240th锅炉底部加热系统的研究与应用

冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期绝对压力/MPa饱和温度平均变化率/（益/MPa）0.1~0.22050.2~0.51050.5~1.0551.0~4.0234.0~10.01010~1461概述攀钢DG240/9.8-芋型纯烧煤气高温高压锅炉，属自然循环汽包炉、燃烧器四角布置切圆燃烧、平衡通风，锅炉构架采用全钢/全悬吊结构、“仪”型布置。设计燃料为高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气，额定蒸发量240t/h，额定蒸汽温度540益，额定蒸汽压力9.8MPa。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁。炉顶，水平烟道两侧及转向室设置顶棚和包墙管，尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。整个炉膛共分12个循环回路，前、后、左、右侧各3个回路。其水循环系统为：经省煤器加热后的给水进入汽包，与汽包中的炉水混合后分别进入4根集中下降管，再由36根囟133伊10的下水连接管分别引到前、后及两侧水冷壁下集箱。汽水混合物由36根囟133伊10的顶部连接管引入汽包，在汽包内蒸汽及水通过汽水分离装置进行分离，分离出来的饱和蒸汽进入过热器，饱和水进入下降管进行再循环。2锅炉底部加热的引出2.1锅炉点火升压时壁温差的研究2.1.1点火升压时壁温差产生机理锅炉点火时，汽包上部是饱和汽、下部是水。汽包下部，水对汽包放热，使汽包壁温度升高，传热方式是对流换热；汽包上部，蒸汽遇到温度较低的汽包壁，发生凝结，释放出汽化潜热，传热方式是凝结换热。锅炉点火初期，燃烧较弱，锅炉水循环很慢，汽包内炉水的流动速度很低。据研究，在低汽包压力和循环流速下，凝结换热系数远大于对流换热系数。因此，汽包上部在蒸汽的强烈加热下，上壁温可很快达到当时压力对应的饱和温度，而汽包下部因热量传递较慢，下壁温上升较慢，这样就出现了上下壁温差，上壁温度高，下壁温度低。表1是不同压力时水的饱和温度相对压力的变化率。表1不同压力下饱和温度的变化率240t/h锅炉底部加热系统的研究与应用吴永翔(攀钢能源动力中心，四川攀枝花，617000)【摘要】主要介绍了底部加热技术在攀钢240t/h锅炉的应用情况，通过锅炉点火升压时壁温差产生机理，引出了相关控制方法，并对底部加热方式与“煨炉”方式进行了经济性和应用效果的综合比较，说明了底部加热方式应用的优势，同时，提出了现底部加热系统安全应用的注意事项。【关键词】锅炉;底部加热;壁温差;经济性【中图分类号】TK229【文献标识码】B【文章编号】1006-6764（2014）11-0033-06ResearchandApplicationoftheBottomHeatingSystemfor240t/hBoilerWuYongxiang(EnergyandPowerCenterofPangangGroupV-TiCo.,Ltd,Panzhihua,Sichuan617000,China)【Abstract】Theapplicationofbottomheatingtechnologyinthe240t/hboilerofPangangisintroduced.Relatedcontrolmethodswereobtainedthroughthegeneratingmechanismofwalltemperaturedifferenceatrisingpressureafterboilerignition.Theeconomyandapplica原tioneffectofbottomheatingandboiler“roasting”werecomprehensivelycompared,toshowtheadvantagesofbottomheatingmode.Attentionpointsinsafeoperationoftheexistingbot原tomheatingsystemarealsoputforward.【Keywords】boiler;bottomheating;walltemperaturedifference;economy33冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期主汽压力/MPa主汽温度/益控制时间/min备注点火~起压-60~120煨炉起压~1.023080-1.2230~28040汽机冲转由表1可见，在汽压较低时，饱和温度的变化较为剧烈，汽压越高，汽压变化引起饱和温度的变化越小。在锅炉起压阶段，压力只要上升少许，饱和温度就上升很多。蒸汽可将汽包上部内壁迅速加热到饱和温度，使上壁温飞快上升；而炉水对汽包下部内壁的加热很慢，下壁温缓慢上升。因此，锅炉点火后起压阶段，最易出现汽包上下壁温差快速增大，如控制不当，汽包上下壁温差要超过规定，且汽包内外壁也要产生很大的温差，必须严格控制燃烧率，减缓锅炉升压率。2.1.2点火升压时壁温差控制方法根据壁温差产生机理，锅炉启动过程中，采用下列措施可控制汽包上下壁温差。（1）汽压在0.1MPa以下时，严格控制炉膛燃烧强度，保持较小的汽压上升速度。如果上下壁温差达到较大值，应及时减弱燃烧，待上下温差降低后再继续升压。（2）使水冷壁受热均匀，有助于消除汽包内的死区，使汽包下壁温趋于均匀。（3）点火初期对下联箱进行适当放水，可加速汽包、水冷壁管和下降管内炉水的流动，使冷热炉水进行充分混合、补充，消除汽包下部的温差。为控制240t/h锅炉点火初期的上下壁温差，特要求冷态锅炉点火后，严格执行锅炉升温升压曲线，其升温升压控制指标为：升压速率：0.029~0.049MPa/min；升温速率：汽包压力0~0.1MPa时，役1益/min；汽包压力跃0.1MPa，役2益/min；汽包上下壁温差役40益；为严格按要求控制汽包上下壁温差和升温升压速率（尤其控制好锅炉起压阶段的升温率），结合有效经验，240t/h锅炉采取了点炉后“煨炉”1耀2h的措施。所谓“煨炉“，即锅炉点火后，保持一定的煤气开度（煤气调门开度一般为20%耀30%），控制一定的燃烧速率，充分均匀加热各表面受热部件，达到有效控制各受热部件的应力。煨炉结束后，锅炉方开始升温升压。汽机冲转前的锅炉原则性的升温升压要求见表2。表2240t/h锅炉汽机冲转前升温升压表由表2所示，冷态锅炉点火后，“煨炉”1耀2h，待炉膛均匀受热后，开始升压，自起压至1.0MPa，时间为80min，再至汽轮机冲转，需40min，如此，冷态锅炉自点火成功至汽机冲转，共需时长3耀4h。但是，采用“煨炉”方法，存在如下不足：（1）煨炉所需时间长，延长了汽轮发电机组的上网时间。（2）煨炉无法有效控制汽包上下壁温差，对燃烧调整要求高，稍不慎，壁温差易超限。（3）煨炉效率低。点火后，因炉膛温度较低，冷炉冷风，煤气利用效率低。2.2底部加热的引出针对“煨炉”方式的不足，结合国内同行的成功经验，240t/h锅炉设计实施了下联箱底部加热系统，并得到了成功应用。所谓“底部加热”，就是利用邻机抽汽作为加热汽源，通过锅炉下联箱加热炉内给水，为锅炉创造一个热炉的启动环境，改善水循环，使锅炉各金属部件均匀受热，有效降低各部件温差所引起的热应力。3底部加热的综合评估底部加热涉及加热蒸汽与炉内给水的加热、炉内给水与水冷壁管等的换热以及水冷壁管对炉膛内空气的换热，因此，若理清底部加热各种换热关系，需进行换热计算，进而准确计算蒸汽耗量，开展相关计算评估。3.1底部加热的经济性分析3.1.1传热系数的计算将鳍片膜式水冷壁管的换热过程模拟为大平板热传导过程，炉膛内空气温度取30益，炉水被加热至150益。根据传热流程可知，加热蒸汽对水冷壁中的给水加热的同时，给水也通过水冷壁管向外传热，其传热系数为：K=11琢1+啄姿S+1琢2其中，琢1—水冷壁管内的水对管壁的对流换热系数：琢1=Nu姿DNu=0.023Ref0.8Prfn(浊f浊w)0.25Re=Dv浊fD—水冷壁内径，0.05m；v—水在水冷壁中流动的速度，取1.0m/s。34冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期时间汽包压力/MPa主汽温度/益汽包下壁温度/益汽包上壁温度/益炉膛温度/益壁温差/益备注21:20030.641.0252.022861123:350.05277273.4611.40:00.127849868140:590.226108.6121.682132:180.350.6128.9131.4962.54:420.470.6141.8141.811409:330.568150149.5131-0.5锅炉开始点火，底部加热退出12:041.2355174173447-1汽机冲转时间汽包压力/MPa主汽温度/益汽包下壁温度/益汽包上壁温度/益炉膛温度/益壁温差/益备注0：00049.0876.3270.32596点火1：000.059876.4770.471686煨炉开始，开始升压1：340.11078198247171：460.212186106305201：540.313491112.537321.52：050.415593114.838621.82：300.5199106123422173：271.233014515944114汽机冲转其他：单送风机运行I=18A,单吸风机运行I=40A水的其他状态参数由平均温度（90益）查取：浊f—动力粘度系数，314.9伊10-6kg/(m.s)；Prf—1.95；姿—68伊10-2W/(m.k)；浊w—30益空气的动力粘度系数，1002.47伊10-6kg/(m.s)。计算得出，琢1=16.49W/(m2K)。琢2—水冷壁与炉膛中空气的对流换热系数，查表得，10W/(m2K)姿S—水冷壁管的导热系数，据其材质查表得，48.9W/(m2K)；啄—水冷壁管的当量厚度，经计算得，3.09m。由此可求得，K=4.49KJ/(m2K)。3.1.2加热过程中的热平衡工质被加热的同时，对外放出的热量为Q损=KA驻t=434730.8kJ式中，A—水冷壁受热面积（m2）；驻t—温升，益。水冷壁管中工质的吸热量（被加热到0.5MPa，150益）为：Q吸=m(h1-h2)=12486412kJ式中，m—水冷壁和汽包内的水量，kg；h1、h2—水的初始、终态焓值。由热平衡方程可得，蒸汽放出的热量为，Q放=Q损+Q吸=D驻h汽式中，D—加热蒸汽量（t）；驻h汽—蒸汽焓降。由上式可得出，D=5.37t，折合标煤为：440.96kg。3.1.3与“煨炉”的经济性比较“煨炉”期间仅采用焦煤单种燃料，单送单吸运行，其耗燃料折标煤计算如下（煨炉时间按1h计算）：（1）焦煤耗量为1000m3，按照焦煤15380.4kJ/m3计算，约耗热量：15380.4伊1000=15380400kJ。（2）送风机耗电量：18伊6伊0.85伊1.732=159kWh，折合能量为572400kJ。（3）吸风机耗电量：40伊6伊0.85伊1.732=353.3kWh，折合能量为1271880kJ。综上，“煨炉”合计耗能为：17224680kJ，折合标煤：587.83kg。显然，“煨炉”的耗能折标煤587.83kg跃底部加热耗能（440.96kg），因此，底部加热经济性更强。3.2“煨炉”与底部加热实际应用效果比较结合两次点炉所采取不同方式，下面将两者升压至0.5MPa（汽包压力）和满足汽机冲转时的各参数统计如表3、表4所示。表3“煨炉”方式锅炉实际升温升压表表4“底部加热”方式锅炉升温升压表35冶金动力METALLURGICALPOWER2014年第11期总第177期水冷壁东侧集箱蒸汽加热分配集箱邻炉加热疏水水冷壁集箱前侧水冷壁西侧下集箱水冷壁集箱后侧方式时长/min升压率/（MPa/min）煨炉2070.0060.6161.97(0.1MPa)21.821.8底部加热1490.005-1.92(0.5MPa)14-1升温率/（益/min)0~0.1MPa点火后升压期间最大壁温差/益点火后全程表3注：点火以焦煤四角全部点燃时间起算，因此，点火时汽包