[发明专利]控制锅炉压力器皿中的变量

说明书

一种控制锅炉压力器皿中的应力的方法包括限制锅炉压力器皿的筒(10)的直径和预热筒(10)的壁(12)的至少一部分。对于给定的机械应力，限制筒(10)的直径允许增加筒(10)中的压力。此外，预热筒(10)的壁(12)降低制成筒(10)的材料中的最高热诱导应力。

技术领域

本申请大体涉及用于控制锅炉压力器皿中的变量的系统和方法。更详细地说，本申请涉及用于降低在锅炉压力器皿的壁中的应力的系统和方法。

背景技术

锅炉压力器皿(在下文中称为“锅炉”)是封闭的器皿，包括壳且容纳可在受控制的条件下用燃料或热气加热的液体。壳是通过一个或多个壁限定的筒(drum)(在下文中称为“筒”或“锅炉筒”)。燃料中包含的化学能转换成热能，其加热锅炉中的液体并使它气化。液体和蒸气的混合物进入筒。筒的壁设计成以便承受通过气化的液体施加的压力。气化的液体可从筒获得，并且被用来提供功，或者用作热源。

启动最初处于环境条件的锅炉通常引起筒壁上将要经受的快速的温度变化。这些温度变化可在壁内产生热应力。这样的应力可在壁的材料中引起裂纹的产生和延伸。在某些情况下，这样的应力还可引起形成于容纳水的筒的壁内部上的磁铁体(magnetite)层中的裂纹的产生和延伸。

在其中水被加热并且被气化成蒸汽的自然循环锅炉和辅助循环锅炉两者中，筒是用来从水中分离蒸汽的蒸汽筒。在以高压操作和/或具有大的筒直径的锅炉中，壁的厚度更大(与以较低的压力操作和/或具有小的筒直径的锅炉相比)，以便保持可接受的压力应力水平。增加的壁的厚度导致在壁的内部增加的热应力。在筒壁内部的高的应力还发生在不同的部位或延伸穿过壁的穿透处。典型的穿透包括喷嘴等。因为穿透是筒壁中的薄弱点，由于欧洲标准(EN)规范强加于锅炉中(并且更详细地说，在锅炉的筒中)的最大应力范围上的限制，锅炉的最大操作压力被有效地限定。应力的范围还限制了锅炉可经历的快速启动的数量，以及在锅炉的寿命期间的启动总数量。

厚壁的锅炉筒通常只在它们的内部表面上被加热，这导致壁中暂时的和不均匀的温度，特别是在启动时期期间。随着壁的厚度增加，穿过壁的温度梯度也增加。对于内部温度变化的给定速率，因为筒的壁的厚度增加，诱发的热应力增加。随着时间的推移，壁加热到均匀的温度，由此消除了这种类型的热应力。压力应力然后处于支配地位。由于热梯度和内部压力(当重复地应用和去除的时候)引起的这样的应力可引起构件材料中裂纹的产生和延伸。限制应力以便防止这样的裂纹的需要可有效地限制筒中温度变化的速率。通过限制温度变化的速率，锅炉的操作柔性(例如，可得到的最大压力)被降低。该柔性对提供快速启动以便响应能量需求的变化而言是所希望的。

锅炉筒上的符合EN规范要求的附加约束是限制应力的范围以便避免磁铁体开裂。为了避免磁铁体开裂，最高的压应力和最高的拉应力之间的差应不超过600兆帕(MPa)。在图1中说明了该应力范围，图1说明了在锅炉启动期间蒸汽筒的典型的应力历程。当筒壁的温度随着接近稳定状态的操作条件而变得更均匀时，早期在启动过程中发生的热应力显示为逐渐减小。当接近稳定状态的条件时，由于内部压力引起的应力相比于热应力占优。对于给定的筒直径，正环向应力(hoop stress)(张力)可通过增加筒壁的厚度降低，但这会由于在启动时穿过壁的温度而增加负应力，并且限制了启动的速率或数量。

发明内容

根据本文说明的方面，提供有一种控制锅炉压力器皿中的应力的方法。该方法包括限制锅炉压力器皿的筒的直径和预热筒的壁的至少一部分。对于给定的机械应力，限制筒的直径允许增加筒中的压力。此外，预热筒的壁减少了制成筒的材料中的最高热诱导应力。

根据本文说明的其它方面，提供有一种操作锅炉压力器皿的方法。该方法包括在锅炉压力器皿的启动操作之前，在锅炉压力器皿的操作期间，和/或在锅炉压力器皿的停止运转操作期间，把局部加热应用于锅炉压力器皿的一部分。在把局部加热应用于锅炉压力器皿时，锅炉压力器皿中的热诱导应力降低。