大型电站锅炉安全与优化运行技术

1第一章启动与停炉启动与停炉4自然循环锅炉的启停5无火启动6启动过程优化7启动过程安全监护8自然循环锅炉的停炉9直流锅炉启动的特点10滑参数启动和停炉11启停时的能量损失12减少启停损失的方法13汽包壁温差14汽包热应力15第2章四角切向燃烧锅炉优化和燃烧调整基本因素17四角切圆燃烧的特征18表征炉内过程的几个参数19炉内实际切圆20结构参数对燃烧运行的影响21运行参数对四角切圆燃烧的影响22二次风反切25一、三次风反切26燃烧器上下摆动27第3章旋流和W型火焰的优化燃烧劣质煤燃烧28旋流燃烧器特点30旋流强度31旋流强度与烟气回流量的关系33不同煤种对烟气回流量的需求34旋流燃烧器一、二次风组合35共轴旋流组合36W型火焰锅炉37第4章过热器、再热器的调温方法汽温变化对机组安全经济性影响38运行因素对汽温影响40蒸汽压力变化及其对汽温的影响41蒸汽侧调温方法42蒸汽侧再热汽温的调节方法43烟气侧调温方法44烟气再循环法调节汽温45热偏差46热偏差分析48炉膛出口热偏差49分配引起的热偏差50第5章积灰结渣及防止积灰结渣51受热面积灰结渣过程52高温受热面的积灰过程53煤灰成分对积灰结渣的影响54灰渣形成过程受到的各种力56结渣和积灰的评价和预测57减少积灰结渣的措施582第6章磨损及防磨磨损类型60影响磨损的因素61烟气走廊的影响及防止62转弯引起的磨损及防磨63防磨措施65第7章锅炉的高低温腐蚀及防护金属的高温氧化66高温腐蚀原理67水冷壁的高温腐蚀69过热器的高温腐蚀70防止高温腐蚀的措施71炉管内的腐蚀72低温受热面腐蚀73第8章锅炉变负荷运行静态特性76动态特性77蓄热能力79调峰机理80低负荷稳燃技术84影响钝体特性的主要参数85煤粉浓淡燃烧器87旋流燃烧方式的低负荷稳燃技术89定压和变压运行方式90第9章配煤和混煤燃烧技术煤质对着火的影响93混煤特性及燃烧特性计算953第1章启动和停炉启动，由静止状态变成运行状态的过程.分类:根据启动前锅炉的状态分冷态启动和热态启动。冷态启动时锅炉内没有压力，其温度与环境温度相近。在热态启动时，锅炉内还具有一定的温度和压力，根据温度的高低，分为温态、热态和极热态启动。停炉，启动的逆过程.4自然循环锅炉的启停(1)上水，给蒸发受热面内充水，使汽包内达到一定的水位。为防止汽包内产生过大的热应力，水温一般不超过90℃，上水来自除氧器。(2)点火，先启动引风机，对炉膛和烟道进行清扫，以便清除可燃气体，防止点火时爆炸。清扫时风量为额定值的25%，时间5～10分钟。然后点燃轻油燃烧器，30～40分钟后投主燃烧器。下降管炉膛水冷壁汽包到汽轮机过热器自然循环锅炉省煤器从加热器来5(3)升温升压，燃烧产生的热量被水吸收，水开始沸腾蒸发，锅炉内压力和温度开始上升。刚启动时压力上升慢，而温度上升快，后来，压力上升快，而温度变化慢。无火启动无火启动，是指用外来蒸汽加热锅炉，在不点火的情况下，使锅炉内的工质升温升压。外来蒸汽的压力为0.8～1.3MPa,一般从水冷壁的下联箱进入锅炉内。经过3～4小时无火启动，就可使锅炉压力升至0.5～0.7MPa,并在锅炉内产生大量的蒸汽。无火启动优点锅炉受热均匀，热应力小；由于用蒸汽推动水循环，点火后有利于迅速建立正常的水循环；可以避免点火时过热器和再热器干烧；由于补水量大，可保护省煤器；点火时炉膛内已有较高的温度，有利于点火燃烧稳定；可以同时对炉水进行除氧；可以缩短点火时间，节约用油；可以使锅炉有较长时间的热备用状态；6启动过程的优化在允许的寿命损耗率下，以启动过程中的热损失最小为目标，优化启动过程，尽量缩短启动时间。优化的限制性因素1）允许的寿命损耗率，控制循环应力幅。2）锅炉的初始状态3）汽轮机的启动参数4）其他限制因素。在启动初期，较小的压力上升会引起较大的温度上升，为减小热应力，启动初期应采用较慢的升压速度，而在后期温度随压力的变化速度减慢，可以采用较高的升压速度，快结束时，再采用较慢的速度。7启动过程的安全监护•汽包应力监护控制汽包的上下和内外壁温差•水冷壁监护在点火过程，水循环未完全建立，水冷壁受热不均匀，温差大，热应力大，应检测各处的膨胀•过热器和再热器监护点火初期，过热器和再热器处于干烧状态，为保证安全，炉膛出口烟温应不超过540℃。随着蒸汽量的增多，冷却会改善，蒸汽最后旁路至凝汽器•尾部受热面监护采用与汽包形成自然循环和连续给水等方法保护省煤器。对于空气预热器，要防止二次燃烧和非正常热变形•热膨胀检测检测各处的膨胀指示器，观察膨胀的大小和方向。•蒸汽品质检测主要限制炉水的含硅量，防止在汽轮机内沉积，保证含硅量在0.02μg/L以下。8自然循环锅炉的停炉停炉是启动的逆过程，分3种情况：正常停炉后作热备用，正常停炉后作冷备用，最后事故停炉。正常停炉作热备用，应采取措施保存蓄积积在锅炉内的热量，不使锅炉冷却。作冷备用时，锅炉要进行冷却，直至内部压力降为零，但应缓慢冷却。事故停炉则必须迅速冷却。在正常冷却过程中，水冷壁和其中的水因散热条件好冷却较快，而锅筒冷却较慢，主要靠水循环冷却。下降管由于保温好，冷却也不容易。于是就形成了与正常循环相反的水循环，上升管变成了下降管。停用后的保护主要是防止汽水侧的氧腐蚀。湿法保护：锅炉停用后，向汽水系统充满除氧水，防止氧的进入，同时也可以加入联氨等除氧剂，也可加NaOH，氨等缓蚀剂，同时需要使系统内的水不断循环和混合。干法保护：将系统内的水放干净，保证湿度50%以下，在锅炉有一定的压力和温度下进行放空，利用余热进行干燥，也可放置一些干燥剂，作为补充。惰性保护就是向系统内充入氮气，以隔绝空气。9直流锅炉的启动特点(1)采用直流方式，从省煤器、蒸发受热面到过热器连成一串，工质一次通过，内部无循环系统，启动过程需维持一定的给水量和压力，出口需设置启动旁路系统，回收工质(2)锅炉压力主要靠水泵维持，启动过程实际上是一个升温过程(3)启动速度快由于没有厚壁汽包，可以大大提高启动速度(4)启动时要保持一定的压力，防止水动力恶化(5)给水量过小时，上升管屏中会出现停滞和倒流(6)点火前需对受热面进行冲洗(7)启动中有汽水膨胀现象，压力急剧增加，出口流量大于进水量。10直流锅炉的滑参数启动滑参数启动，就是启动的蒸汽参数是滑动的，开始时较低，然后逐步增大。优点：可以很好地协调锅炉点火启动和汽轮机暖机启动过程，缩短机组的启动时间，减少启动损失。滑参数停炉，实质上是锅炉、汽轮机联合停止运行。（首先将锅炉负荷降至25%--30%，然后按规定降低蒸汽参数和汽轮机的负荷。当给水量降至额定值的25%--30%时，将蒸汽切入启动分离器，而汽轮机则减负荷直至空载，并解列，锅炉产生的蒸汽经减温减压后旁路到凝汽器。汽轮机解列后，锅炉可以进一步减少燃料和给水量直至熄火）优点：缩短了整机的冷却时间；提高了安全性；提高了停炉的经济性。11启停时的能量损失启动代价：降负荷过程中机组偏离设计工况，引起热耗增大；机组停运阶段仍有少量的耗电耗汽设备运行，如疏水泵，油泵等。点火准备阶段给水泵，除氧器上水，加热蒸汽，凝汽器真空泵等耗电耗汽设备；点火、冲转、并网阶段，除辅机耗电外，大量不合格的蒸汽经旁路排入凝汽器或直接排空，造成热损失，该项损失可占总损失的60%以上；升负荷阶段由于偏离设计工况而造成的损失；稳定阶段刚到满负荷时，设备金属温度分布尚未完全稳定，仍需吸收一部分热能加热金属。停炉时的损失包括设备外表的散热，排汽排水带走的热量，空气进出烟道带走的热量。机组停运阶段疏水泵，油泵等耗电耗汽设备运行。12减少启停损失的方法尽量缩短启动和停炉时间，加强各工艺段的衔接；优化启动系统；利用外来蒸汽加热受压部件和空气；加强保温，及时关闭人孔和检查孔，采用良好的保温结构；改善疏水结构系统；采用高强度材料，减小壁厚，提高升温速率；采用高性能的自动控制系统；尽量回收启动热量。锅炉损失除正常损失外主要是启动阶段的疏水和排汽热损失。启动旁路系统和管道的热损失主要是指启动最初排除的热水和汽水混合物，从过热器、再热器排出的未达冲转要求而排入凝汽器的蒸汽造成的损失。启动时的燃料消耗和热耗热耗指启动过程中输入锅炉的总热量。燃料消耗指启动过程中消耗的煤量和油量。启动费用等于燃料费用，电费，设备折旧和人员费，再减去发电收入。13汽包壁温差壁温差是启停时必须控制的安全指标之一，不同阶段会出现不同的温差(1)上水阶段，水进入汽包首先与下部接触，导致下部内壁温度高，外壁和汽包上部壁温低，进水温度越高，进水速度越快，温差就越大。(2)升压初期，汽包上部与蒸汽接触，下部与水接触，上部是凝结换热，换热强度大于下部，造成上部壁温高于下部。(3)停炉后，工质温度会降低，对内壁进行冷却，而外壁有保温，温度高于内壁。汽包上部的冷却条件不如下部，导致上部壁温高于下部。(4)汽包长度方向会由于各循环回路的差异存在温差，但影响不大，通常不予考虑。(5)实际运行表明，一般内外壁温差在20℃左右，上下温差在30℃左右，轴向10℃左右.要求不超过50℃.14汽包热应力•径向温差引起的热应力•上下壁温差引起的热应力轴向应力在汽包中部达到最大)(11,,RpzTTttE内壁热应力环向轴向泊松比线膨胀系数弹性模量体积平均温度内壁温度外壁热应力)(12,,RpzTTttE15)(zluttEk汽包应力的控制(1)上水时的应力控制：上水时汽包下部内壁加热，产生内外和上下温差，在汽包内壁产生压缩应力，控制方法是限制上水温度和上水速率，水温与金属壁温不要超过40℃，速率控制在夏季2—3小时，冬季4—5小时。(2)升压过程：也是加热过程，汽包上下壁温差引起的热应力影响最大，上部热应力是压缩应力，与机械应力方向相反，可以相互抵消一部分，而下部刚好相反，所以下部内壁较危险，应密切关注，特别是下降管孔处。(3)运行中汽包应力控制：总应力仍然由机械应力和热应力组成，一方面要控制总应力不超过许用应力，另一方面要控制应力的变化幅度，降低寿命损耗。16四角切向燃烧锅炉优化和燃烧调整第1节基本因素(1)煤粉燃尽程度经济方面主要看煤粉燃尽程度，直接表现在飞灰含碳量和炉渣含碳量。燃烧主要取决于:温度、混合和紊流度，停留时间。优质煤，主要是改善混合，差煤主要从提高炉温，配风等方面着手。(2)过量空气系数过量空气系数大，利于燃尽，但会使排烟温度提高，一般在1.1—1.2左右。(3)煤粉细度通常用筛分剩余量来表示，提高细度有利于燃尽，但过细时，磨煤机电耗过大，存在一个最佳细度。(4)煤种和负荷适应性(5)安全性方面包括结渣、积灰、磨损、腐蚀、爆管和燃烧器烧坏.17四角切圆(直流燃烧)的特征:(1)四角射流相交于切圆，相互点燃，保证了煤粉的稳定着火燃烧，整个炉膛像一个大型的旋流燃烧器。(2)湍动强烈，质量、热量、动量交换强烈，有利于燃尽。(3)炉内火焰充满度好，热负荷均匀。(4)每组燃烧器均由一、二、三次风组成，负荷变化时调节灵活，煤种适应性强。(5)炉膛结构简单，便于大容量锅炉的布置。(6)可以采用摆动式燃烧器，方便调节过热汽温(7)便于实现分段燃烧，抑制NOx的产生。18表征炉内过程的几个参数•假想切圆与燃烧器轴线相切的圆，直径大小一般用相对相对值来表示DDjxjx/d切圆直径炉膛截面宽深的平均值•实际切圆指炉内横截面上切向速度最大值的连线DDsjsj/d•切圆放大倍数jxjsDDjxsjdd•炉内气流充满度FFacm炉膛有效气流面积炉膛截面积19炉内实际切圆的变化规律实际切圆总是大于假想切圆，主要原因是燃烧器喷出的射流在炉内发生了偏转。偏转原因一:炉内旋转气流对对射流的横向撞击，二:射流两边的补气条件不同形成压差。横向撞击引起的偏转量正比于旋转的气流的动量，反比于射流本身的动量。补气就是射流对周围气体的巻吸作用，产生负压。实际切圆大小对炉内工况的影响切圆增大时火焰中心接近于一次风喷口，有利于着火稳定，旋转动量大，扰动强烈，有利于燃尽，炉膛充满度好，利用率高，水冷壁的传热得以强化。不利的因素在于：容易导