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1、一、汽包啟動(dòng)應(yīng)力
汽包鍋爐的汽包為單向受熱的厚壁部件，在啟動(dòng)過(guò)程中將產(chǎn)生很大的啟動(dòng)應(yīng)力。鍋爐啟停必須嚴(yán)格控制壓力變化的速度，很主要的一個(gè)原因就是考慮汽包的安全。鍋爐在啟動(dòng)、停運(yùn)與變負(fù)荷過(guò)程中，汽包金屬將出現(xiàn)下述幾種應(yīng)力。
1、汽包機(jī)械應(yīng)力
汽包機(jī)械應(yīng)力是指由汽包內(nèi)的工質(zhì)壓力引起的金屬應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力在任意點(diǎn)的三個(gè)方向均為拉應(yīng)力，且均與汽包內(nèi)壓力成正比。
2、熱應(yīng)力
熱應(yīng)力又稱溫差應(yīng)力，是由于不通部位金屬在不同溫度下其體積變化受到限制而產(chǎn)生的應(yīng)力，啟動(dòng)熱應(yīng)力主要由汽包的上、下壁溫差和內(nèi)外壁溫差引起的
⑴上、下壁溫差引起的熱應(yīng)力。
在鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓過(guò)程中將出現(xiàn)汽包上下壁溫差。鍋爐進(jìn)
2、水時(shí)汽包壁溫為下高上低。汽包起壓后汽包壁溫為上高下低，且升壓速度越快，飽和溫度增加的越快，汽包上下壁溫差越大。汽包下壁的應(yīng)力狀態(tài)由受壓轉(zhuǎn)為受拉經(jīng)歷一次應(yīng)力循環(huán)。由于啟停一次應(yīng)力變化的幅值與最初的壓應(yīng)力有關(guān)，而應(yīng)力循環(huán)幅值大小會(huì)影響汽包的低周疲勞壽命，所以啟動(dòng)前進(jìn)水應(yīng)限制進(jìn)水溫度和時(shí)間，應(yīng)盡可能減小上、下壁溫差。
⑵內(nèi)外壁溫差引起的熱應(yīng)力。
汽包內(nèi)外壁溫差出現(xiàn)于鍋爐進(jìn)水和鍋爐升壓過(guò)程中。進(jìn)水時(shí)，熱水只與汽包內(nèi)壁接觸，外壁接受內(nèi)壁熱流故其溫度低于內(nèi)壁，產(chǎn)生內(nèi)外壁溫差。
點(diǎn)火后隨著汽壓上升，飽和溫度的升高，同水和蒸汽接觸的汽包內(nèi)壁溫度接近于飽和溫度，但外壁溫度的升高則受到金屬導(dǎo)熱及壁厚的限制，
3、因而造成內(nèi)外壁之間的溫差。鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由于汽包的導(dǎo)熱系統(tǒng)λ很大，所以汽包內(nèi)壁內(nèi)的溫差較小，熱應(yīng)力也較小。然而，鍋爐在啟停或變負(fù)荷過(guò)程中，由于介質(zhì)溫度不斷上升，故產(chǎn)生了很大的熱應(yīng)力。內(nèi)壁溫度高，膨脹受阻而承受壓應(yīng)力；外壁溫度低，承受拉應(yīng)力。汽包壁溫差的最大值通常出現(xiàn)在啟動(dòng)之初。其原因是啟動(dòng)之初，水循環(huán)弱，水?dāng)_動(dòng)小，汽包下半部與幾乎不動(dòng)的水接觸傳熱，使汽包下部金屬升溫慢；二是低壓階段壓力不大的變化會(huì)引起飽和溫度很大的變化，即引起鍋水和汽溫產(chǎn)生較大的變化，使水汽對(duì)汽包壁的放熱量也相應(yīng)發(fā)生較大的變化，加大了汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。
3、附加應(yīng)力
附件應(yīng)力是指汽包與內(nèi)部介質(zhì)質(zhì)量引起的應(yīng)力，
4、其數(shù)值與以上兩種應(yīng)力比較要小得多。
二、啟停過(guò)程中汽包壁溫差的監(jiān)視
為保護(hù)汽包，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程必須不斷監(jiān)視汽包上下壁溫差以及內(nèi)外壁溫差。由于汽包內(nèi)壁金屬溫度不能直接測(cè)量，故常以飽和蒸汽引出管外壁溫度代替汽包上部的內(nèi)壁溫度，以集中下降管外壁溫度代替汽包下部的內(nèi)壁溫度。以最大的引出管外壁溫度減去汽包上部外壁最小溫度，差值即為汽包上部?jī)?nèi)外壁最大溫差。
三、汽包啟動(dòng)應(yīng)力控制
鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)械應(yīng)力隨汽壓上升而增大，逐漸成為汽包應(yīng)力的主要部分，汽包熱應(yīng)力則隨汽壓上升而逐漸減小，并且它只與汽包壁溫差有關(guān)。在汽包內(nèi)壁，內(nèi)外壁溫差引起壓應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力相消，汽包外壁引起拉應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力正向疊加。如果沒(méi)有
5、孔邊應(yīng)力集中，則外壁拉應(yīng)力將成為最大峰值應(yīng)力。隨著壓力提高，當(dāng)機(jī)械應(yīng)力占據(jù)主導(dǎo)地位后，則可適當(dāng)采用較高的溫升速率。在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)以后，鍋爐的啟動(dòng)速度還要受到汽輪機(jī)運(yùn)行方式的限制，升壓主要是控制過(guò)熱汽溫的升溫速率，而啟動(dòng)熱應(yīng)力所允許的壁溫差通常是自然滿足的。停爐過(guò)程中最大峰值應(yīng)力通常在停爐初期階段出現(xiàn)，這時(shí)機(jī)械應(yīng)力最大，而壁溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力在內(nèi)壁又是與機(jī)械應(yīng)力相同的，疊加后得到最大的熱應(yīng)力。為減小應(yīng)力幅值，應(yīng)注意該階段對(duì)降溫速度的控制，不宜過(guò)大。
如上所述，啟動(dòng)應(yīng)力為控制的重要標(biāo)志是汽包的上下壁溫差和內(nèi)外壁溫差。
四、鍋爐啟停過(guò)程中防止汽包壁溫差過(guò)大的措施
1、啟動(dòng)中嚴(yán)格控制升壓速率
尤其
6、是低壓階段的升壓速度應(yīng)力求緩慢。這是防止汽包溫差過(guò)大的根本措施，為此，升壓過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照給定的鍋爐升壓曲線進(jìn)行，如發(fā)現(xiàn)有異常情況，應(yīng)減緩或暫停升壓。控制升壓速率的主要手段主要是控制燃燒率，此外還可改變旁路系統(tǒng)的通汽量進(jìn)行升壓過(guò)程的控制。
2、設(shè)法盡快建立正常的水循環(huán)
水循環(huán)越強(qiáng)，上升管出口的汽水混合物以更大的流速進(jìn)入并擾動(dòng)水空間，使水對(duì)汽包下壁的放熱系數(shù)提高，從而減小上下壁溫差。
3、初投燃料量不能太少，爐內(nèi)燃燒、傳熱應(yīng)均勻。
初投燃料太少，水冷壁產(chǎn)汽量少，水流動(dòng)慢，流量偏差大，且爐內(nèi)火焰不易充滿爐膛，有可能使部分水冷壁處于無(wú)循環(huán)或弱循環(huán)狀態(tài)，與這部分水冷壁相對(duì)應(yīng)的汽包長(zhǎng)度區(qū)間的上下壁溫差增大。因此保持均勻火焰是啟動(dòng)燃燒調(diào)整的重要任務(wù)。初投燃料量與控制升壓速度的矛盾，可用開(kāi)大旁路系統(tǒng)調(diào)門的方法解決。
4、控制降壓速度
停爐尤其在高參數(shù)停爐之初需謹(jǐn)慎控制降壓速度，以免發(fā)生更大的汽包壁溫差和峰值應(yīng)力；降壓速度分階段進(jìn)行
5、鍋爐進(jìn)水應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)水參數(shù)
一般控制進(jìn)水溫度與汽包溫度之差不大于90℃，進(jìn)水時(shí)間冬季不少于4h,夏季不小于2h，啟動(dòng)時(shí)適當(dāng)將汽包水位維持在較高水平，對(duì)控制汽包壁溫差也有一定作用。
鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中的安全監(jiān)督
