大家有沒有注意到在鍋爐上水過程中，如果上水溫度與汽包壁溫之間差值或上水速度控制不當，就很容易造成汽包壁溫差過大。這是由于在鍋爐上水時，水進入汽包后先與下壁接觸。當水溫度高于汽包壁溫度時，汽包下內(nèi)壁先受熱，溫度上升，汽包的下內(nèi)壁溫度高于上內(nèi)壁溫度，形成溫差。當水溫度低于汽包壁溫度時，汽包下內(nèi)壁先冷卻，溫度下降，這樣汽包下內(nèi)壁溫度就低于上內(nèi)壁溫度，形成溫差，當上水溫度與汽包壁溫度差值過大或上水速度過快時，就會造成汽包壁溫差過大甚至超過規(guī)定值，這種情況下汽包各點的壁溫差往往是同步變化的。鍋爐啟動過程中，升溫和升壓速度、油槍的投停及切換、制粉系統(tǒng)的啟動時間、初始煤量的選擇及啟動后期升負荷速度等控制不當，也會造成汽包壁溫差過大。
由于鍋爐汽包壁厚、長度增大，承受的壓力又特別高，因而機組啟、停過程中容易產(chǎn)生汽包內(nèi)外上、下壁溫差，產(chǎn)生較大的熱應力，對汽包的安全運行和壽命造成影響。所以，在機組運行過程中，有效控制汽包壁溫差十分重要。
為什么鍋爐汽包溫差不能超過50℃？
汽包下半部分有一定量的水，供水冷壁蒸發(fā)，上半部分是蒸汽。鍋爐在停爐冷卻過程中，由于汽包上半部分接觸的是蒸汽，而下半部分接觸的是水，所以汽包上半部分冷卻速度比下半部分慢，從而汽包上下壁面產(chǎn)生溫差。按規(guī)定，溫差不得超過50度，因此這就使汽壓不能急劇下降，否則會導致汽包下部分冷卻過快，最終導致汽包上下溫差超過50度。
為什么規(guī)定上下溫差不能超過50℃呢？
因為溫差大，會造成較大的熱應力，同時停爐冷卻期間汽包內(nèi)壓還較高，在熱應力和內(nèi)壓的共同作用下，可能會出現(xiàn)超過材料許用應力的情況，就會造成汽包損壞。鍋爐點火升溫期間，汽包上下部分同樣也存在較大溫差，也就存在較大熱應力。但此時汽包內(nèi)壓較低，只要升溫期間控制汽包上下溫差不超過50度，汽包壁面應力仍會在許用范圍之內(nèi)。
可見，汽包在停爐冷卻期間，如果壓力下降太快，就會導致汽包下壁面降溫過快，汽包上下壁面產(chǎn)生熱應力比點火升溫時更加危險。
受到向上的外力引起：
當受到向上外力而發(fā)生彎曲變形時，汽包上半部分受到拉伸；汽包下半部分受到壓縮。原理見簡圖:
汽包在點火升溫或者停爐冷卻過程中，熱應力過大。
由于上半部分壁面溫度大于下半部分壁面溫度，汽包上半部分膨脹量大，而下半部分膨脹量小。汽包作為一個整體，這就導致上半部分受到下半部分的限制而不能充分膨脹，結(jié)果使上半部分產(chǎn)生了壓縮。汽包下半部分在上半部分膨脹量大的影響下，會被上半部分拉伸一起膨脹，結(jié)果結(jié)果使下半部分產(chǎn)生了拉升。所以：汽包上半部分受壓縮，上半部分受拉伸，導致汽包向上彎曲。可見，同是汽包向上彎曲變形的情況，一個是由外力引起，一個是由熱應力引起。
汽包壁溫差產(chǎn)生的原因：
進入鍋爐的水具有一定的溫度，水進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)象常在機組溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)啟動時發(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遠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，在汽包上部內(nèi)壁形成一層過熱蒸汽的保護膜，過熱蒸汽的導熱性能差，且不能形成對流換熱，導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。國產(chǎn)亞臨界300MW機組鍋爐汽包壁厚在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熱而升高，使內(nèi)、外壁產(chǎn)生傳熱溫差。
在鍋爐啟動初期，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較均勻，使汽包上、下壁溫差進一步增大。當省煤器再循環(huán)閥不嚴密時，在啟動過程中向鍋爐補充給水時，一部分低溫水不經(jīng)過省煤器而直接進入汽包，導致汽包壁溫差增大。
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現(xiàn)。鍋爐在冷態(tài)時，必須嚴格控制上水溫度與汽包壁金屬溫差不大于40℃。在有條件時，盡量采用正溫差，這樣一方面對膨脹和縮短啟動時間有利，更重要的是可以補償停爐期間省煤器過冷導致給水經(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到40℃～60℃，特別是在省煤器爆管導致的緊急停爐和汽包壁溫較高的情況下，為了檢修需要，不斷對省煤器處鼓風，導致處于尾部煙道的省煤器*冷卻，上水時，省煤器周圍空氣溫度只有10℃～30℃，上水溫度應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，可適當加快上水速度，反之，則應減慢上水速度。運行中只要能準確地監(jiān)視汽包沿長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)測給水溫度，汽包就能安全穩(wěn)定運行。國內(nèi)的大型機組一般僅在下降管和飽和蒸汽管安裝溫度測點，通過監(jiān)測其外壁溫度來推測汽包壁溫差狀況。（1）啟動初階段及穩(wěn)定運行階段，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，也可以用當時汽包壓力對應的飽和蒸汽溫度來代替汽包上內(nèi)壁溫度。（2）在啟動初階段及穩(wěn)定運行階段，尤其在先經(jīng)底部蒸汽加熱的點火啟動的初階段，集中下降管外壁溫度與汽包下部內(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時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內(nèi)壁溫度差很小，可以用前者代替后者。
實踐證明，汽包上、下壁溫差、內(nèi)、外壁溫差只要不大于50℃，產(chǎn)生的附加溫差熱應力將不會對汽包造成破壞。停爐過程盡量采用滑參數(shù)停機，避免全壓停機。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)當時的情況，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)運行一段時間，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的壓力。汽包放水壓力在0.5～0.8MPa，放水時先放水，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，在放水期間不強制通風可有效地控制汽包壁溫度差不超過35℃。根據(jù)實際情況，冬季放水時的壓力可以取上限，夏季放水壓力可以取下限。有的機組在放水后30～40min汽包上、下壁溫差迅速上升，甚至可以達到70～90℃。由于汽包放水后形成的壁溫差大小和放水時的壓力有關(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，各機組可以根據(jù)停爐后汽包壁溫的實際情況和放水后的實際烘干情況確定放水壓力。此外，放水的速度對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組，則應采用充氮保養(yǎng)或低壓放水后引入鄰爐熱煙氣進行干燥。
保證鍋爐汽水系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)嚴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，鍋爐的儲熱很大，而鍋爐的冷卻主要是靠受熱面與空氣之間的對流換熱，漏入爐膛的冷空氣受熱后通過煙囪排入大氣。鍋爐的儲熱量越多，通風量越大，則冷卻、降溫的速度就越快。因此，當鍋爐停爐后，在鍋爐經(jīng)過充分通風(一般需3～5min)將受熱面吹掃干凈后，應停引、送風機，關(guān)閉風、煙、粉系統(tǒng)所有的風門擋板；檢查鍋爐各看火門、打焦孔等門孔應關(guān)閉；檢查撈渣機水封及上水封槽水封應正常，否則進行補水至正常；檢查汽水系統(tǒng)各閥門(包括疏水閥)應關(guān)閉嚴密。
盡量維持汽包在高水位運行，減少補水的次數(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機組鍋爐汽包內(nèi)徑為1600～1800mm，汽包長度為20000～22000mm左右，水位計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(具體流量和時間因機組而異)，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。當水位降到-50mm時，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，在鍋爐上水時應繼續(xù)投入除氧器加熱裝置，如果輔汽壓力允許，應盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。
過熱器和再熱器爆管后若機組無法繼續(xù)運行則停爐，保持一組送、引風機運行，保持20%左右的總風量，爐膛負壓維持在正常值即可，維持汽包水位正常，盡量減少強制通風和自然通風的時間。省煤器和水冷壁爆管后，若水位無法維持則停爐，保持一組送、引風機運行，保持20%左右的總風量，爐膛負壓維持在正常值即可，盡量減少強制通風和自然通風的時間。
汽包壁溫差過大的危害及易發(fā)生的階段：（僅供參考）
汽包壁溫差過大的危害：
汽包上部壁溫的升高使得上壁金屬欲伸長而被下部限制，因而受到軸向壓應力，下部金屬則受到軸向拉應力。這樣 將會使汽包趨向于拱背狀的變形。過大壁溫差的產(chǎn)生，將會導 致汽包的熱應力增大且上下溫差越大，則應力也越大，進而導 致汽包受到損傷，減少汽包的使用壽命。
汽包上下壁溫差大易發(fā)生的階段：
鍋爐啟動初期、鍋爐停爐后的降溫降壓過程中，都是汽 包上下壁溫差大易發(fā)生的階段。不同壓力下水的飽和溫度并不 是線性的，低壓階段，水的飽和溫度隨壓力變化較大，而高壓 階段，水的飽和溫度隨壓力變化較小，因此，機組啟動初期、 鍋爐停爐后的降溫降壓過程中，應嚴格控制汽包壓力的變化。
鍋爐啟動階段汽包上下壁溫差大的原因分析 鍋爐啟動初期，爐水溫度逐漸上升，未起壓前無蒸汽產(chǎn) 生，由于上水溫度高于汽包下壁溫度，導致汽包下壁溫度高于 上壁溫度。鍋爐起壓后，會產(chǎn)生一定的飽和蒸汽，由于飽和蒸 汽溫度與汽包上壁存在溫差，飽和蒸汽對汽包壁放熱，且釋放 汽化潛熱，汽包上壁溫度會逐漸高于下壁溫度。隨著汽包壓力 的上升，飽和溫度變化逐漸緩慢，汽包上壁溫度也逐漸上升， 上下壁溫差會逐漸減少。
鍋爐啟動過程中減小汽包上下壁溫差的控制措施：
嚴格控制升溫升壓速度，特別是點火初期;逐漸增加爐 膛燃燒強度，避免大幅度增減;盡可能保持爐內(nèi)燃燒的均勻。啟動過程中盡可能保持前后墻燃燒強度均勻;適當進行定排， 促進爐內(nèi)水循環(huán)。
鍋爐停爐后汽包壁溫差大的原因分析 ：
散熱條件差異較大：汽包處于爐外并保溫，加之熱容量 較大，使汽包壁溫逐步高于汽包內(nèi)的水汽溫度。汽包筒體上半部分一部分熱量向爐外散熱，一部分向汽包內(nèi)部散熱，一部分 向汽包下半部散熱，而汽包筒體的下半部分一部分熱量向爐外 散熱，一部分向汽包內(nèi)部散熱，同時還要接受來自上半部分傳 遞過來的熱量。
冷卻方式差異較大：停爐后鍋爐進入降壓和冷卻階段，汽包主要靠內(nèi)部工質(zhì)進行冷卻，由于汽包內(nèi)爐水壓力及對應的 飽和溫度逐漸下降，汽包下壁對爐水放熱，使汽包壁很快冷卻，而汽包上壁與蒸汽接觸，在降壓過程中放熱系數(shù)較低，金 屬冷卻緩慢，所以出現(xiàn)上部壁溫大于下部壁溫，造成溫差。如降壓速度越快，則溫差越大，特別是當壓力降到低值時，將出現(xiàn)較大的溫差。
鍋爐停爐后放水前控制汽包壁溫差大的控制措施：
1、停爐后控制通風風量與通風時間，避免鍋爐急劇冷 卻。鍋爐熄火后保持一組送引風機運行，維持風量600t/h，充 分通風將受熱面吹掃干凈，吹掃15min 后停止引送風機，鍋 爐負壓維持以爐膛微正壓為原則進行自然通風冷卻。通風量偏大或通風時間長會導致汽水系統(tǒng)壓力加速下 降，汽包內(nèi)壓力同步下降，汽包內(nèi)汽水飽和溫度也隨之下降。由于汽包上下兩部分散熱條件的差異，不可避免地造成停爐后 汽包壁溫差偏大。而且，汽壓越低，飽和溫度下降速度越快， 汽包壁溫差的形成也加快。 2、提高給水溫度。鍋爐停爐后，由于爐內(nèi)溫度、爐水 溫度仍然很高，在鍋爐上水時應將除氧器輔汽加熱裝置投入， 如果輔汽壓力允許，除氧器水溫應保持在100以上，盡量提 高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。 3、維持汽包在高水位運行。利用汽包高水位控制汽包 壁溫差。這樣做的目的是提高汽包水位，減少汽包汽側(cè)筒體體 積，將省煤器中較汽包內(nèi)水溫更低的水送入汽包，一方面使汽 包內(nèi)水溫有所下降，另一方面平衡上下壁溫差。 4、使用機前疏水，按降壓曲線進行降壓。嚴格控制汽 包降壓速度0.05MPa/min，飽和溫降速度1/min，汽包上 下壁溫差56，否則應減緩降壓速度。具體降壓速度為(約 12 小時):9.0~6.0MPa 用時1.5h;6.0~4.0MPa 用時1.5h; 4.0~3.0MPa 用時1.5h;3.0~2.0MPa 用時2h;2.0~1.0MPa 用時3.5h;1.0~0.8MPa 用時1h。 5、及時關(guān)閉連排、加藥、取樣門，減少爐水外排，汽 包不得隨意補、放水。
鍋爐停爐后帶壓放水前應具備的條件：
鍋爐放水前，通知化學啟動機組排水槽排污泵，投入排 水槽減溫水，注意監(jiān)視機組排水槽水位及溫度(不超過 60)。汽包壓力降至0.8MPa 時，汽包壁溫降低至180左右， 汽包上下壁溫差最大一點小于15(越小越好)。放水前應 逐步消除汽包上、下壁溫差，保持小的溫差，開始放水后汽包 上、下壁溫差較難控制。
鍋爐停爐后帶壓放水的操作過程：
1、停運電泵，開啟定排總門及各個分支一二次門、下 聯(lián)箱放水手動一二次門、A側(cè)和B側(cè)省煤器放水門，鍋爐帶 壓放水。當機組排水槽溫度及水位能滿足要求、汽包上下壁溫 差也不大的情況下，盡可能加快放水速度，以便鍋爐能保持足 夠余熱烘干殘留水蒸氣。 2、當汽包壓力降至0.5MPa 時，聯(lián)系熱控強制減溫水 閉鎖閥邏輯，開啟過熱、再熱汽減溫水各門，開啟給水、減溫 水管道各放水門，反沖洗減溫水管道，并通知熱控人員儀表管 放水防凍。3、當汽包壓力降至0.4MPa 時，全開主汽管道疏水門 及對空排汽電動門，加快放水速度。開啟對空排汽電動門，將 使汽包內(nèi)壓力急劇下降，汽包內(nèi)汽水溫度也急劇下降，因而加 速了汽包上、下壁溫差的形成，此時注意監(jiān)視汽包上下壁溫 差。必要時節(jié)流對空排汽門。 4、當汽包壓力降至0.1MPa 時關(guān)閉主汽管道及高旁疏水。注意監(jiān)視主機背壓，在主汽管道及高旁疏水關(guān)閉后，汽機 破壞真不允許再開主汽管道及高旁疏水。 5、當汽包壓力降至0，開啟過熱器系統(tǒng)全部疏水、空 氣門，開啟爐底加熱各支門及加熱聯(lián)箱底部放水門放凈存水。 6、開啟汽包緊急放水門、汽包至定排、汽包至定排管 道電動門、調(diào)整門、汽包各水位計放水門，放凈管道內(nèi)存水后 關(guān)閉上述各門。 7、鍋爐爐水放凈(定排聯(lián)箱放水檢查門無水)后，繼 續(xù)烘干4 小時，聯(lián)系化學在空氣門處化驗確無濕氣時關(guān)閉鍋爐 汽水系統(tǒng)所有空氣門、疏水、放水門(包括定排各一次門)， 關(guān)閉風煙系統(tǒng)所有擋板，鍋爐密閉。若鍋爐有檢修工作，可進 行強制通風冷卻，降低爐內(nèi)溫度，為檢修做 準備。
8、汽包壓力到0，破壞真空，停止軸封供汽，停運輔 汽，關(guān)閉各用戶供汽門。鍋爐搶修需緊急冷卻可采取鍋爐換水的方法以降低汽包壁溫差 在事故搶修時，可采取換水的方法加快冷卻速度。即在 保持汽包高水位的情況下，盡量保持給水溫度在100以上， 并在向鍋爐上水的同時，適當依次開啟鍋爐定排放水，利用適 當?shù)膿Q水量，使鍋爐不斷得到冷卻。對于自然循環(huán)鍋爐來說，汽包是鍋爐內(nèi)加熱、蒸發(fā)、過熱這三個過程的連接樞紐。在實際操作中，只要加強調(diào)整，精心維護，控制好鍋爐啟動初期的升溫升壓、鍋爐停爐后的降溫 降壓及防水過程，就一定能將汽包壁溫差控制在規(guī)定范圍內(nèi)， 從而延長汽包的使用壽命。
