燃机余热锅炉汽包上下壁温差大原因分析及处理107

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2024年7月22日发(作者：)

燃机余热锅炉汽包上下壁温差大原因分析及处理

摘要：在机组整套启动调试期间，余热锅炉冷态启动时出现了汽包上下壁温差

大问题。结合燃机的启动特点、余热锅炉结构特点及本机组的实际情况等，对机

组启动过程、运行方式进行细致全面的分析，并经对多项运行方式的调整和试验，

有效控制冷、温、热启动和停机时，高、中、低压汽包上下壁温差均控制在50℃

以内，成功解决了汽包壁温差大问题，达到了规范及设备要求，实现了安全、稳

定运行。

关键词：燃机；余热锅炉；汽包壁温差大；冷态启动

Analysis and treatment of large temperature difference between upper and lower

wall of steam drum of gas turbine waste heat boiler

Zhang Haisheng

（Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co.，Ltd. Guangzhou

City，Guangdong Province 510080）

Abstract：During the whole start-up and commissioning of the unit，the large

temperature difference between the upper and lower walls of the steam drum

appears during the cold start-up of the waste heat ed with the start-up

characteristics of the gas turbine，the structural characteristics of the waste heat

boiler and the actual conditions of the unit，this paper makes a detailed and

comprehensive analysis of the start-up process and operation mode of the unit，and

effectively controls the cold and temperature by adjusting and testing several

operation cold、warm and hot start and stop，the temperature

difference between upper and lower wall of high，medium and low pressure steam

drum is controlled within 50 ℃，the problem of big wall temperature difference of

steam drum is solved successfully，the requirement of specification and equipment is

reached，and the safe and stable operation is realized.

Key words：Gas turbine；Waste heat boiler；Large temperature difference

between upper and lower wall of steam drum；Cold start；

0 引言：

汽包是亚临界锅炉的重要设备。但由于汽包的壁厚、体积大且较长，启动和

停止时容易产生上下壁温差大、内外壁温差大等问题，导致产生较大的热应力，

对设备安全运行和寿命构成重大影响。又因为燃机启动时间短（从冲转至

3000r/min恒速运行只有10多分钟），排烟温度从常温迅速升至500℃左右，余

热锅炉受热面短时间内大量受热，受热不均，造成汽包上下壁温差大，尤其是高

压汽包（冷态启动时高压汽包上下壁温差可达80℃，甚至100℃以上）。汽包温

差的最大值，一般是在冷态启动初期时出现。

本文通过机组整套启动调试期间，现场调查和深入的分析，提出了系列的专

项处理方案，顺利解决了汽包冷、温、热态启动和停机时上下壁温差大问题，供

同行参考。

1 设备概述：

某电厂2×400MW级燃气热电冷联产项目，双轴配置联合循环机组，厂家为

东方菱日，锅炉型号：MHDB-AE94.3A-Q1，余热锅炉采用三压、再热、卧式、自

然循环、无补燃，露天布置；余热锅炉的运行方式满足汽机变压运行的要求；余

热锅炉的设计充分考虑了联合循环机组每日起停的要求，满足频繁的启动/停止情

况下供电运行的要求。

低压汽包上部设置一体化除氧器，低压给水在除氧器加热后进入低压汽包，

除氧器加热汽源来自辅汽和低压汽包自产汽。高、中压给水均来自低压汽包，其

再循环也均回至低压汽包。高压省煤器还设置旁路系统，高压定排底部设置临炉

加热，汽源来自辅汽。所有受热面均为螺旋开齿带折角鳍片管，垂直布置于换热

室内，受热面管上、下两端分别设有上集箱与下集箱。烟气流向如下：燃气轮机

排气→余热锅炉入口烟道→高压三级过热器→二级再热器→高压二级过热器→一

级再热器→高压一级过热器→高压蒸发器→预留脱硝模块空间→中压过热器→高

压三级省煤器→中压蒸发器→低压过热器→高压二级省煤器→中压省煤器→高压

一级省煤器→低压蒸发器→凝结水加热器→烟气冷却器→出口烟道→烟囱→ 排向

大气。

主要设备参数：高压系统参数：过热蒸汽出口压力 13.08MPa，额定蒸汽流量

273.49t/h；中压系统：过热蒸汽出口压力 3.22MPa，额定蒸汽流量 57.76t/h；低

压系统：过热蒸汽出口压力 0.42MPa，额定蒸汽流量 47.9t/h。

2原因分析：

燃机点火升压初期，特别是冷态启机，炉内炉水未到蒸发温度，产生的蒸汽

量很少，自然水循环尚未形成。汽包内的水流动很慢，或局部停滞，所以汽包下

壁温差小。当产生蒸汽时，汽包上壁与饱和蒸汽接触，饱和蒸汽遇到较冷的汽包

壁便发生凝结放热，由于蒸汽凝结时的放热系数要比汽包下半部水的放热系数大

几倍，上壁温度很快达到对应压力下的饱和温度，使汽包上壁温度大于下壁温度。

形成了汽包壁温上部高下部低的壁温差，汽包升压速度越快，饱和温度升高越快，

产生的温差就越大。停机时情况正好相反。结合该现场特点，分析主要原因如下：

（1）燃机冷态启动时间短，从开始冲转至额定转速仅需10min左右，且中间

无法暂停。期间其排烟温度从30℃左右快速增加到500℃左右，余热锅炉受热面

短时间内大量受热，受热不均。

（2）锅炉上水时给水温度较低，低压汽包上水时未投除氧器加热，锅炉受热

面快速受热时，汽包因为壁厚，较长等原因，受热升温较慢，造成汽包下内壁温

与外壁温差大，容易受热不均，偏差大。

（3）辅汽母管至高压蒸发器临炉加热管道接口设计不合理。接在辅汽至低压

汽包除氧器调门后，因高压汽包标高20多米，产生0.2MPa左右的静压差。冷态

启动时两路辅汽均需投运，因辅汽至除氧器加热调门后电动门需全开，对空压力

基本为零，且辅汽密度较低，两路均投运时辅汽大部分经过除氧器泄压，无法打

入高压定排，造成高压临炉加热效果非常差和低压汽包上水时加热过快不易控制

而造成低压汽包上下壁温差大。

（4）辅汽运行压力低。启动锅炉出口仅0.4-0.5MPa左右的压力，因管道阻

力较大不能满足运行需要。

（5）高压省煤器旁路调门内漏，冷态启动时部分冷水直接进水高压汽包内。

（6）冷、温、热态启动时未正确控制相关参数，如主汽压力、升压速度、汽

包水位等。

（7）燃机停运后未及时闷炉，未关闭汽水系统及烟气系统，未及时将汽包水

位上高。

3采取的措施：

在机组整套启动调试期间，针对机组冷态启动时汽包上下壁温差大的问题经

过多次的研究和摸索，找到了有效解决的办法，并经实际的验证，取得了较好的

效果，总结如下：

（1）低压系统冷态上水时，需投除氧器加热，并控制升温速率，给水温度和

汽包上下壁温差应小于30℃。可以通过辅汽加热将低压系统温度加热至80℃左

右，也可以通过启动高、中压给水泵打循环加热低压系统温度至80℃左右。低压

系统上水时启动时需将除氧器排空门全开，汽轮机组并网后根据炉水含氧量再缓

慢调节该排空门开度。

（2）因辅汽母管至高压蒸发器临炉加热及除氧器管道设计不合理，从而影响

高压临炉加热效果。暂时可以用辅汽至除氧器手动门节流，将进汽调门全开或至

少60%以上，低压汽包上水时，需打开辅汽至除氧器加热电动门。

（3）燃机启动前，需将高压临炉加热投入，并将温度加热至100℃以上。高

压系统压力1MPa以上时，需关闭辅汽至高压临炉加热电动门。

（4）冷态启动时，因高温省煤器给水旁路内漏，需先将旁路前后手动门关闭，

运行正常后再打开。

（5）燃机点火后，需加强定排排污，迅速建立水循环，使各部份温度比较均

匀，同时还可以调节汽温汽压的不均衡。建议启动期间每5min左右开一次，每

次开30秒，直至汽包壁温差小于40℃。

（6）机组启动前，将低温省煤器再循环系统投运，并随机组一起连续运行。

（7）高压临炉加热投运时，建议将辅汽母管压力调整至0.75MPa以上。

（8）机组冷态启动时，建议将汽包水位按照下表值控制，高压汽包壁温差回

头并小于45℃时，可以将各水位调整至正常运行水位，水位较高时，可以打开汽

包启动放水进行放水：

（9）冷态启动时，需将过热疏水门全开，将启动排气门全开，将高压汽包饱和蒸汽排

空门打开。当汽包压力0.2MPa时，关闭排空门。汽包压力0.5MPa时，关闭过热器疏水门。

当高温过热器出口压力大于0.2MPa时，打开高旁至5%暖管，再根据压力缓慢打开，按照锅

炉说明书及运行规程控制升压速度，同时投运高旁减温水。启动初期，升压速度应尽可能慢，

操作旁路应缓慢，并注意相应系统汽包水位。

（10）燃机点火后，需将汽包连排开至100%，运行正常后再根据炉水品质进行调整阀门

开度。

（11）燃机点火后，高、中压给水调门需打开一定开度，保持最小上水量，以免省煤器

气化。

4其他应注意问题：

（1）冷态启动时，炉水受热、汽化，容积膨胀将使水位快速升高，需要将水位控制低位，

水位快速升高时可通过蒸发器定排及汽包启动放水阀进行放水，水位稳定后关闭，防止因汽

包水位高高、低低触发燃机机组跳闸。

（2）冷态启动时，中压过热器与冷再入口并汽时应缓慢操作，防止因压力波动大引起中

压汽包水位大幅波动而造成机组跳闸。操作高、中、低压旁路时根据升压速率缓慢操作。

（3）余热锅炉入口烟温达到 371℃时，应根据压力情况开启高、中、低压旁路通蒸汽，

使过、再热器得到冷却。

（4）温态启动和热态启动时，仍通过缓慢操作高、中、低压旁路控制升压速率，并可通

过开启启动排气阀辅助配合压力控制；启动时仍需经常打开定排进行排污，建立热循环；启

动时汽包连排需全开。

（5）冷、温、热态启动时，控制汽包温升速率，不超过1.5℃/min。首次启动及升压期

间，需进行汽包、锅炉本体、管道等膨胀、支吊架专项检查，发现问题及时处理。

（6）因高压过热器出口PCV阀为电动阀，经常使用电动头容易过热烧毁，且阀体密封面

容易损坏，建议仅作为锅炉超压时紧急使用，不作为锅炉频繁调压手段。

（7）机组停运过程中，为防止汽包上下壁温差大，建议采取以下措施：1）燃机灭火后，

将过热器出口门、疏水门、放水门、排空门、启动排气门等均关闭，闷炉；2）将各汽包水

位补至高水位；3）燃机高盘停运且已投燃机投盘车后，关闭烟囱入口挡板，进行密封。

（8）因辅汽至高压蒸发器临炉加热接口设计错误，此用关小手动门限压措施仅作临时使

用，长期使用将使此手动门内漏，无法隔离，建议停机时进行更改处理。

（9）投辅汽及临炉加热过程中，应进行充分的疏水，避免发生水击。

（10）停炉过程中如需带压放水，建议高压汽包压力<0.5MPa（中压汽包压力<0.4MPa，

低压汽包压力<0.3MPa）时，先放水再放汽，即先打开高压省煤器放水、放完时再打开蒸发

器底部定排放水。控制放水的速度不易过快，放水期间不进行锅炉强制通风。

5总结：

冷态启动时燃气轮机因为冲转至3000r/min及并网带负荷时间较短，排烟温度升温快，

很容易造成余热锅炉冷态启动时高压汽包上下汽包壁温差达到80℃以上，甚至达到100℃。

结合燃机的启动特点、余热锅炉结构特点及本机组的实际情况，对机组冷、温、热启动过程、

运行方式等全面的分析，对多项运行方式的进行调整，有效控制冷、温、热启动和停机时，

高、中、低压汽包上下壁温差均控制在50℃以内，成功解决了汽包壁温差大问题，达到了规

范及设备要求，实现了安全、稳定运行。根据在处理过程中的经验教训，总结出了主要的注

意事项和操作要点，避免设备损坏和非停，保证机组的正常运行。

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本文标签： 汽包启动高压锅炉