大型锅炉汽包壁温差控制措施
王涛
摘 要：锅炉启停时，汽包的上下壁温均容易产生较大的温差，特别在发生泄漏后的停炉冷却过程中，此现象非常突出。壁温差有时高达70-80℃，严重危害汽包的寿命，影响锅炉的安全运行。
关键词：汽包上下壁温；热应力；凝结放热；放热系数
1 概况
我厂现有高温高压煤粉锅炉5台。投运以来，通过长时间的运行观察，均发现在锅炉启停炉的过程中，汽包的上下壁温容易产生较大的壁温差。尤其是8#锅炉2017年一次因省煤器爆管后的停炉抢修过程中出现了壁温差过大的现象，造成了冷却时间较长，被迫延迟检修的情况。超过规定值的汽包壁温差，不仅危害汽包的寿命，影响锅炉的安全运行，同时，在锅炉启动过程中，汽包如果存在较大的壁温差，就会使点炉人员被迫放慢升温升压速度，长时间地投油来等待壁温差的减小，严重影响氧化铝正常生产的用汽需求。
2 汽包壁温差的危害
汽包壁温差将会导致汽包产生强大的热应力，根据应力计算公式，壁温差越大，产生的应力越大，对汽包的危害越大。汽包上部壁温的升高使得上壁金属欲伸长而被下部限制，因而受到轴向压应力，下部金属则受到轴向拉应力，这样将会使汽包趋向于拱背状的变形。总之，汽包上下壁温差过大，将会导致汽包的热应力增大，进而导致汽包受到损伤，减少汽包的使用寿命，影响锅炉的安全运行。
锅炉启动时较大汽包壁温差产生后，司炉被迫放慢升温升压速度，造成投油时间过长油耗高，不能按计划时间并汽，形成影响氧化铝生产的恶劣局面；锅炉抢修时较大汽包壁温差产生后，会拖延检修计划的进行，造成进度缓慢令生产陷于被动中。
3 汽包壁温差产生的原因
汽包壁温差因锅炉的上水、启停等各阶段不同而产生的原因不同，现就各阶段产生壁温差的原因具体分析如下：
3.1锅炉上水时产生了汽包壁温差
当锅炉上水时，来自零米疏水箱的合格除氧水经疏水泵首先进入管壁较薄的水冷壁、省煤器及集中下降管，最后进入汽包。因此，管壁首先被加热，而且温度上升较快，而汽包不但壁厚而且又是最后接触水，则加热温度上升就比较慢。当水进入汽包时，总是先与汽包下壁接触，故汽包水位以下壁温首先上升，造成汽包下部壁温高于上部壁温。进水速度越快，产生的壁温差越大。
3.2锅炉升压过程中产生了汽包壁温差
升压初期，锅炉点火后投入炉内的燃料量很少，火焰在炉内的充满程度差，水冷壁受热不均，工质吸热量少，且在压力低时，工质的汽化潜热大，这时产生的蒸汽量很少，蒸发区内的自然水循环尚未正常建立，汽包内的水流动很慢或局部停滞，对汽包壁的放热系数很小，所以汽包下壁温升小。汽包上壁与饱和蒸汽接触，当压力升高时，饱和蒸汽遇到较冷的汽包壁便发生凝结放热，由于蒸汽凝结时的放热系数要比汽包下半部水的放热系数大几倍，上壁温度很快达到对应压力下的饱和温度，使汽包上壁温度大于下壁温度。另外，汽包升压速度越快，饱和温度升高也越快，产生的温差就越大。这样由最初上水时上部壁温低于下部很快变为高于下部壁温，因而形成了汽包壁温上部高，下部低的壁温差。
3.3锅炉停炉冷却过程中产生了汽包壁温差
在停炉过程中，锅炉进入降压和冷却阶段，汽包主要靠内部工质进行冷却，由于汽包内炉水压力及对应的饱和温度逐渐下降，汽包下壁对炉水放热，使汽包壁很快冷却，而汽包上壁与蒸汽接触，在降压过程中放热系数较低，金属冷却缓慢，所以出现上部壁温大于下部壁温，造成温差。如降压速度越快，则温差越大，特别是当压力降到低值时，将出现较大的温差。
4 防止锅炉汽包壁温差的措施
4.1锅炉上水时严格按要求控制上水温度和上水速度。
冷态锅炉上水温度一般不超过70℃。一般规定上水时间夏季不少于3 h，冬季不少于4 h，若上水温度与汽包壁温差小于40℃时，可适当加快上水速度。
4.2 点火升压过程中控制汽包壁温差措施
点火升压初期由于锅炉燃烧较弱，炉内火焰充满程度差，受热面受热不均匀，自然水循环尚未建立或不正常，汽包极易产生壁温差。应采取有效措施加以控制。
4.2.1严格控制升压速度。
尤其是在升压初期升压速度应力求缓慢、稳定，避免汽压变化过快引起饱和温度升高过快，一般规定汽包下壁温升速度为0.5-1℃/min，汽包内饱和温度的温升速度不超过1.5℃/min。为此，在升压过程中应严格按规定的升压曲线进行。若发现汽包温差过大时，首先应减慢升压速度或暂停升压，启动过程中控制升压速度的主要手段是控制燃烧。同时可适当开启对空排汽以加大排汽量，或及时将过热器疏水门开大以增加通汽量等办法加以控制。
4.2.2加强水冷壁下联箱的放水。从水冷壁下联箱定期或连续的放水，这样既可以促进水循环，还可以使受热面受热均匀，减少汽包壁温差。
4.2.3维持燃烧的稳定和均匀。维持炉内燃烧稳定，热负荷均匀，对减少汽包壁温差有一定作用。为此，可采取增加对角投油枪切换次数的方法（一般规定每20分钟切换一次），投给粉机时经常切换火嘴，令各部位受热均匀。
4.2.4投用炉底加热装置。4-7#炉这些有底部加热装置的锅炉，水冷壁下联箱炉底加热装置在锅炉点火前8-12h投用，提前预热并产生蒸汽，这样可提前建立水循环，使水冷壁受热均匀，减少汽包壁温差。
4.2.5提高给水温度，维持汽包高水位。升压过程中，给水温度低，进入汽包的水温也低，汽包壁温差会增大，应尽量提高给水温度。同时，将汽包水位维持在较高水平，甚至全部充满水，以便在启动过程中尽量减少补充水的次数，可有效控制汽包壁温差。
4.3停炉后严格控制降温降压速度
在锅炉停炉后，一般采用闷炉的方法使锅炉自然冷却，但在实际操作中，往往采取加速冷却的方法。根据运行经验，在停炉冷却的末期，尤其是在带压放水后，壁温差有时高达70℃以上，这对锅炉汽包的安全构成了极大的危害。因此，必须采取预防措施。
4.3.1避免锅炉急剧冷却
当锅炉停炉并经充分通风（一般需5 min）将受热面吹扫干净后，应立即停止送引风机运行，并将锅炉风道的风门、烟气档板、送引风机出入口档板、人孔门和检查孔全部关闭。如炉膛负压保证不了必须保持一台引风机运行时，应适当减小引风机出力。
4.3.2尽量维持汽包在高水位運行
当锅炉汽包水位低至-50 mm时，必须向锅炉上水，直上至锅炉汽包的最高水位（即就地水位计最上面的一个监视孔或略高一些）。
4.3.3提高给水温度
锅炉停炉后，由于炉内温度、炉水温度仍然很高，在锅炉上水时应尽量提高给水温度，减少水温与汽包壁的温差。
4.3.4紧急冷却可采取锅炉换水的方法以降低汽包壁温差
在事故抢修时，为使壁温差在规定范围（50℃）内，可采取换水的方法加快冷却速度。即在保持汽包高水位的情况下，尽量保持较高的给水温度，并在向锅炉上水的同时，适当开启锅炉下联箱放水，利用适当的换水量，使锅炉不断得到冷却。
5 结论
对于自然循环锅炉来说，汽包与下降管、上升管连接组成自然水循环回路，同时汽包又接受省煤器来的给水，还向过热器输送饱和蒸汽。所以汽包是锅炉内加热、蒸发、过热这三个过程的连接枢纽。在实际操作中，只要掌握上述预防控制措施，加强调整，精心维护，就一定能将汽包壁温差控制在规定范围内，从而延长汽包的使用寿命，保障锅炉安全稳定运行。
参考文献：
[1]山西省电力工业局. 锅炉设备运行 （中级工）[M ]. 北京 ：中国电力出版社 ， 1997.
[2]山西省电力工业局. 锅炉设备运行 （高级工）[M ]. 北京 ：中国电力出版社 ， 1997.
[3]第二氧化铝厂热电区域编，《锅炉车间作业标准》（220t/h）（240t/h）[S]，2017.
