華能丹東電廠2臺350 MW機組于1998年11月和12月相繼投產(chǎn)。鍋爐系英國Babcock鍋爐廠制造，采用亞臨界一次中間再熱、單爐膛、平衡通風自然循環(huán)汽包鍋爐。自投產(chǎn)以來，通過運行觀察，無論是啟爐還是停爐，均發(fā)現(xiàn)汽包上、下壁產(chǎn)生壁溫差，特別是在停爐冷卻過程中，壁溫差有時高達80～100℃，已嚴重影響鍋爐的安全運行。

1 汽包壁溫差產(chǎn)生的機理

1.1 鍋爐上水時汽包產(chǎn)生的溫差

　　當鍋爐上水時，來自除氧器的給水經(jīng)給水泵首先進入管壁較薄的省煤器、水冷壁及集中下降管，最后進入汽包。因此，管壁首先被加熱，而且溫度上升較快，而汽包不但壁厚而且又是最后接觸水，則加熱溫度上升就比較慢。當水進入汽包時，總是先與汽包下壁接觸，故汽包水位以下壁溫首先上升，造成汽包下部壁溫高于上部壁溫。另外，一定溫度的給水進入汽包后，內壁溫度隨之升高，因汽包壁較厚，外部與環(huán)境接觸，外表面溫度上升的速度較內壁溫升慢，從而形成了內外壁的溫差。

1.2 鍋爐升壓過程中汽包產(chǎn)生的壁溫差

　　升壓初期，鍋爐點火后投入爐內的燃料量很少，火焰在爐內的充滿程度差，水冷壁受熱不均，工質吸熱量少，且在壓力低時，工質的汽化潛熱大，這時產(chǎn)生的蒸汽量很少，蒸發(fā)區(qū)內的自然循環(huán)尚不正常，汽包內的水流動很慢或局部停滯，對汽包壁的放熱系數(shù)很小，所以汽包下壁溫升小。汽包上壁與飽和蒸汽接觸，當壓力升高時，飽和蒸汽遇到較冷的汽包壁便發(fā)生凝結放熱，由于蒸汽凝結時的放熱系數(shù)要比汽包下半部水的放熱系數(shù)大幾倍，上壁溫度很快達到對應壓力下的飽和溫度，使汽包上壁溫度大于下壁溫度。另外，汽包升壓速度越快，飽和溫度升高也越快，產(chǎn)生的溫差就越大。這樣由最初上水時上部壁溫低于下部很快變?yōu)楦哂谙虏勘跍兀蚨纬闪似跍厣喜扛?，下部低的壁溫差?

1.3 在停爐冷卻過程中汽包產(chǎn)生的壁溫差

　　在停爐過程中，鍋爐進入降壓和冷卻階段，汽包主要靠內部工質進行冷卻，由于汽包內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。

2 汽包壁溫差將導致汽包產(chǎn)生強大的熱應力

　　根據(jù)應力計算公式，上下溫差越大，則應力也越大。

　　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，進而導致汽包受到損傷，減少汽包的使用壽命。

3 控制及預防汽包壁溫差的措施

3.1 嚴格按要求控制上水溫度和上水速度一般規(guī)定上水時間夏季不少于2 h，冬季不少于4 h。若上水溫度與汽包壁溫差小于40℃時，可適當加快上水速度。

3.2 點火初期嚴格控制升溫升壓速度

　　一般規(guī)定汽包內飽和溫度的溫升速度不超過1～1.5℃。在升壓過程中，若發(fā)現(xiàn)汽包溫差過大時，首先應減慢升壓速度或暫停升壓，同時可適當開啟對空排汽以加大排汽量，或及時將旁路系統(tǒng)投運以增加通汽量等辦法加以控制。另外，應加強燃燒調整以盡量保證熱負荷均勻，盡可能地提高給水溫度，維持汽包水位在較高的水平。采用水冷壁下聯(lián)箱定期或連續(xù)放水的方法，這樣既可以促進水循環(huán)，還可以使受熱面受熱均勻，減少汽包壁溫差。

3.3 停爐后嚴格控制降溫降壓速度

　　在鍋爐停爐后，一般采用悶爐的方法使鍋爐自然冷卻，但在實際操作中，往往采取加速冷卻的方法。根據(jù)運行經(jīng)驗，在停爐冷卻的末期，尤其是在帶壓放水后，壁溫差有時高達80℃以上，這對鍋爐汽包的安全構成了極大的危害。因此，必須采取預防措施。

3.3.1 避免鍋爐急劇冷卻

　　當鍋爐停爐并經(jīng)充分通風(一般需10 min)將受熱面吹掃干凈后，應立即將鍋爐風道的風門、煙氣檔板、送引風機出入口檔板、人孔門和檢查孔全部關閉。

3.3.2 盡量維持汽包在高水位運行

　　當鍋爐汽包水位低至-50 mm時，必須向鍋爐上水，直上至鍋爐汽包的最高水位(即就地水位計最上面的一個監(jiān)視孔或略高一些)。

3.3.3 提高給水溫度

　　鍋爐停爐后，由于爐內溫度、爐水溫度仍然很高，在鍋爐上水時應將除氧器加熱裝置繼續(xù)投入，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。

3.3.4 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，為使壁溫差在規(guī)定范圍(50℃)內，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，盡量保持較高的給水溫度(100℃以上)，并在向鍋爐上水的同時，適當開啟鍋爐下聯(lián)箱放水，利用適當?shù)膿Q水量，使鍋爐不斷得到冷卻。

3.3.5 盡量避免采用帶壓放水的方法對鍋爐進行烘干防腐

　　在機組熱備用時，可采用間斷升火保持壓力法對鍋爐進行保護。在正常停爐時，可采用充氮法對鍋爐進行保養(yǎng)。另外，可考慮當鍋爐壓力降至0.2 MPa時再進行放水。為達到對鍋爐保護的目的，可對熱風系統(tǒng)進行改造，將鄰爐的熱風引到鍋爐的煙氣再循環(huán)管道中，在放水后，立即將鄰爐的熱風引進放水的爐中，補充由于低壓力放水時鍋爐烘干所需儲熱量的不足，這樣就達到了對停用爐保護的目的，又防止了汽包壁溫差的增大。

4 結束語

　　對于自然循環(huán)鍋爐來說，汽包與下降管、上升管連接組成自然循環(huán)回路，同時汽包又接受省煤器來的給水，還向過熱器輸送飽和蒸汽。所以汽包是鍋爐內加熱、蒸發(fā)、過熱這3個過程的連接樞紐。在實際操作中，只要加強調整，精心維護，就一定能將汽包壁溫差控制在規(guī)定范圍內，從而延長汽包的使用壽命。

[1]