摘要:新锅规第三章设计3.4关于锅炉结构的基本要求
锅炉结构的基本要求
(1)各受压部件应当有足够的强度;
明信锅炉释义:锅炉是承受内夺诉特种设备,若锅炉设计、运行和使用不当,锅炉将具有爆炸的危险性。锅炉受压部件具有足够的强度是保证锅炉安全运行和使用的基本要求。所以受压部件足够强度在锅炉设计时,必须按照现行的锅炉强度计算标准和规范进行锅炉受压元件的强度计算,选取足够的受压元件材料厚度,确保锅炉在设计条件下安全运行和使用。
同一锅炉受压元件,在相同的工作状态下,由于设计时使用的强度计算标准不同,所选用的材料厚度就有可能不同。因此,所谓受压部件有足够的强度,是相对于锅炉设计时所选用的强度计算标准而言的。
(2)受压元件结构的形式、开孔和焊缝的布置应当尽量避免或者减少复合应力和应力集中;
明信锅炉释义:由于锅炉结构所需,锅炉受压元件出现应力的叠加(复合应力)和应力集中是不可避免的。如常见的受压元件开孔,由于结构连续性遭到破坏,在孔边必然要产生应力集中现象。因此,在锅炉设计和制造中,应采取必要措施尽可能减小应力集中。为了防止开孔产生的附加应力与其他应力叠加,本规程和有关标准都对锅炉受压元件的开孔位置作出了规定和限制。同样,为了防止焊接残余应力与其他应力叠加,本规程和有关标准关于锅炉焊缝的布置也有相应的规定和限制。
(3)锅炉水(介质)循环系统应当能够保证锅炉在设计负荷变化范围内水(介质)循环的可靠性,保证所有受热面都得到可靠的冷却;明信锅炉微信shwm30受热面布置时,应当合理地分配介质流量,尽量减少热偏差;
明信锅炉释义:锅炉各受热面在锅炉运行时应得到可靠而有效的冷却,这是能够保证锅炉安全运行的前提。就要求锅炉设计时要使各受热面内工质有足够的流速,以便加强工质对受热面的冷却效果,从而将金属壁温降低在材料允许的适用温度范围内。锅炉设计时还要选取适当的烟气流速,使其不能过高。提高烟气流速虽然可增强烟气对受热面管壁的对流传热效果,但同时也要考虑过高的烟气流速不仅增加了管壁的磨损,同时也会导致管壁金属温度的升高,不利于锅炉安全运行。对于一些小型水管锅炉和火管锅炉,设计时要保证其最高火界低于最低安全水位,以保证受热面始终得到可靠冷却。如果受热面金属未能得到可靠冷却,将会导致受热面金属管壁超出其适用温度范围,金属材料将会因壁温过热而导致金相组织发生变化,力学性能下降,从而影响锅炉使用寿命,甚至发生锅炉事故。
(4)炉膛和燃烧设备的结构以及布置、燃烧方式应当与所设计的燃料相适应,并且防止炉膛结渣或者结焦;燃油(气)锅炉应当防止火焰直接冲刷受热面;
明信锅炉释义:炉膛和燃烧设备的结构以及布置、燃烧方式应当与所设计的燃料相适应,是针对燃煤粉锅炉提出了关于燃烧方式、炉膛及燃烧器结构和布置要与所用燃料相匹配的原则要求。同时,燃煤粉锅炉还要防止结焦或结渣。
该条款的提出是基于1993年3月10日宁波某电厂600MW锅炉机组炉膛爆炸事故,造成23人死亡,8人重伤,直接经济损失780多万元,导致华东在区一段时期供电紧张。究其原因就是燃料与燃烧方式、炉膛及燃烧器结构和布置不匹配,造成炉膛严重结焦,炉膛上部屏式过热器处结焦后巨大焦块坠落,将炉底冷灰斗水冷壁管子砸破,大量高温高压水蒸气瞬间急速泄出,造成重大人身伤亡事故。就在同一电厂,不同锅炉厂家设计制造的相同型号的锅炉,由于炉膛结构和燃烧器布置不同,对燃煤煤种的适应性较强,锅炉运行状况正常,就没有严重的结焦和结渣问题出现。由此可知,炉膛和燃烧设备的结构以及布置、燃烧方式应当与所设计的燃料相适应是多么的重要,也是非常必要的。鉴于此,特意增加了此条款。
(5)非受热面的元件,壁温可能超过该元件所用材料的许用温度时,应当采取冷却或者绝热措施;
明令锅炉释义:锅炉本体除了受热面外,还有许多非受热面元件,如水冷壁的吊架,过热器的吊架和梳形板、省煤器的支撑梁、吹灰器等,在锅炉运行时也将会受到火焰或高温烟气的加热。这些非受热元件的壁温如果超过所用材料的适用温度,不仅将影响这些元件的使用寿命,而且因这些非受热面的损坏也会导致受热面元件发生事故。锅炉运行时,这些元件不可能直接受到锅炉工质的冷却,虽然也可对其采取其他冷却方式进行冷却,但是如果冷却效果不好,也将会使金属壁温超过材料适用温度。因此,对于这些受热的非受热面元件,应当尽可能采取绝热措施。
(6)各部件在运行时应当能够按照设计预定方向自由膨胀;
明信锅炉释义:物体热胀冷缩是其基本特性之下。锅炉运行时,炉内部件将会受到火焰、高温烟气的加热,炉外部件虽然不能接触到火焰或烟气,但是如炉外管道等部件仍然会受到管内介质的加热而壁温升高。因此,在进行锅炉结构设计时必须考虑到各部件的受热膨胀,而且应当明确设定其膨胀方向。当锅炉受压元件热膨胀受阻时,因其自由膨胀受到限制,受压元件中将会产生附加热应力,多面改变受压元件的工作状态。在锅炉受压元件强度设计计算时,尽可能使其受热后能够自由膨胀或者尽量减小对其热膨胀的限制,以便降低附加热应力。锅炉受压元件受热时很难做到完全的自由膨胀,电站锅炉设计时一般还要进行受热面和管道系统受热后的应力分析计算,以确保锅炉安全运行。
(7)承重结构在承受设计载荷时应当具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性;
明信锅炉释义:锅炉承重结构,如钢结构是锅炉的重要组成部分,目前大型电站锅炉的钢结构已是近百米之高的庞然大物,锅炉本体承重已达万吨,全部要悬吊于锅炉的钢架之上,必须具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性,其重要性不言而喻。
(8)炉膛、包墙及烟道的结构应当有足够的承载能力;
明信锅炉释义:炉膛,尤其是由水冷壁管组成的煤粉锅炉炉膛,必须有足够的承载能力,以防炉膛在非正常燃烧工况下,一旦发生煤粉爆燃时,可减轻对炉膛的破坏程度。由包墙过热器管组成的锅炉侧墙及锅炉顶棚,当炉膛出现爆燃事故时,也将会受到巨大冲击力,当然也应该具有足够的承载能力。随着锅炉环保要求的日益严格,电站锅炉尾部还要加装脱硫和脱硝装置,这些环保装置运行时,将会给锅炉炉膛和烟道造成较大的负压,这一情况也要求炉膛、包墙和烟道具有足够的承载能力,承受因炉内负压而产生的炉外压力。炉膛设计承压能力应按有关规程和技术标准确定,对于机组容量≥300MW的电站锅炉,炉膛设计压力承受能力应≥5.8kPa,瞬间最大承压能力为±8.7kPa。
(9)炉墙应当具有良好的绝热和密封性;
明信锅炉释义:炉墙具有良好的绝热,可有效地减少锅炉散热损失,从而降低散热损失对锅炉热效率的影响。炉墙具有良好的密封性,对于处于负压运行状态的锅炉尾部烟道,可有效防止炉外空气向炉内漏风,避免或降低炉内漏风对锅炉热效率的影响。对于处在正压运行状态下的炉膛和炉墙,因密封性能不好可能导致高温火焰或烟气向炉外泄漏,将会危及锅炉运行人员的人身安全。因此,炉墙必须要具有良好的绝热和密封性。
(10)便于安装、运行操作、检修和清洗内外部。
明信锅炉释义:锅炉的结构应便于安装、运行操作、检修和清洗内外部。为此,需要设置尺寸规格合适的、数量足够的各类门孔,设置运行操作平台和扶梯。设计时尤其要注意锅炉管道和锅炉钢架的梁、柱、平台等的布置不要妨碍各类门孔的正常使用。
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