一种锅炉厚壁部件应力调控方法

本发明涉及锅炉，特别是涉及一种锅炉厚壁部件应力调控方法。

背景技术：

1、煤电将由过去的“主体电源、基础地位、支撑作用”，转向近中期(2021～2030年)“基荷电源与调节电源并重”，煤电将发挥在煤炭转化、电热供应、系统调峰等方面的基础性作用，到远期(2031～2050年)煤电将成为单纯的“调节电源”，为保障电力安全供应兜底，为全额消纳清洁能源调峰。随着煤电年利用小时数的逐渐下降，煤电灵活性运行成为常态化运行，但是，机组原来锅炉主要承压部件的设计寿命为30年，以某超临界锅炉设计为例，冷态启停寿命>500次，温态启停>1200次，热态启动>5000次，极热态启动>500次；随着燃煤机组灵活性运行要求越来越频繁，燃煤机组快速变负荷及冷态、温态、热态和极热态启动次数将大幅度的上升，如何保证厚壁部件在灵活性运行下的安全性成为关注方面。目前直流锅炉最高的变负荷范围达到了30％-100％锅炉最大连续额定值(boilermaximumcontinuousrating，bmcr)，最低稳定运行负荷已经达到了20％bmcr以下。因此，机组的启动过程承受的应力幅变化范围变得比原设计范围更大。

2、图2为机组整个启停过程中厚壁部件的应力叠加情况，图2中(a)表示冷态启动，(b)表示温态启动，(c)表示热态启动，1表示热应力，2表示内压薄膜应力，3表示总应力，应力主要由内压应力和热应力组成，其中，内压应力主要和机组的运行工作压力有关，热应力与机组的负荷变化速率有关，由于机组启动工质运行参数为由负荷决定，负载一定工质压力基本属于固定参数，所以由内压引起的薄膜应力在整个启动过程中趋于定值。厚壁部件由于启停速率不同会引起内外壁温差的不同(其中变化速率越大，机组的壁温越大，图2中内外壁温差1'＜1”)，致使整个启停过程所承受的合成应力叠加幅度随着内外壁温差的增大而增大(图2中叠加应力δσ'＜δσ”)。1’、1”都为热应力，热应力是由于温差引起的，即内外壁温差，图2中1’代表的曲线内壁面温度的变化率小于1”代表的内壁面温度变化率，所以含义为：内外壁面温差1’<1”；3’、3”为其对应与2(内压引起的薄膜应力)合成的总应力。即1’与2合成为3’、1”与2合成3”。不同的启动方式由于机组初始的壁温情况(由于工质的影响，内外壁温差在冷态启动时为最大，热态启动为最小)，所承受的应力叠加幅度随着炉内厚壁壁温的不同而不同(叠加应力δσ冷态启动＞δσ温态启动＞δσ热态启动)。

3、按照应力设计原则，燃煤机组主要是由内压应力和热应力组成机组的应力幅作用，热应力在冷态启动初期，由于内压剧烈变化会引起热应力的巨大变化，因此冷态启动初期，压力不能快速变化引起巨大的温度变动，启动初期温度的剧烈变化会造成合成应力为负值，变化速度越大那么热应力为负值，变得更小，造成最终合成应力幅增大。因此，如果冷态启动初期，能够采用主动的外源加热方式，提前对厚壁部件进行预暖加热，可以有效减小厚壁部件内部温差，热应力可以得到有效的控制。

4、直流锅炉厚壁部件冷态启动初期，热应力变化剧烈主要集中在厚壁部件上，启动初期对这些部位采用外源加热，提升启动初期的厚壁部件温度水平，就会有效降低热应力对启停速度的限制。启动曲线制订过程中为了防止此类蓄热部件热应力不均引起的局部金属热疲劳，往往需要极长的启动时间。冷态启动的锅炉上水阶段、冷热态启动升温升压阶段耗时很长，这大大限制了燃煤锅炉深度调峰变化速率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种锅炉厚壁部件应力调控方法，减少锅炉的升温升压时间。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种锅炉厚壁部件应力调控方法，包括：

4、将加热后的空气通入锅炉对锅炉内部受热面进行加热，直到锅炉准备上水；

5、在加热后的空气通入锅炉的同时，对所述锅炉的汽水分离器的介质切向进口管道进行电加热，直到介质切向进口管道的壁温超过电加热的预设极限功率，对所述锅炉的储水罐的外壁进行电加热，直到储水罐的壁温超过电加热的预设极限功率。

6、可选地，所述将加热后的空气通入锅炉对锅炉内部受热面进行加热，直到锅炉准备上水，具体包括：

7、对压缩空气系统输出的空气进行电加热；

8、将加热后的空气分三路通入锅炉对锅炉内部受热面进行加热，直到锅炉准备上水。

9、可选地，所述将加热后的空气分三路通入锅炉对锅炉内部受热面进行加热，直到锅炉准备上水，具体包括：

10、将第一路加热后的空气由主给水阀门后的疏水阀门的门后通入，由高温过热器排气门排出；

11、将第二路加热后的空气由储水罐至凝汽器排水阀门的门前疏水阀门的门后通入，由高温过热器排气门排出；

12、将第三路加热后的空气由高压缸排汽至低温再热器阀门的门后疏水阀门的门后接入，由高温再热器排气门排出。

13、可选地，所述第一路加热后的空气占压缩空气输出总流量的50％，所述第二路加热后的空气占压缩空气输出总流量的30％，所述第三路加热后的空气占压缩空气输出总流量的20％。

14、可选地，所述对压缩空气系统输出的空气进行电加热，具体包括：

15、采用电加热器对压缩空气系统输出的空气进行电加热，所述电加热器的目标温度为汽水分离器壁温的二倍。

16、可选地，所述将加热后的空气分三路通入锅炉对锅炉内部受热面进行加热，直到锅炉准备上水具体还包括：

17、通过高温过热器的壁温控制所述第一路加热后的空气输出的阀门开度；

18、通过汽水分离器的壁温控制所述第二路加热后的空气输出的阀门开度；

19、通过高温再热器的壁温控制所述第三路加热后的空气输出的阀门开度。

20、可选地，在所述汽水分离器上每个介质切向进口管道的外侧包覆第一云母电加热片。

21、可选地，在所述储水罐的外壁上水位点至下水位点之间的部分包覆第二云母电加热片，在所述储水罐的外壁的下水位点与所述储水罐的入口之间的部分包覆第三云母电加热片。

22、可选地，所述在加热后的空气通入锅炉的同时，对所述锅炉的汽水分离器的介质切向进口管道进行电加热，直到介质切向进口管道的壁温超过电加热的预设极限功率，对所述锅炉的储水罐的外壁进行电加热，直到储水罐的壁温超过电加热的预设极限功率，具体包括：

23、通过所述汽水分离器的壁温和顶棚过热器入口蒸汽温度控制对所述第一云母电加热片进行电加热的加热功率；

24、当锅炉处于上水时段时，设置对所述第二云母电加热片和所述第三云母电加热片进行电加热的功率相同；

25、当锅炉上水结束后，根据所述第二云母电加热片对应的锅炉壁温控制对所述第二云母电加热片进行电加热的功率，根据所述第三云母电加热片对应的锅炉壁温控制对所述第三云母电加热片进行电加热的功率。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

27、本发明在锅炉准备上水之前，通过将加热后的空气通入锅炉对锅炉内部受热面进行加热，在加热后的空气通入锅炉的同时，对锅炉的汽水分离器的介质切向进口管道进行电加热，对锅炉的储水罐的外壁进行电加热，直到对应壁温超过电加热的预设极限功率，从而保证厚壁部件的较高壁面温度，减少锅炉升温升压的时间，从而达到锅炉快速启动以适应深度调峰的需求。