200MW燃煤机组锅炉汽包壁温差的原因分析及预防
(1 华北电力大学，河北 保定 071051；2.内蒙古能源锡林热电厂 内蒙古 锡林浩特 026000；3.成都高等纺织专科学校，四川 成都 611731)
摘 要：以200MW燃煤机组为对象，分析了锅炉汽包壁温差产生的原因及其危害锅炉安全运行的原因，提出了防止锅炉汽包壁温差产生的措施。
关键词：锅炉；汽包壁温差；热应力；控制预防
中图分类号：TK223.1+3 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)08—0152—01
国华北京热电分公司为2×200MW燃煤火电机组，每台机组配2台哈尔滨锅炉厂生产的HG-410/9.8-15型单汽包高压自然循环、四角切圆燃烧锅炉，尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。尾部受热面的布置形式为双级双列布置。
锅炉的汽包长度为14 100mm，内径1 600mm，壁厚100mm，最高允许工作压力11.92MPa，超压试验允许压力14.1MPa，热电公司运行规程规定汽包上下壁温差不允许超过40℃（国家规定不允许超过50℃）。然而，在实际运行中，却出现了锅炉汽包壁的温差超过允许值的现象，严重影响锅炉运行的安全性。为此，对锅炉汽包壁温差产生的原因进行了分析，并提出了防范措施。
1 汽包壁温差产生的原因
1.1 锅炉上水时汽包产生的温差
当锅炉上水时，来自除氧器的给水经给水泵首先进入管壁较薄的省煤器、水冷壁及集中下降管，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。另外，一定温度的给水进入汽包后，内壁温度随之升高，因汽包壁较厚，外部与环境接触，外表面温度上升的速度较内壁温升慢，从而形成了内外壁的温差。
1.2 锅炉升压过程中汽包产生的壁温差
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，蒸发区内的自然循环尚不正常，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。
1.3 在停炉冷却过程中汽包产生的壁温差
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。
2 汽包壁温差将导致汽包产生强大的热应力
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。过大壁温差的产生，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。另外，由于汽包壁厚，而连接在汽包上的各种管子都较薄，出现温差时就会造成薄厚管膨胀不均产生热应力，严重时使焊口开裂发生危险。
3 控制及预防汽包壁温差的措施
3.1 严格按照规程要求控制上水温度和上水速度
一般规定上水时间夏季不少于2h，冬季不少于4h。若上水温度与汽包壁温差小于40℃时，可适当加快上水速度。另外为了减少温差，锅炉冷态启动时应尽早投入临炉加热。
3.2 点火初期严格控制升温升压速度
一般规定汽包内饱和温度的温升速度不超过1～1.5℃。在升压过程中，若发现汽包温差过大时，首先应减慢升压速度或暂停升压，同时可适当开启对空排汽以加大排汽量，或及时将旁路系统投运以增加通汽量等办法加以控制。另外，应加强燃烧调整以尽量保证热负荷均匀，尽可能地提高给水温度，维持汽包水位在较高的水平。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。
3.3 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80℃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。
3.3.1 避免锅炉急剧冷却。当锅炉停炉并经充分通风(一般需10min)将受热面吹扫干净后，应立即将锅炉风道的风门、烟气档板、送引风机出入口档板、人孔门和检查孔全部关闭。
3.3.2 尽量维持汽包在高水位运行。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)。
3.3.3 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，在锅炉上水时应将除氧器加热装置继续投入，如果辅汽压力允许，应尽量提高给水温度，减少水温与汽包壁的温差。
3.3.4 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(100℃以上)，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。
3.3.5 尽量避免采用带压放水的方法对锅炉进行烘干防腐。在机组热备用时，可采用间断升火保持压力法对锅炉进行保护。在正常停炉时，可采用充氮法对锅炉进行保养。另外，可考虑当锅炉压力降至0.2 MPa时再进行放水。为达到对锅炉保护的目的，可对热风系统进行改造，将邻炉的热风引到锅炉的烟气再循环管道中，在放水后，立即将邻炉的热风引进放水的炉中，补充由于低压力放水时锅炉烘干所需储热量的不足，这样就达到了对停用炉保护的目的，又防止了汽包壁温差的增大。
4 结束语
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3个过程的连接枢纽。在实际操作中，只要加强调整，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。
［参考文献］
［1］ 集控运行规程［S］.中电国华北京热电分公司.
［2］ 樊泉桂，魏铁铮，王军.火电厂锅炉设备及运行［M］.北京：中国电力出版社，2003.
［3］ 樊泉桂，阎维平.锅炉原理［M］.北京：中国电力出版社，2004.