极热态启动下锅炉省煤器系统水击现象分析.pdf

山东工业技术2 0 2 3年第4期（总第312 期）极热态启动下锅炉省煤器系统水击现象分析廖彭伟（中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院，河南郑州45 0 0 0 0）【摘要】为研究某超超临界锅炉在极热态启动过程中出现的省煤器系统水击现象，对水击前后发生的事件及关联参数变化情况进行分析，并从机理上解释了水击原因：锅炉主燃料丧失后，炉水循环泵仍继续向省煤器供高温给水，导致一级省煤器入口过冷水快速升温并饱和。在极热态启动中，汽动给水泵供过冷水速率偏高，在一级省煤器入口与饱和汽水交汇造成大量蒸汽冷凝并出现压力骤降区，区域来流方向工质流动得到加强而前进方向工质流动受阻，二者相遇后水体相互挤压产生高压，来流的动能转变为压力能，从而对管道产生巨大冲击并发出噪声。【关键词】超超临界锅炉；省煤器；水击；极热态启动中图分类号TK284.7D0I:10.16640/ki.37-1222/t.2023.04.010【文献标识码 A【文章编号】10 0 6-7 5 2 3（2 0 2 3）0 4-0 0 5 9-0 5门和管道造成强烈冲击，称“正水锤”2-4。引言本文对某超超临界锅炉在极热态启动过程中水击现象常发生在水或蒸汽等压力管道系统中，当管道中的流体流速因外界或内部原因而发生急剧变化时，管道中的压力随之波动，流体阻力增大，引起水击。水击发生时可能导致管道系统强烈振动、发生噪声和空蚀，增大管道流动阻力，水击严重时，则使管道或设备发生严重变形、损坏或爆裂。省煤器管道的水击一般分两种情况：一种是非沸腾式省煤器内部产生大量蒸汽，蒸汽与温度较低的过冷水相遇，水将蒸汽冷凝，原蒸汽区压力降低，使水速突然发生变化并造成水击，引起管道和设备振动，称“负水锤”。另一种则是由于管道阀门快开快关，高压力参数的水流动受阻，其动压在瞬间转变为静压，管道中的压力升高，甚至可能超过正常压力的几十倍至几百倍，对阀出现的省煤器系统水击现象进行研究，分析了水击前后工质参数的变化，从机理上做出解释并给出措施建议，对于同类现象，具有一定的参考价值。一、设备概况某厂的锅炉为超超临界压力变压运行直流炉，单炉膛四角切向燃烧。锅炉启动系统采用内置式汽水分离器，带炉水循环泵，进入省煤器的给水由炉水循环泵和汽动给水泵并联布置提供。如图1所示，在锅炉给水过程中，由汽水分离器分离出来的水经贮水箱向下流到炉水循环泵的入口，汇合主路给水后进人省煤器。锅炉主路给水由锅炉炉前单路进入，分左右两侧到一级省收稿日期】2 0 2 3-0 2-0 8【作者简介】廖彭伟（1993一），男，硕士，中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院，工程师。-59-始快速上升极热态启动下锅炉省煤器系统水击现象分析煤器进口集箱，经一级省煤器和二级省煤器后，汇合在二级省煤器出口集箱，省煤器出口两侧管道在炉前汇集成一根下降管从上至下引人到水冷壁底部进口集箱。一级省煤器位于脱硝设备出口和空气预热器进口之间，水流方向是从下向上流动。二级省煤器受热面位于锅炉上部第一烟道出口处，水流方向是从上向下流动。汽水二级省煤器入口分离器贮水箱汽动给水泵炉水循环水冷壁入口集箱图1锅炉给水示意图二、水击经过1.主要事件在省煤器系统发生水击前，机组运行关键事400一级省煤器入口温度级省煤器出口温度350级省煤器出口温度）口一300件及现象如表1所示。表1水击关键时刻表时刻事件或现象T。汽轮机主调门、旁路门关闭a.汽轮机跳闸，上水调门关闭，热工联锁T,=To+251保护动作导致锅炉主燃料丧失；b.锅炉主燃料丧失联锁关闭给水旁路调门T2=T,+23一级省煤器人口温度快速上升T,=T2+38手动停止炉水循环泵T4=T,+32汽轮机旁路门打开，锅炉侧泄压锅炉侧持续泄压，一级省煤器出口温度开T,=T4+5二级省煤器出口T,=T,+311T,=T.+212脱硝设备Ts=T,+45一级省煤器出口D级省煤器入口空气预热器T。锅炉上水，给水旁路调门置小开度，无明显异常后增大开度一级省煤器出口温度开始快速下降从炉侧传来异响，省煤器系统发生明显水击2.工质参数变化情况水击前后省煤器系统工质温度的变化趋势如图2 所示，可以看出：一级省煤器人口温度自T。时刻短暂波动后在T,时刻附近快速上升至最大值36 3.3，随后逐渐降低并在T,时刻降至332.2，在T。时刻前约10 s温度快速下降直至达到最低值143.9。一级省煤器出口温度在T4时刻前基本保持在192 附近稳定，之后快速上升并在T，时刻达到最大值338.6，随后逐渐下降在T，时刻达到32 9.6，之后快速下降直至达到最低值2 2 5.6，期间在T。时刻附近存在波动。二级省煤器出口温度在TT时刻整体呈波动性上升趋势。T,T,T4TTT,Ts400350(.)300280一2 7 0（）口用果2602502502.502001501000-60-200150TT200400240230TT600800图2 省煤器不同位置的工质温度变化趋势T10001200时间(S)T14001600T1800T200010022002400220山东工业技术2023年第4期（总第312 期）水击前后一级省煤器人、出口压力的变化趋渐下降。区别在于，在T。时刻前约10 s一级省势如图3所示，可以看出：一级省煤器出入、出煤器人口压力骤降1.7 2 MPa后恢复，一级省煤器口压力基本同步变化，自T。时刻开始快速上升，出口压力此时无骤变现象。在T,时刻附近分别达到最大值，在TT，时刻逐22T。一级省煤器入口压力一级省煤器出口压力201816TT,T4工，TT,Ts22一2 01816412100三、原因分析及建议在机组正常湿态运行下，汽水分离器分离后的较高温度的饱和水转至贮水箱后，在炉水循环泵人口与高加前给水混合并具有一定过冷度，再由炉水循环泵供至省煤器人口，与汽动给水泵的主路给水并联。在T。时刻汽轮机因故导致主调门、旁路门关闭后，蒸汽受阻，汽水分离器压力升高，沿程的一级省煤器人、出口压力也随之快速上升直至T时刻，同时因上水压力不足导致省煤器入口流量降低过快，遂开大炉水循环泵出口调门。在T时刻汽轮机跳闸、锅炉主燃料丧失后，一级省煤器人、出口压力开始逐渐降低，来自汽动给水泵1000T一主路给水流量一主路给水旁路调门开度800600400200001412111200400T200400T600800图3省煤器不同位置的工质压力变化趋势T，T！TT600800T10001200时间(S)的主路给水切断，仅由炉水循环泵继续供水到省煤器入口直至T，时刻手动停泵。以上，来自炉水循环泵的高温给水使得一级省煤器入口温度自T。时刻开始快速上升并在T,时刻达到最大值。在T.时刻汽轮机旁路门打开，锅炉侧泄压，一级省煤器入口工质向出口流动，同时炉内蓄热的加热作用，导致一级省煤器出口温度开始快速上升并在T，时刻达到最大值。经检查机组设备无异常后，拟在极热态下锅炉重新上水。如图4所示，于T。时刻采用主路给水旁路进行锅炉上水并初始置于小开度，无明显异常后逐渐增大开度。在T,，时刻，主给水流量达到200t/h，此流量下来自汽动给水泵的低温给水使得一级省煤器出、人口温度先后开始快速下降。T2T:T460-50（%）40302010TT10001200时间(s)图4主路给水变化趋势114001600TT140016001018002000T,TTT180020002200T220024002400-61-极热态启动下锅炉省煤器系统水击现象分析在水击前后，省煤器系统内工质压力在TT。时刻对应的饱和温度如表2 所示。可以看出，一级省煤器入、出口工质分别在T,和T时刻达到饱和，此后直至T，时刻均处于过热状态，这段时间内一级省煤器内的水将转变为水蒸气。在T,，时刻之后，一级省煤器入口产生的蒸汽与大量低温给水交汇，蒸汽遇冷快速凝结出现空穴，体积缩小并发生溃灭而形成真空 5.6 ，在参数T2一级省煤器人口工质压力（MPa）13.51饱和温度（）333.9工质温度（）168.7工质压力（MPa）13.14饱和温度（）331.7工质温度（）193.6机组运行中发生跳闸后，经检查机组设备无异常时，应及时进行极热态启动操作，快速恢复机组并网运行，减少发电损失。一方面，机组跳闸后锅炉金属温度很高，锅炉上水时要根据水冷壁和启动分离器内介质温度和金属温度控制上水流量8。另一方面，进行极热态启动时要密切监视一、二级省煤器入口过冷度，在过冷度较低时严格控制上水流量并持续关注过冷度直至其持续上升后方可加快上水。四、结语某超超临界锅炉在极热态启动过程中出现T。时刻前约10 s出现压力骤降，形成“尖峰”。受此影响，给水主路至一级省煤器人口段工质运动阻力降低，动能增加，而一级省煤器出口段工质压力高于入口，工质流动受阻，动能降低，二者相遇后伴随着汽水进一步地剧烈相变反应，水体相互挤压产生高压7，来流的动能转变为压力能，从而对管道产生巨大冲击并发出噪声。表2 一级省煤器不同时刻工质压力对应饱和温度T。T,19.55363.8254.919.30362.8192.2TT419.4118.69363.2360.1363.3362.8一级省煤器出口19.0118.45361.5359.0192.5193.4的省煤器系统水击现象的原因是在锅炉主燃料丧失后，炉水循环泵仍继续向省煤器供高温给水，导致一级省煤器人口过冷水快速升温并饱和，汽动给水泵供过冷水速率偏高，与一级省煤器入口的饱和水交汇造成管道压力急剧变化，导致水击发生。鉴于此，机组在进行热态启动时要密切监视省煤器入口过冷度，严格控制上水流量，避免工质交汇产生剧烈的参数变化引发管道水冲击。Ts18.1814.54357.8339.7362.6344.517.8214.15356.2337.5193.3338.6T。13.41333.3337.613.01330.9332.4T712.91330.3334.512.54328.1329.7T。12.75329.3306.612.37327.0277.6【参考文献】1雷鸣远.液体输送管道水击现象的产生及防控 J化工设计，2 0 2 1,31(1):6-8+46+1.2孙鹏，田战锋，许向阳.关于锅炉水击现象的解决探索 J.山东工业技术，2 0 15,14(2 8):2 90.3李巍峰，孔令忠.某厂6 0 0 MW机组除氧器上水管道振动大的原因分析 .山东工业技术，2 0 17,19(141):15 7.4文涛，徐国辉，李红兵.低温省煤器启动过程问题探讨及优化 J.节能，2 0 2 1,40(12)：6 7-7 0.5马博.蒸汽输送管道的水击及其防范 化工设备与管道，2 0 16,5 3(1):7 8-8 3.6金永秀.蒸汽管道产生水击的机理与防治 .化工设备与管道，2 0 13,5 0(6):7 5-7 8.7张庭钰.钢铁公司蒸汽管道水击的危害及预防 J.山西冶金，2 0 19,42(5):144-146.8杨頔.10 0 0 MW超超临界机组极热态启动特点及注意事项 J.内蒙古石油化工，2 0 15,41(19):10 4-10 5.-62-山东工业技术2023年第4期（总第312 期）Analysis of Water Hammer in Boiler Economizer System during Extreme Hot StartupLIAO Peng-wei(Datang Central South Electric Power Test Research Institute,Zhengzhou 450000,China)Abstract:In order to study the water hammer of the economizer system during the extreme hot startup ofan ultra-supercritical boiler,the events before and after the water hammer and the changes of related parameterswere analyzed,and the reasons for the water hammer were explained from the mechanism.The results showthat after the main fuel trip occurs,the boiler-cycling pump continues to supply high temperature feed water toeconomizer,which leads to the rapid heating and saturation of the supercooled water at the inlet of the primaryeconomizer.During the subsequent extreme hot startup process,the rate of supercooled water supplied by thesteam-driven feed pump is relatively high.The confluence of supercooled water and saturated water at the inletof primary economizer will cause a large amount of steam to condense and a pressure drop zone will appear.Theflow of working medium in the incoming direction of the region is strengthened and the flow of working mediumin the forward direction is blocked.After the two fluids meet,the water bodies squeeze each other to generatehigh pressure,and the kinetic energy of the incoming flow is converted into pressure energy,which has a hugeimpact on the pipeline and makes noise.Key Words:ultra-supercritical boiler,economizer,water hammer,extreme hot startup-63一