300MW机组锅炉快速冷却的分析及应用

300MW机组锅炉快速冷却的分析及应用

丁方焰

（贵州西电黔北发电厂   551800）

【摘要】在实际工作中的多次经验总结，按此方法能够在最短的时间内将汽包锅炉的汽包璧温从正常运行参数降至检修时人体能够承受的温度，大大缩短了机组的冷却时间，为机组的检修争取时间。

【关键词】  汽包璧温差  快速冷却  热应力  经济性  

300MW Unit Boiler Fast Cooling Discussion and Application

Ding Fangyan

（West Guizhou north electricity Guizhou Province power plant

551800）

【Abstract】 Summarizes in practical work many times experience, the temperature which can heat according to this method when the shortest time the steam drum boiler steam drum jade falls from the normal operation parameter to overhaul the human body can withstand, reduced unit's cooling time greatly, is unit's overhaul strives for the time.

【Key word】  Steam drum jade temperature difference ； Fast cooling ； Safe ； Efficiency。

一  、前言

锅炉的汽包是自然循环锅炉中最重要的受压元件，汽包的作用主要有：
1：是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。
2：内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。
3：有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的变化速度。
4：汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。

由于锅炉汽包壁厚，承受的压力又特别高，因而在机组启、停过程中容易产生汽包内、外、上、下璧温差，产生较大的热应力，对汽包的安全运行和寿命造成影响；在锅炉设计中，这个温差不超过40℃。所以，在机组的运行过程中，有效控制汽包璧温差十分重要。

当机组发生因受热面泄漏等故障需要停炉对受热面进行检修时，锅炉的受热面需要降温至人体所能承受的接触温度，在《电力安全工作规程》中，这个温度规定在60℃以下。

二  、锅炉快速降温的必要性

随着电力市场的多元化，水电、核电、风电、光伏等新型环保能源的兴起，火电的生存空间被压缩，加之煤耗低、经济性更好的大容量机组的投入运行，300MW的火电机组作为电网的调峰机组已是不争的事实。当锅炉的受热面发生泄漏等故障时，需要将锅炉的受热面从正常运行温度降至安规规定的60℃以下，而在这个降温过程中，由于锅炉汽包壁最厚，如若降温控制不好，就会导致汽包内外上、下璧温差大，产生较大的热应力，对汽包的安全运行和寿命造成影响。因此，控制汽包璧温和汽包璧温差就是锅炉冷却的主要依据。在以往的操作中，锅炉的自然冷却或强制冷却的时间都比较长，一般在48小时左右，这与当下电力市场负荷变化需求和企业经济效益不相适应。对此，为了缩短设备的检修周期，提高机组在电力市场中的竞争力，为企业创造更多的经济价值，锅炉的快速降温是行之有效的方法。

三  、汽包承受热应力分析

由于锅炉汽包是圆柱通体形状，汽包内外壁、上下、左右因为温度的不同都会产生热应力，根据虎克定律，物体产生的热应力随温度差成正比关系，如公式（1-1）所示。锅炉在停炉过程中，最容易形成温度差大的就是汽包的上下璧；因为汽包锅炉在停炉过程中，水侧介质的温度接近饱和温度，而汽侧介质将发生过热而高于饱和温度。而且，水侧温度的对流放热系数比汽侧蒸汽的对流放热系数要大得多，因此，汽包上半部金属温度比其下半部金属温度降得慢，这使得汽包上半部金属温度高于饱和温度，而下半部金属温度低于饱和温度，形成温度差。

根据虎克定律，锅炉汽包上下璧温差△t产生的热应力可以通过公式（1-1）计算；

σ＝α1E△tβ（1-1）

式中；  

σ ―  温差为△t产生的热应力

α1 ―  汽包材料的线膨胀系数

  E  ―  汽包材料的弹性模量 

△t ―汽包上下璧温差

β ― 汽包周向温度曲线函数，通常取β＝0.3

以东方锅炉厂生产的300MW机组为例，其汽包采用的是BHW35，其线膨胀系数和弹性模量与温度的关系如表一所示；

                                                            表一 

四  、锅炉快速冷却方案

经过不断的探索和实际操作，对于300MW机组，锅炉的快速冷却可以按照以下方式进行，可以将锅炉的冷却过程从原来的48小时左右缩短至12至16小时左右，大大缩短了锅炉快速冷却的时间，缩短了机组的检修周期。

1. 汽轮机破坏真空前关闭电动主汽门并断电，待锅炉放水后，方可开启再热器疏水，再热器疏水开启必须和汽机联系好，防止高排逆止门关不严定排起压蒸汽倒至高压缸，在泄压或放水过程中如汽机缸温变化及时关闭再热器疏水门。
2. 电动主汽门关闭后，将汽包水位上至最高水位（高位电接点水位计显示满档后停止上水），同时开启尾部过热器疏水对锅炉进行泄压（视压降速度逐根开启），控制泄压速度在0.1MPa/min左右。汽包压力达4.0MPa时，适当降低泄压速度，控制泄压速度在0.05MPa/min。
3. 停炉后汽包壁温的下降是随汽包内饱和温度下降，如汽包内水位未上满，下壁温会随饱和温度下降而下降，但汽侧壁温由于没有水直接冷却下降很慢，逐渐就会造成上下壁温差增大，所以停炉后泄压过程中要维持电泵连续运行，维持汽包满水位运行；如有必要，还要投入除氧器加热，提高给水温度，控制汽包璧温差。
4. 停炉6-8小时后开启风门挡板及6.3米、12.6米人孔门自然通风冷却。
5. 停炉16小时后，锅炉水放完后可启动一台引、送风机运行增强通风冷却，如16小时后锅炉尚未放水，在汽包壁温差不高的情况下，经专业同意后方可启动风机冷却，汽包上下壁温差增大到45℃且还有上升趋势时，应停止锅炉泄压，降低送、引风机电流，直到汽包上下壁温差降低至40℃以内，才可以继续降压冷却。
6. 当尾部烟道最高点烟温低于35℃后方可停运风机。
7. 汽包各点壁温低于150℃，停运电泵，同时开启水冷壁下联箱放水门、下降管放水门进行带压放水，汽包、水冷壁放水门开启后，开启汽包及过热器所有空气门，开启省煤器放水门放水，3小时后，开启给水管道放水门放水。
8. 汽包水放完后如汽包壁温差不大，可停运冲灰水系统，开启捞渣机船体人孔门放水，从冷灰斗抽吸冷空气冷却，加快冷却速度。

五  、锅炉快速降温方案的实例

在锅炉快速降温方案不断的改进和试验中，按照现在的快速降温方案，可以将锅炉的冷却时间控制在12到16小时之内。以下就是黔北电厂在2020年#2、3、4炉停炉

过程中的冷却曲线。

实例一；黔北#3炉2020年05月12日停炉汽包璧温下降趋势图，锅炉快速冷却过程不足14小时。

实例二；黔北#4炉2020年05月26日停炉汽包璧温下降趋势图，锅炉快速冷却过程不足13小时。

实例三；黔北#2炉2020年06月05日停炉汽包璧温下降趋势图，锅炉快速冷却过程不足16小时。

六  、结束语

受新型环保能源的影响，火力发电机组在电网中的比例受压缩，电力企业要生存，就必须提供机组的可用率。每次停机消缺时间都较为紧张，而停机的检修工作大都以锅炉本体的检修工作为主线，锅炉的冷却速度直接关系到检修工作的进度，涉及到机组的恢复时间，为电厂机组赢得上网机会提供保障。电厂锅炉技术人员经过不断的摸索和总结，结合实际，总结出快速降低锅炉汽包璧温的方法，在多次实际操作中得到很好的效果，此方法可以在同类型机组中予以推广。

【参考文献】

[1] 《锅炉承压部件强度及寿命》吕帮泰 沈月芬 1992年11月 水利电力出版社。

[2] 《贵州西电黔北发电厂300MW机组锅炉运行规程》2017年9月第五次修订。

[3] 《电力安全工作规程》2018年中国电力出版社出版。

[4] 贵州西电黔北发电厂《关于锅炉停炉检修快速冷却的措施》（第三版）。

作者介绍

1、丁方焰，1975年出生，男，工程师，现从事黔北电厂运行生产工作；