自然循环汽包金属壁温差大的原因与防范

【摘要】分析自然循环锅炉汽包壁温差产生的原因，提出控制与防范措施。

【关键词】汽包；金属壁温差；热应力

锅炉汽包是锅炉蒸发的主要部件之一，它承受的压力高，体积大，金属壁厚，由于温差过大引起的热应力可以使汽包弯曲、开裂、变形，因此，防止出现汽包金属壁温差超限，对它的安全至关重要。

辽宁华电铁岭发电公司一期工程安装有4台亚临界、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、自然循环汽包锅炉。启炉与停炉过程中，都发生过汽包上下和内外金属壁温差较大的情况，特别是停炉冷却过程中，上下温差达到过80℃，严重超越安全定值，问题突出。

1 汽包金属壁温差大产生的原因

1.1 汽包金属壁内外温差

一定温度的给水或者汽水混合工质进入汽包以后，内壁温度随即升高或下降，而汽包金属壁较厚，外部与环境接触，外表面温度变化的速度慢于内表面，从而形成了内外金属壁温差。所以要严格执行规定的工质温度变化速率。另外，由于只在外壁安装了汽包壁温测点，没有安装汽包的内壁温度测点，所以工质温度的变化速率成为反映内外金属壁温差的唯一参考。

1.2 锅炉上水时汽包产生的温差

当锅炉上水时，给水经电动给水泵首先进入管壁比较薄的省煤器、水冷壁和集中下降管，最后进入汽包。当水进入汽包时，总是先与汽包的下部接触，故汽包水位以下的金属壁温首先升高，造成汽包下部温度高于上部。

1.3 锅炉升压过程中产生的汽包金属壁温差

升压初期，锅炉点火后投入炉膛里的燃料量少，工质吸热量少，而且在低压时，工质的汽化潜热比较大，这时产生的蒸汽量比较少，蒸发区内的自然循环不流畅，汽包内的水流动很慢，甚至是局部停滞的，对汽包金属壁的放热系数很小，所以汽包壁水位以下温升小。汽包壁上部与饱和蒸汽接触，饱和蒸汽遇到较冷的汽包壁发生凝结放热，由于这种放热系数很大，汽包上部的金属壁温很快达到对应压力下的饱和温度，汽包的上下金属壁温差逐渐变大了。另外，汽包升压速度越快，饱和温度的升高也越快，所产生的温差问题越严重。这样，最初上水时形成的下壁温高于上壁温很快转变为上壁温高于下壁温。

1.4 在停炉冷却过程中产生的汽包金属壁温差

在停炉过程中，锅炉进入降压冷却阶段，汽包主要靠内部工质冷却，由于汽包内炉水压力以及对应的饱和温度逐渐下降，汽包下部金属壁对炉水放热，这种换热系数大，使汽包下壁很快冷却。而汽包上壁与蒸汽接触，这种换热系数比较小，在降压过程中金属冷却较慢，所以出现了上部金属壁温高于下部金属壁温。停炉降压的速度越快，则温差越大。

1.5 汽包金属壁温差将产生热应力

温差越大，热应力越大。具体的应力情况是这样：汽包上部金属壁温的升高使得上部金属欲伸长却被下部限制，因而受到压应力，下部金属受到拉应力，汽包趋向于拱背变形。反之则是两头翘尾变形。过大的壁温差，将使得汽包的热应力增大，影响汽包的安全寿命。

2 汽包金属壁温差大的防范

2.1 严格按要求控制启炉上水温度和速度

一般规定，启炉上水温度高于汽包下壁温度50℃时，应控制给水流量30～60t/h，夏季时间不少于2小时，冬季不少于4小时。若上水温度与汽包金属壁温差小于40℃，可以适当加快上水。

2.2 点火初期严格控制升温升压速度

严格按规定执行汽包内饱和温度的温升速度不超过1～1.5℃。在升压过程中，若发现汽包温差大时，首先要减慢升压速度或者停止升压，同时可以适当开启对空排汽，或者及时将旁路系统投运来稳定压力等办法控制。另外，应加强燃烧调整以保证热负荷均匀，尽可能提高给水温度，维持汽包水位在较高水平。采用水冷壁下联箱定期或连续放水的方法，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。

2.3 停炉后严格控制降温降压速度

在锅炉停炉以后，一般采用闷炉子的方法要锅炉自然冷却，但是在实际操作中，由于种种原因，往往采用加速冷却的方法。根据经验，在停炉冷却的末期，尤其是在带压放水以后，金属壁温差有时高达80℃以上，这是绝对不允许的，必须避免。

2.4 避免锅炉急剧冷却

严禁锅炉高参数熄火后，仍利用锅炉余热发电，这对锅炉的冷却太猛烈，汽温汽压下降过快，严重影响汽包寿命。

当锅炉停炉并经充分通风，将受热面吹扫完毕，应立即关闭锅炉风道的风门、烟气挡板、送引风机出入口挡板。炉膛人空门和检查孔，严禁马上破坏炉底水封，若炉膛仍有漏风处，应及时查找并检修完善。

2.5 尽量维持汽包在高水位

当汽包水位达到低一值时，必须启动给水泵向汽包上水，一直上到汽包的最高水位（最好以就地水位计为准）。

2.6 抢修紧急冷却可以采用锅炉换水的方法降低汽包金属壁温

即保持汽包高水位，尽量保持较高的给水温度向锅炉上水，同时适当开启锅炉下联箱放水，利用换水，持续将汽包冷却。

尽量避免锅炉带压放水，若必须进行，则应等汽水压力较低时再带压放水。正常放水在汽包下壁温降至93℃时进行；快速放水在汽包压力降至0.6～0.8MPa，汽包下壁温160-170℃时带压放水

经过总结经验与分析借鉴，该公司采取了以上一系列防止汽包金属壁温差超限的措施，有效维护了汽包的安全。

参考文献：

[1]发电机组运行规程.铁岭发电有限公司.2003年.

[2]锅炉安装说明书.哈尔滨锅炉制造厂.1990年.

作者简介：

李国良，1971年12月生，男，汉族，铁岭人，铁岭发电公司总工程师，高级工程师，1995年毕业于哈尔滨工业大学热动专业，研究方向发电机组节能与安全运行。