由于鍋爐汽包壁厚、長(zhǎng)度增大，承受的壓力又特別高，因而機(jī)組啟、停過程中容易產(chǎn)生汽包內(nèi)外上、下壁溫差，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，對(duì)汽包的安全運(yùn)行和壽命造成影響。所以，在機(jī)組運(yùn)行過程中，有效控制汽包壁溫差十分重要。
1、汽包壁溫差產(chǎn)生的原因
進(jìn)入鍋爐的水具有一定的溫度，水進(jìn)入汽包后首先與汽包下部接觸，如果水溫低于汽包壁溫，則容易導(dǎo)致汽包下壁以及下壁的內(nèi)壁先降溫，從而使汽包上壁溫度高、下壁溫度低，內(nèi)壁溫度低、外壁溫度高，這種現(xiàn)象常在機(jī)組溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生。如果水溫高于汽包的壁溫，則汽包下壁以及下壁的內(nèi)壁先升溫，這樣則使汽包上壁溫度低、下壁溫度高，內(nèi)壁溫度高、外壁溫度低。
點(diǎn)火升壓階段，隨著壓力的升高，爐水和蒸汽的溫度也隨之升高，汽包的下半部被爐水加熱，而上半部被蒸汽加熱，雖然爐水溫度和蒸汽溫度在升溫過程中基本相同，但是由于蒸汽的放熱系數(shù)比水的放熱系數(shù)大2～3倍，所以上部汽包壁的溫升要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于下部汽包壁的溫升，升壓速度越快，產(chǎn)生的壁溫差就越大。
另外，停爐冷卻后，伴隨著汽包壓力的下降，汽包內(nèi)飽和蒸汽被上部汽包壁加熱后成為過熱蒸汽，過熱蒸汽較飽和蒸汽密度小，在汽包上部?jī)?nèi)壁形成一層過熱蒸汽的保護(hù)膜，過熱蒸汽的導(dǎo)熱性能差，且不能形成對(duì)流換熱，導(dǎo)致上汽包壁溫冷卻很慢，而下汽包壁接觸的是爐水，仍在構(gòu)成自然循環(huán)，冷卻較快。所以，在停爐過程中上半部分溫度高，下半部分溫度低。
國(guó)產(chǎn)亞臨界300MW機(jī)組鍋爐汽包壁厚在140～160mm之間，汽包內(nèi)水和蒸汽的飽和溫度隨著壓力升高而升高，與水和蒸汽接觸的汽包內(nèi)壁溫度接近飽和溫度，但外壁則是靠汽包壁金屬導(dǎo)熱而升高，使內(nèi)、外壁產(chǎn)生傳熱溫差。
在鍋爐啟動(dòng)初期，鍋爐內(nèi)水循環(huán)比較弱，汽包內(nèi)水流緩慢，在爐膛受熱較弱局部甚至出現(xiàn)循環(huán)停滯區(qū)，這部分停滯區(qū)水溫明顯偏低，而蒸汽在汽包內(nèi)的蒸汽空間傳熱相對(duì)較均勻，使汽包上、下壁溫差進(jìn)一步增大。當(dāng)省煤器再循環(huán)閥不嚴(yán)密時(shí)，在啟動(dòng)過程中向鍋爐補(bǔ)充給水時(shí)，一部分低溫水不經(jīng)過省煤器而直接進(jìn)入汽包，導(dǎo)致汽包壁溫差增大。
2、汽包壁溫差的控制
鍋爐上水階段的汽包壁溫差主要通過控制上水溫度和上水速度實(shí)現(xiàn)。鍋爐在冷態(tài)時(shí)，必須嚴(yán)格控制上水溫度與汽包壁金屬溫差不大于40℃。在有條件時(shí)，盡量采用正溫差，這樣一方面對(duì)膨脹和縮短啟動(dòng)時(shí)間有利，更重要的是可以補(bǔ)償停爐期間省煤器過冷導(dǎo)致給水經(jīng)過省煤器后溫度的下降。
有的給水經(jīng)過省煤器的溫降可以達(dá)到40℃～60℃，特別是在省煤器爆管導(dǎo)致的緊急停爐和汽包壁溫較高的情況下，為了檢修需要，不斷對(duì)省煤器處鼓風(fēng)，導(dǎo)致處于尾部煙道的省煤器完全冷卻，上水時(shí)，省煤器周圍空氣溫度只有10℃～30℃，上水溫度應(yīng)考慮省煤器溫降的問題。另外，鍋爐上水的速度越快產(chǎn)生的溫差相應(yīng)就越大，因此上水速度也必須加以控制，一般規(guī)定夏季上水時(shí)間不少于2h，冬季不少于4h。若上水溫度與汽包壁溫差小于40℃時(shí)，可適當(dāng)加快上水速度，反之，則應(yīng)減慢上水速度。
運(yùn)行中只要能準(zhǔn)確地監(jiān)視汽包沿長(zhǎng)度方向若干截面的上、下壁溫差和內(nèi)、外壁溫差，控制好汽包壓力變化率，監(jiān)測(cè)給水溫度，汽包就能安全穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)內(nèi)的大型機(jī)組一般僅在下降管和飽和蒸汽管安裝溫度測(cè)點(diǎn)，通過監(jiān)測(cè)其外壁溫度來推測(cè)汽包壁溫差狀況
（1）啟動(dòng)初階段及穩(wěn)定運(yùn)行階段，蒸汽引出管外壁溫度與汽包上內(nèi)壁溫度差很小，可以用前者代替后者，也可以用當(dāng)時(shí)汽包壓力對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度來代替汽包上內(nèi)壁溫度。
（2）在啟動(dòng)初階段及穩(wěn)定運(yùn)行階段，尤其在先經(jīng)底部蒸汽加熱的點(diǎn)火啟動(dòng)的初階段，集中下降管外壁溫度與汽包下部?jī)?nèi)表面溫度差很小，可以用前者代替后者。
（3）停爐過程中，蒸汽引出管的外壁溫度與當(dāng)時(shí)壓力下的飽和溫度差很小，可以用前者代替后者。
（4）在停爐到鍋爐放水，集中下降管外壁溫度與汽包下部?jī)?nèi)壁溫度差很小，可以用前者代替后者。
實(shí)踐證明，汽包上、下壁溫差、內(nèi)、外壁溫差只要不大于50℃，產(chǎn)生的附加溫差熱應(yīng)力將不會(huì)對(duì)汽包造成破壞。停爐過程盡量采用滑參數(shù)停機(jī)，避免全壓停機(jī)。在滑參數(shù)停爐過程中，根據(jù)汽包壁溫差的情況控制汽壓的下降速度，如發(fā)現(xiàn)汽包壁溫差超標(biāo)或汽包壁溫差的產(chǎn)生速度加快，則減慢降壓速度，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況，盡量滑至更低的參數(shù)后停爐。在停爐之前，如果汽包壁溫差偏大，則在熄火前維持低參數(shù)運(yùn)行一段時(shí)間，消除在滑參數(shù)停爐形成的部分汽包壁溫差。
避免帶壓放水或降低放水時(shí)的壓力。汽包放水壓力在0.5～0.8MPa，放水時(shí)先放水，后放汽，即先開省煤器放水，再開定排、加熱各閥，最后開一次汽疏水及空氣閥。另外，在放水期間不強(qiáng)制通風(fēng)可有效地控制汽包壁溫度差不超過35℃。根據(jù)實(shí)際情況，冬季放水時(shí)的壓力可以取上限，夏季放水壓力可以取下限。
有的機(jī)組在放水后30～40min汽包上、下壁溫差迅速上升，甚至可以達(dá)到70～90℃。由于汽包放水后形成的壁溫差大小和放水時(shí)的壓力有關(guān)，所以降低放水壓力可以有效降低放水后形成的壁溫差。但是，過低的放水壓力不利于鍋爐的烘干防腐，所以選擇合適的放水壓力非常重要。
通常規(guī)定放水壓力在0.49～0.78MPa之間，各機(jī)組可以根據(jù)停爐后汽包壁溫的實(shí)際情況和放水后的實(shí)際烘干情況確定放水壓力。此外，放水的速度對(duì)汽包壁溫差也有一定的影響，放水速度較快易產(chǎn)生壁溫差。對(duì)于汽包壓力在0.5～0.8MPa放水不能滿足汽包壁溫要求，而低壓力又不能滿足烘干要求的機(jī)組，則應(yīng)采用充氮保養(yǎng)或低壓放水后引入鄰爐熱煙氣進(jìn)行干燥。
保證鍋爐汽水系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)嚴(yán)密性以及避免鍋爐急劇冷卻。鍋爐熄火停爐后，爐內(nèi)溫度往往還很高，鍋爐的儲(chǔ)熱很大，而鍋爐的冷卻主要是靠受熱面與空氣之間的對(duì)流換熱，漏入爐膛的冷空氣受熱后通過煙囪排入大氣。鍋爐的儲(chǔ)熱量越多，通風(fēng)量越大，則冷卻、降溫的速度就越快。
因此，當(dāng)鍋爐停爐后，在鍋爐經(jīng)過充分通風(fēng)(一般需3～5min)將受熱面吹掃干凈后，應(yīng)停引、送風(fēng)機(jī)，關(guān)閉風(fēng)、煙、粉系統(tǒng)所有的風(fēng)門擋板；檢查鍋爐各看火門、打焦孔等門孔應(yīng)關(guān)閉；檢查撈渣機(jī)水封及上水封槽水封應(yīng)正常，否則進(jìn)行補(bǔ)水至正常；檢查汽水系統(tǒng)各閥門(包括疏水閥)應(yīng)關(guān)閉嚴(yán)密。
盡量維持汽包在高水位運(yùn)行，減少補(bǔ)水的次數(shù)。鍋爐停爐后由于鍋爐不斷被冷卻，汽壓逐漸降低，隨著工質(zhì)的不斷消耗，造成汽包水位下降。300MW機(jī)組鍋爐汽包內(nèi)徑為1600～1800mm，汽包長(zhǎng)度為20000～22000mm左右，水位計(jì)零位一般取汽包中心線或以下，所以若汽包滿水，即一般意義上的300mm，實(shí)際上汽包上側(cè)還有大概500mm的空間，這樣保持給水300t/h的流量2～3min(具體流量和時(shí)間因機(jī)組而異)，就能使汽包內(nèi)的水充分接觸到汽包內(nèi)上壁而不溢流至過熱器。
當(dāng)水位降到-50mm時(shí)，再按照同樣的方法給鍋爐上水，可以有效減少鍋爐上水的次數(shù)。鍋爐停爐后，由于爐內(nèi)溫度、爐水溫度仍然很高，在鍋爐上水時(shí)應(yīng)繼續(xù)投入除氧器加熱裝置，如果輔汽壓力允許，應(yīng)盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。
過熱器和再熱器爆管后若機(jī)組無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行則停爐，保持一組送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，保持20%左右的總風(fēng)量，爐膛負(fù)壓維持在正常值即可，維持汽包水位正常，盡量減少?gòu)?qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)的時(shí)間。省煤器和水冷壁爆管后，若水位無(wú)法維持則停爐，保持一組送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，保持20%左右的總風(fēng)量，爐膛負(fù)壓維持在正常值即可，盡量減少?gòu)?qiáng)制通風(fēng)和自然通風(fēng)的時(shí)間。
3、總結(jié)
汽包的熱應(yīng)力主要由汽包內(nèi)、外壁溫差和上、下壁溫差引起，通過采取合理的機(jī)組啟動(dòng)和停爐措施，可以有效控制汽包壁溫在合適的范圍，從而減小熱應(yīng)力對(duì)汽包產(chǎn)生的危害，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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