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1、锅炉汽包壁温差分析及控制李羡波(广钢股份有限公司热电厂)摘要本文对锅炉启停工况中的汽包温度差所产生的热应力的原因及其不利影响进行分析,并提出控制的办法。关键词汽包;温度差;热应力中图分类号:TK223.1+3文献标识码:A文章编号:1671-3818(2006)02-0037-04ANALYSINGANDDIFFERENCESCONTROLINGTEMPERATUREINDRUMWALLOFBOILERLiXianbo(ThermalPowerPlantofGISE)AbstractThisarticleanalysesthereasonandunfav
2、ourableinfluenceofthermalstressresultedfromthedrumtemperaturedifferenceduringstartingorshuttingboiler,andproposesthecounter2measure.Keywordsdrum;temperaturedifference;thermalstress2～4倍。峰值应力使汽包壁局部材料屈服,引起应力再分配,最大应力达到屈服限αb,在静态时不构成危害。但是,波动的峰值应力到了一定的波动次数后,材料会脆性破坏。锅炉启、停过程汽包应力安全原则有以下几项:
3、(1)汽包机械应力要符合最大剪应力理论强度条件。(2)汽包峰值应力超过屈服极限时发生局部塑性变形,吸收超过屈服限部分的应力,但是不会造成汽包的静态破坏。(3)汽包峰值应力会产生低周疲劳与寿命损耗,降低峰值应力值可减少低周疲劳损耗,其关键是减小汽包热应力。热应力是由金属温差产生的,减少汽包壁金属温差的基本方法是促进工质流动,均匀炉水温度和限制升温速度。(4)汽包材料屈服极限大于1MPa,峰值应力循环次数小于1000次,可不考虑汽包低周疲劳损耗。汽包峰值应力超过材料屈服限时,材料局部发生塑性变形,使断面的应力重新分配,最大值不大于屈服限。如果是周期性的峰值应
4、力,则在周期性塑性应变下将使材料断裂破坏,这种现象称为低周疲劳破坏。达到低周疲劳破坏的应力循环总次数称为寿命,运行中应力循环次数占寿命的百分数称为寿命损耗。3汽包机械应力1前言锅炉汽水系统由于设备体积庞大,结构复杂,所处条件不同等特点,无论启动或停止,火焰及工质对它们的加热或冷却速度都不同,因而各部件之间或部件本身将产生明显的温度差。温度差将导致金属设备膨胀或收缩的不均,并产生热应力。锅炉承压部件随温度差的变化将产生金属疲劳,当热应力超过允许的极限值时,会使部件产生裂纹乃至损坏。这些热应力主要表现在锅炉的汽包、水冷壁、省煤器、过热器等设备上,本文只讨论锅
5、炉汽包的温度差与热应力。2汽包启动应力汽包启动应力是指锅炉启动、停运与变负荷过程汽包壁的应力。它主要由工质压力引起的机械应力,汽包壁温度不均匀引起的热应力,以及汽包与内部介质重量等引起的附加应力所组成。汽包壁应力可分为主体膜应力αm和峰值应力αf两种。汽包强度要符合最大剪应力理论强度条件:αm,max-αm,min≤[α]式中αm,max———主体膜应力最大值,MPa;αm,min———主体膜应力最小值,MPa;[α]———材料许用应力,MPa。峰值应力是汽包壁的局部应力,是由汽包壁不均匀温度及结构等因素产生的。它比主体膜应力大·38·冶金丛刊总第162
6、期汽包下部内壁的合成应力为αnx=αsx+αnw,汽包上按汽包的内外直径比,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它变形,故汽包的纵横断面上只有正应力无剪应力,汽包壁任一点有三个方向的应力,沿圆筒切线方向的切向应力为αm,1,沿圆筒轴线方向的轴向应力为αm,2,沿圆筒直径方向的径向应力为αm,3,其计算式为:下壁、内外壁温差的存在,使温度高的一侧受热,力图膨胀,温度低的一侧阻止膨胀,因此使汽包产生内侧和下壁受压应力,外侧和上壁受拉应力。温差越大,所产生的应力也越大,即产生的热应力与温差成正比关系,而温差的大小又取决于金属受热或冷却的速度和
7、金属壁的厚度。所以给汽包上水时,若使内外、上下壁温差加大而产生较大的温度应力,不仅会影响汽包本身的安全,还会使管子与汽包间的接口也产生热应力。因此,在锅炉点火前,为了减小热应力αnx,汽包进水应限制汽包上下、内外壁温差及减小Δt1-0,其方法是限制进水温度和进水速度,后者可缩小Δt1-0。一般规定冷态启动时,其上水温度不得高于90℃,进水的持续时间通常不少于2h。在实际运行中多用100℃左右的除氧水作为进水,当水经省煤器和连接管道进入汽包时,温度约为70℃左右。另外,为安全起见,要求锅炉上常温水时,上水温度必须高于汽包材料性能所规定的脆性转变温度33℃以
8、上。热态上水时,给水温度与汽包壁的温度差不能大于40℃。锅炉上水速度是用开始上水
