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XXX毕业设计（论文）题目火电厂锅炉汽包及水冷壁启动过程分析与保护专 业 热能•与动力工程班 级学生姓名 指导教师 XXX2011 年 4 月 26摘要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 则和预防措施针对汽包锅炉的水位控制情况，结合具体实例，分析了造 成汽包水位波动大的原因并提出了具体预防汽包水位波动的措施对于锅炉水冷壁在启动过程中的温度、水力偏差以及局部传热恶化等 运行工况从理论、实际运行经验等方面进行了分析研究，从而得出了水冷 壁在机组启动过程中的保护措施。

关键词：锅炉汽包水冷壁启动分析目录1. 绪论 11.1锅炉启动的概念 11.2锅炉启动状态的划分 11. 3单元机组的启动方式 21. 3. 1额定参数启动 21. 3. 2滑参数启动 21.4锅炉启动过程的安全经济性 32. 汽包启动过程分析及保护 52. 1汽包概述 52. 2汽包启动应力分析 52. 2. 1汽包机械应力 62.2.2汽包热应力 62. 2. 2. 1热应力的概念 62. 2. 2. 2锅炉启动过程中汽包的热应力 72. 2. 2. 3汽包上、下壁温差引起的热应力 72.2. 2.4汽包内、外壁温差引起的热应力 82. 2. 2. 5汽包附加应力 92. 2. 2. 6峰值应力 92. 3汽包低周疲劳破坏分析 102. 4启停过程中汽包壁的温差监视 112.5锅炉启动过程中的汽包应力控制 112. 5. 1控制汽包应力的安全原则 122. 5.2控制汽包启动应力的措施 122. 6汽包启动水位分析 132. 6. 1 概述 132. 6. 2水位波动过大的原因分析 142.6.3水位波动过大的防范措施 153. 水冷壁的启动分析及保护 173. 1水冷壁启动温度工况分析 173. 2水冷壁的水力偏差分析 183. 3水冷壁的局部传热恶化分析 203.4水冷壁的启动保护 204 .结论 23参考文献 141.绪论1.1锅炉启动的概念发电厂锅炉的启动指从点火到带额定负荷或并入蒸汽母管的全过程。

启动过程是火力发电设备运行的重要操作阶段，要在保证设备安全的前提 下尽量缩短启动过程所需时间，使之达到快速响应负荷能力，提高机组运 行的经济性气1.2锅炉启动状态的划分锅炉的启动方式和启动所需时间与锅炉的结构型式、容量、燃料的种 类、电厂的热力系统、气候条件及选定的操作方式等有关⑵按照启动时机组的金属温度情况，锅炉启动分为冷态启动、温态启动 和热态启动冷态启动是指锅炉在没有压力，且其温度与环境温度接近的 情况下的启动热态启动是指锅炉在保持有一定压力，且温度高于环境温 度下的启动温态启动是介于冷态和热态之间的一种启动方式启动方式 的划分一般是依据汽轮机在启动时汽钉的金属温度水平进行的国内外各 制造厂根据金属材料和设计、制造技术水平所取的温度界限也不尽相同 如GE公司的划分方法为：以汽轮机高压缸第一级金属温度的高低为依据， 该温度在150~ 300C之间，为温态启动；在300 ~ 430C之间，为热态启动； 430C以上为极热态启动除此之外，也有按停炉时间来大体代表启动初金 属温度状态的，如德国的BABCOCK机组，机组停用48小时后的启动为温态， 停用8小时后的启动为热态，停用2小时后的启动为极热态⑶。

东方机组 规定停机大于72小时为冷态，停炉10〜72小时为温态，停炉小于10小时 为热态，停炉小于1小时为极热态启动状态的划分有助于运行人员掌握机组各种状态下的启动特点如 冷态启动时，机组温度水平低，为使其均匀加热，不至于产生较大的热应 力，锅炉升温、升压及升速、升负荷都应缓慢进行而热态、极热态启动 时，机组各部件处于较高的温度状态，为防止高温部件受到蒸汽冷却造成 应力损伤，就必须尽快使工作参数达到机组部件的温度水平，此时锅炉进 水、燃烧率控制、升速、升负荷都应明显加快，冲转参数也较高⑴1. 3单兀机组的启动方式1. 3.1额定参数启动锅炉点火后，当蒸汽压力、温度升至一定值时，进行汽轮机挂闸、冲 转，汽轮机从冲转到带额定负荷期间，主蒸汽阀门前的蒸汽参数始终保持 为额定值这种启动方式的运行灵活性和经济性均较差，一般多用于母管 制的小型机组上应用，现单元制运行的大型机组均已不采用这种启动方式 [4]O1. 3.2滑参数启动单元制机组通常采用滑参数启动，又称为联合启动在锅炉点火、蒸 汽升压、升温的过程中，利用汽温、汽压的升高逐渐提高汽轮机的负荷 在整个启动的过程中，主蒸汽阀门前的蒸汽参数随汽机的金属温度和负荷 情况，逐渐升高最终达到额定参数。

滑参数启动优点：1） 启动过程中，蒸汽管道的暖管、汽轮机的启动与锅炉的升压同时进 行，从而使整台机组的启动时间缩短，增加了运行调度的灵活性2） 整台机组的加热过程是从较低的蒸汽参数开始的，各部件的受热膨 胀比较均匀锅炉的水循环工况稳定，过热器得到良好的冷却同时，由 于开始进入汽轮机的蒸汽压力和温度均较低，蒸汽的容积流量较大，容易 充满汽轮机，而且流速也较大，汽轮机的各部件均匀快速的升温，不至于 会产生过大的热应力3）启动过程经济性提高，特别是设置旁路系统的机组，启动过程中可 回收工质及利用工质的热量，工质损失和燃料消耗减少，机组在启动过程 中即可发出电能⑴1. 4锅炉启动过程的安全经济性锅炉的启动是一个传热、流动的极不稳定的复杂过程启动过程中， 锅炉工质温度及各部件温度随时变化，由于受热不一致，且部件的不同部 位温度不同，因而会产生热应力，甚至使部件损坏一般来说，部件越厚, 在单侧受热时的内、外壁温差越大，热应力也越大汽包、过热器联箱、 蒸汽管道和阀门等的壁厚均较大，所以在受热过程中必须妥善控制，尤其 是汽包锅炉启动初期受热面内部工质的流动尚不正常，工质对受热面金属的 冲刷和冷却作用是很差的，有的受热面内甚至在短时间内根本没有工质流 过。

如果这时受热过强，金属壁温就有可能超过许用温度锅炉的水冷壁、 过热器、再热器及省煤器均有可能超温因此，启动初期的燃烧过程应谨 慎进行⑻炉膛爆燃也是启动过程中容易发生的事故，锅炉启动之初，燃料量少、 炉温低、燃烧不完全且不易控制，极有可能燃烧不稳定导致灭火，一旦发 生爆燃，将使设备受到严重损坏启动过程中所用燃料，除用于加热工质和部件外，还有一部分耗于排 汽和放水，造成热损失和工质损失在低负荷燃烧阶段，过量空气和燃烧 损失也较大，锅炉的运行效率要比正常运行时低得多总之，在锅炉启动过程中，既有安全问题也有经济问题，二者经常是 矛盾的为保证受热面的安全，减小热应力，启动过程应尽可能较慢的升 温升压，燃料量的增加也只能缓慢进行但势必延长启动时间，使锅炉在 启动过程中消耗更多的燃料，降低了经济性锅炉启动的原则是在保证设 备安全的前提下，尽可能缩短启动时间，减少启动燃料的消耗量，并使机 组尽早带负荷⑼2. 汽包启动过程分析及保护2.1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，汽包承受工作压力18. 5Mpa,对应饱和温度362C,汽包的结构尺寸 为外径2090 mm,厚度为145 nim。

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汽包内具有大量高压的饱和水和饱和蒸汽，其破裂而引起爆炸将是一 种灾难性的事故同时，汽包在自然循环锅炉中地位重要，更换困难，若 发生损坏，将会严重影响锅炉的安全经济运行因此，本章将会对在锅炉 启动过程中汽包所出现的问题进行分析解决问2.2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⑴2.2.1汽包机械应力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2. 2.2汽包热应力2. 2. 2.1热应力的概念金属部件的体积随着温度的升高而膨胀扩大，随着温度的下降而收缩 减小。

如果金属部件的体积能随温度变化而自由变化，金属部件内就不会 产生应力；但是当金属部件的体积变化受到约束时就会产生很大的应力 通常，我们把由于金属部件之间存在着一定的温差所引起的应力称为热应 力2. 2. 2. 2锅炉启动过程中汽包的热应力锅炉启动过程中工质温度逐渐升高，汽包被加热，在汽包的上半部分 饱和蒸汽对内壁进行凝结放热，在下半部分锅水对内壁进行对流放热，凝 结放热系数比对流放热系数大2~3倍，故汽包上壁温升高于下壁温升汽 包温度较高的部位金属膨胀量大、温度较低的部位金属膨胀量小但汽包 是一个整体，其各部分之间无相对位移的自由，因而汽包内壁受到压缩、 外壁受到拉伸，汽包上壁受到压缩、下壁受到拉伸汽包被压缩的部分产 生压缩热应力、被拉伸的部分产生拉伸热应力热应力又称温差应力，是由于不同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汽包启动热应力主要是由汽包的上、下壁温差和 内、外壁温差引起的⑵2. 2.2.3汽包上、下壁温差引起的热应力在锅炉进水和锅炉升压过程中都将会出现汽包上、。