng)力出現(xiàn)在冷態(tài)啟動的初期，最大正應(yīng)力則出現(xiàn)在汽包壓力的最高值區(qū)域。其原因一是由于啟動之初，水循環(huán)較弱，水的擾動較小，汽包下半部與幾乎不動的水接觸傳熱，從而使汽包下部金屬溫升慢；二是由于低壓階段壓力不大的變化就會引起飽和溫度很大的變化，即引起鍋水和汽溫產(chǎn)生較大的變化，使水、汽對汽包壁的放熱量也相應(yīng)發(fā)生較大的變化，加大了汽包的上下壁溫差。鍋爐在穩(wěn)定運(yùn)行時，由于汽包的導(dǎo)熱系 數(shù)很大，所以汽包壁內(nèi)的溫差很小，熱應(yīng)力也較小，可以忽略不計。但是，與汽包連接的很多管子將約束汽包的自由變形，這樣就產(chǎn)生了很大的附加應(yīng)力，嚴(yán)重時可能會使聯(lián)箱、管子彎曲變形和管座焊縫產(chǎn)生裂紋。但蒸汽對汽包上壁的放熱為凝結(jié)放熱，而水對汽 包下壁的放熱為微弱的對流放熱，放熱系數(shù)差別很大，前者比后者要大 2～ 3 倍。 熱應(yīng)力又稱溫差應(yīng)力，是由于不同部位金屬在不同溫度下其體積變化受到限制而產(chǎn)生的應(yīng)力。 同時，汽包由焊接而制成，并在壁上開有很多小孔，從而使汽包壁的應(yīng)力增大了許多。峰值應(yīng)力使汽包壁局部材料屈服，引起應(yīng)力再分配，最大應(yīng)力達(dá)到屈服極限，在靜態(tài)時不構(gòu)成破壞。 4）汽包中的連續(xù)排污裝置、清洗裝置能保持蒸汽 品質(zhì)，加藥裝置能進(jìn)行汽包內(nèi)處理，防止蒸發(fā)受熱面結(jié)垢。 華北電力大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 3 汽包概述 汽包是鍋爐中體積最大、壁最厚的承壓元件，以東方 300MW 機(jī)組鍋爐為例，汽包承受工作壓力 ，對應(yīng)飽和溫度 362℃，汽包的結(jié)構(gòu)尺寸為外徑 2090 ㎜，厚度為 145 ㎜。因此，啟動初期的燃燒過程應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行 [8]。 3）啟動過程經(jīng)濟(jì)性提高，特別是設(shè)置旁路系統(tǒng)的機(jī)組，啟動過程中可回收工質(zhì)及利用工質(zhì)的熱量，工質(zhì)損失和燃料消耗減少，機(jī)組在啟動過程中即可發(fā)出電能 [1]。這種啟動方式的運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性均較差，一般多用于母管制的小型機(jī)組上 應(yīng)用，現(xiàn)單元制運(yùn)行的大型機(jī)組均已不采用這種啟動方式 [4]。國內(nèi)外各制造廠根據(jù)金屬材料和設(shè)計、制造技術(shù)水平所取的溫度界限也不盡相同。 關(guān)鍵詞 ： 鍋爐 汽包 水冷壁 啟動 分析 華北電力大學(xué)成人教育學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 4 目錄 1. 緒論 ................................................................................................................................................. 1 鍋爐啟動的概念 ............................................................................................................................. 1 鍋爐啟動狀態(tài)的劃分 .............................................