锅筒型锅炉的启动

19.1.3　锅筒型锅炉的启动

锅筒型锅炉完成启动前的检查与准备工作后，即可进行

图19.3　锅筒型锅炉启动程序

锅炉的上水操作。电站锅炉冷态启动时，锅筒的金属温度接近室温，上水的温度应不高于90℃；热态启动时的上水温度与锅筒金属温度的差值，应不大于40℃。上水应至锅筒水位计的最低可见水位。冬季时上水持续时间不少于4 h，夏季应不少于2h，上水的方法视设备的具体情况而定。

锅炉点火成功后，即开始升温、升压。由于水和蒸汽在饱和状态下温度和压力存在一定的对应关系，所以，锅筒和水冷壁的升压过程就是升温过程，通常以控制升压速度来控制升温速度。对高压以上的锅炉，冷态启动时，升压过程中锅筒的平均温升速度不大于1～1.5℃/min，过热蒸汽、再热蒸汽平均升温速度不大于1.5～2℃/min，锅炉升温升压过程中，不仅要考虑锅炉的安全，还要满足汽轮机对部件加热的要求。

单元机组自然循环锅炉的一般启动程序如图19.3所示。

图19.4为某电厂300MW亚临界自然循环锅炉在单元制系统中的冷态启动曲线。在升压的初始阶段，升压速度很低，随后锅炉的升压和升温速度逐渐提高，直到压力升高到4.5MPa、温度达到325℃时，开始冲转汽轮机，并维持一段时间使汽轮机升速到额定转数。之后，锅炉的升温和升压则是根据汽轮机增负荷的需要进行。当压力升高到额定值时，汽轮机已经带到约250MW，压力越高，升压速度越快。

图19.4　某300MW亚临界自然循环锅炉冷态启动曲线

图19.5　锅炉启动过程中锅筒上、下壁温差随时间变化^［4］

锅筒型锅炉的一个重要特征是其汽水系统中的厚壁金属锅筒，锅筒筒内蓄水、蓄热能力大，内、外和上、下壁的温度差是制约整台机组启动速度的主要因素。在启动过程中要严格控制升压速度，保证锅炉锅筒等部件逐渐和均匀地得到加热，不致产生过大的热应力而危害设备的安全。

锅炉上水和整个升压过程，锅筒的受热是不均匀的，锅筒壁的温度是不断变化的。在锅炉上水时，水温为80～90℃，锅筒下半部受到水的加热，壁温上升，因而锅筒下半部壁温高于上半部壁温。锅炉点火后，炉水温度逐渐升高，产生蒸汽。但由于点火初期燃烧很弱，产汽量少，水循环不良，锅筒内水的流动很慢，锅筒下半部与几乎不流动的水接触，传热速度很慢，所以金属壁温升不高，锅筒的上半部与蒸汽接触，蒸汽遇到较冷的锅筒壁将凝结成水。蒸汽凝结时的放热系数要比水对锅筒下半部的放热系数大几倍，故锅筒上半部壁温升高较快。这样锅筒壁温由上半部低于下半部而变为高于下半部壁温，因而形成上高下低的温差。

锅筒上、下壁温差与水循环情况和升压速度有关。当水循环已建立，锅筒内水流动速度很快，增大了水对锅筒壁的放热，将使锅筒上、下壁温差减小。升压速度对锅筒壁温差的影响更大，因为同样的升压速度，低压时的温升速度快，将使锅筒上、下壁温差增大。因此，在锅炉点火升压的初期，水循环尚未正常，锅筒上、下壁温差将出现最大值，当水循环正常后，锅筒上、下壁温差将变小。

锅炉启动过程中锅筒上、下壁温差随启动时间的变化情况见图19.5。从图中可以看出，在整个锅炉启动过程中温差的变化情况，它在某一时间出现最大温差值。随着锅筒压力的升高，温差不断消失。

启动过程中，锅筒内、外壁的温降也是不容忽视的，很容易想象温降和汽压上升的速度成正比。因此，为了不使温降太大，在锅筒中造成过大的应力，同样必须限制升压速度，根据经验，升温速度宜为55～83℃/h。

当锅筒内壁温度高于外壁温度时，内壁由于温度高膨胀量大，而外壁温度低，膨胀量小，故内壁的膨胀受到外壁的限制，受到压缩应力；而外壁则受到内壁膨胀的影响，受到拉伸应力。锅炉升压速度越快，上述两种热应力就越大，在这两个热应力的共同作用下，锅筒上半部内壁面所受到的是两个叠加一起的压缩应力，而锅筒下半部外壁面所受到的则是两个叠加的拉伸应力。在锅筒危险壁面处其总应力可能要比由工作压力引起的应力高一倍。

锅炉启动、停炉过程中，如果经常出现锅筒壁温差过大，致使热应力过大，再加上其它因素的影响，例如汽压的机械应力，高碱度炉水的侵蚀作用等，最终将可能使锅筒遭受损坏，其后果是很严重的。因此，对升压过程中锅筒的安全问题必须给以足够的重视。

锅筒上、下壁温差一般控制在50℃以下。这个数值是根据实践经验总结出来的。实践证明，温差只要不超50℃，就不会产生过大的热应力，锅筒的弯曲变形就很小或者不会发生。

（1）在锅炉启动中，防止锅筒壁温差过大的主要措施

①严格控制升压速度。尤其是低压阶段的升压速度要尽量缓慢，这是防止锅筒壁温差过大的重要措施。为此，要严格按规程规定的时间升压。锅筒上、下壁的温度，在大型锅炉上，有温度表监视，中、小型锅炉则没有安装锅筒壁的温度计。只要按规程规定的时间进行升压，锅筒上、下壁的温度差就不会超过50℃。控制升压速度的主要手段是控制好燃料量。

②升压初期，压力上升一定要缓慢、平稳，尽可能不使汽压波动。因为在低压阶段饱和温度随压力变化较大。压力波动，则温度变化，势必产生较大的热应力。

③设法尽早建立起水循环。锅炉点火初期，尚未建立起正常的水循环，锅筒内的水扰动小，水同金属接触传热很差。当水循环逐步形成后，锅筒中的水流动较快，扰动大，使水和锅筒壁的传热加强，因而能使锅筒上、下壁温差逐渐减小。因此，尽快地建立起正常的水循环，是减小锅筒壁上、下温差的有效方法。

（2）锅炉启动中，促使正常水循环的尽快建立的几个措施：

①进行水冷壁下部的定期放水或连续放水，是促进水循环，减小锅筒壁温差是行之有效的方法。

②维持燃烧的稳定和均匀。避免由于受热不均影响正常的水循环建立。

③安装蒸汽加热装置，由邻炉蒸汽或汽机抽汽送入水冷壁下联箱，对水冷壁系统中的水进行加热，使其在点火前逐渐受热产生水循环，俗称无火启动。

在锅炉启动过程中还应该注意过热器、省煤器和空气预热器的冷却问题。

锅炉正常运行时，过热器管壁吸收的热量传递给管内的蒸汽，蒸汽不断地流动，将其热量带走，也就是蒸汽不断地冷却过热器，使过热器金属管壁温度保持在允许范围之内，确保过热器正常工作。

在锅炉点火、升压过程中，过热器的工作处于非正常状态，须特别注意保护过热器，才能防止过热器管壁超温。

锅炉点火、升压时，燃料燃烧放出的热量，大部分是用来加热炉水和锅炉金属及炉墙，用于蒸发的热量较少，即产生的蒸汽量较少。在升压过程中，经过热器排出的蒸汽量只有额定蒸发量的10%左右，到并汽前大约增加到15%，即流经过热器的蒸汽量较少。虽然此期间烟气在过热器区域内付出的热量小于锅炉在正常运行时的数值，但由于流经过热器的蒸汽量小，对过热器的冷却作用差，因此过热器管壁温度上升迅速。

现代锅炉的过热器一般都采用立式布置。锅炉水压试验后会积存一部分水在过热器管内。锅炉停用时，蒸汽将在垂直布置的过热器内凝结，这些水也会积存在过热器管内。点火升压中，随蒸汽压力的提高，经过过热器的汽流，首先通过阻力较小的管段，将管内积水排走，但过热器个别管内还会存有积水，即形成“水塞”，使蒸汽不能流过。在积水全部蒸发或排除之前，某些管内没有蒸汽流过，管壁金属温度接近烟气温度，很容易超温。

工业锅炉过热器一般都用停炉后剩余的冷凝水或水压试验后留下的积水进行冷却。在启动后期改用蒸汽冷却。这样，必须保证在改用蒸汽冷却时冷凝水不会烧干，否则水中的盐分就会沉积在过热器管壁上，另外应该保证改用蒸汽冷却时，过热器蛇形管中的水能被全部冲走。

起动过程中，烟气流和蒸汽流分布不均匀，相应地造成过热器管壁温度沿锅炉宽度分布不均匀，这两种因素会引起过热器管子间的管壁温度差别很大。

为避免过热器管在锅炉点火、升压过程中过热，必须使蒸汽流过过热器，即所谓排汽冷却。利用升压过程中，锅炉自身产生的蒸汽流经过热器，经向空排汽门或过热器出口疏水门排掉。所以，启动中要开启向空排汽门或过热器出口疏水门。不允许用关小此门的方法来提高锅炉压力的原因就在于此。

这种用自身蒸汽来冷却过热器的方法，是广泛采用的有效办法。在开始有蒸汽形成时蒸汽量较小，管壁温度仍不会比烟气温度低很多。此时，要控制过热器入口烟温，烟温应比过热器金属允许承受的温度低些。

随着锅筒压力的升高，过热器内蒸汽流量增大，管壁冷却条件逐渐变好。这时可逐渐提高烟气温度，用限制过热器出口汽温的办法来保护过热器。一般规定升压期间，过热器出口蒸汽温度要比额定负荷时汽温低50～100℃。

关于省煤器和空气预热器的冷却，工业锅炉应有旁通烟道，并和省煤器、空气预热器烟道平行放置，锅炉启动时，使烟气通过旁通烟道以确保省煤器和空气预热器的安全。为了保护省煤器，大多数锅炉都从省煤器入口至锅筒底部安装有一条连接管，俗称省煤器再循环管。当锅炉停止上水时，开启再循环管上的再循环门，用锅筒水补充省煤器的蒸发，以保证省煤器不因烟气加热而造成缺水，保护省煤器。在锅炉启动时，打开再循环管，使省煤器内有缓慢的水循环，锅炉转入正常运行后再关闭再循环管。应该注意的是，在启动过程中，由于种种原因，需要给锅炉间断地补充给水，此时，因给水温度低，通过省煤器进入锅筒时，会使给水管和锅筒连接处骤然冷却，对连接焊口或胀口工作不利，为此，必须注意启动时间的蒸汽消耗，使之不要过大。如若消耗过大，就应该在给水阀旁加旁路门，锅炉启动时，通过旁路门小量地连续给水，这样可以防止给水管和锅筒接口的骤冷骤热，以确保其安全运行^［5］。

水位是锅炉运行中一个极为重要的运行监视参数。水位的变化会直接影响锅炉的安全。尤其是在升压过程中，锅炉工况不断变动，造成水位的波动往往很大。由于监视疏忽，调整不当，在起动过程中水位事故时有发生。

在升压过程中，要做好对锅筒水位的监视工作，并保证水位计指示可靠。由于在升压过程中低位水位计的指示不准确，所以监视水位应以一次水位计（锅筒就地水位计）为准。为了使一次水位计指示可靠，锅炉点火后，应对水位计进行多次冲洗，使水位计指示清晰、可靠。

升压过程中的一些操作，对水位的影响较大。如增加燃料量加强燃烧、并汽、汽轮机冲转及校验安全门时，都会引起水位上升，在进行这些操作时，应注意密切监视水位，并进行相应的给水调节工作，以保持水位正常。起动过程中要进行排污，放水前要通知司炉，司炉则应采取加大进水提高水位的办法来保持排污、放水时锅筒水位正常。

在升压过程中，给水调节阀前后的压差较大，给水调节阀的开度稍有改变，给水流量的变化就很大，使锅筒水位难以控制。因此，一般采用流量较小的旁路给水管给水，有利于控制锅筒水位。