由于鍋爐汽包壁厚、長度增大，承受的壓力又特別高，因而機組起停過程中容易產(chǎn)生汽包內(nèi)外、上下壁溫差，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)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。
　　
　　一、汽包壁溫差產(chǎn)生的原因
　　
　　（1）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，如果水溫度低于汽包壁溫，則容易導(dǎo)致汽包下壁以及下壁的內(nèi)壁先降溫，從而使汽包上壁溫高、下壁溫低，內(nèi)壁溫低、外壁溫高，這種現(xiàn)象常在機組溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)起動時發(fā)生;如果水溫度高于汽包的壁溫，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低、下壁溫高，內(nèi)壁溫高、外壁溫低。
　　
　?。?）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(dǎo)熱性能差，且不能形成對流換熱，導(dǎo)致上汽包壁溫冷卻很慢，而下汽包壁接觸的是鍋水，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30OMW機組鍋爐汽包壁厚在（140~160）mm之間，亞臨界60OMW機組鍋爐汽包壁厚在（160~20O）mm之間，而且隨著鍋爐容量的增加，汽包的壁厚也在增加。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(dǎo)熱而升高，使內(nèi)外壁產(chǎn)生傳熱溫差。
　　
　?。?）在鍋爐起動初期，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(dāng)省煤器再循環(huán)閥不嚴(yán)密時，在起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(dǎo)致汽包壁溫差增大。
　　
　　二、汽包壁溫差的控制
　　
　　2.1鍋爐上水階段
　　
　　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(yán)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起動時間有利，更重要的是可以補償停爐期間省煤器過冷導(dǎo)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(dǎo)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(fēng)，導(dǎo)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1O℃～30℃，上水溫度應(yīng)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(yīng)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(dāng)加快上水速度，反之，則應(yīng)減慢上水速度。表1列出國內(nèi)各主要鍋爐廠對上水溫度和速度的要求。　　
　　2.2鍋爐升溫升壓階段
　　
　?。?）在鍋爐起動過程中，嚴(yán)格控制升溫速度，一般規(guī)定升溫速度不得超過（1.5～2.0）℃/min或100℃/h。由于升壓初期汽水飽和溫度隨壓力的變化較大，鍋爐起動初期應(yīng)采用較小的升壓速度，以免產(chǎn)生較大的壁溫差。
　　
　?。?）當(dāng)鍋爐點火后尚未建立正常的水循環(huán)以前，水與金屬的接觸傳熱很差，此時汽包壁上下溫差很大，水循環(huán)建立之后，汽包中的水流擾動增大，水與汽包壁的傳熱加強，因而使上下壁溫差減小。運行實踐證明，投入爐底加熱、加強水冷壁下部定期換水和連續(xù)換水、維持燃燒的穩(wěn)定對促進水循環(huán)極有效。
　　
　?。?）由于沿程管道和省煤器的冷卻導(dǎo)致給水溫度的下降，而且本來較低的給水溫度和汽包下壁接觸會導(dǎo)致下壁溫降低，加大了起動過程中的汽包壁溫差。因此，應(yīng)盡量保持較高的給水溫度。
　　
　?。?）在起動階段，蒸汽流量較小，盡可能連續(xù)小流量給水，在給水時要確認(rèn)省煤器再循環(huán)門的關(guān)閉狀態(tài)以及嚴(yán)密性。
　　
　　2.3正常運行的監(jiān)控
　　
　　運行中只要能準(zhǔn)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。
　　
　?。?）起動初階段及穩(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(dāng)時汽包壓力對應(yīng)的飽和蒸汽溫度來代替汽包上內(nèi)壁溫度。
　　
　?。?）在起動初階段及穩(wěn)定運行階段，尤其在先經(jīng)底部蒸汽加熱的點火起動的初階段，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。
　　
　?。?）停爐過程中，蒸汽引出管的外壁溫度與當(dāng)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5O℃，產(chǎn)生的附加溫差熱應(yīng)力將不會對汽包造成破壞。
　　
　　2.4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(biāo)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(dāng)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（0.5~0.8）MPa，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，zui后開一次汽疏水及空氣閥。另外，在放水期間不強制通風(fēng)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（30-40）min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（0.49-0.78）MPa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（0.5-0.8）MPa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(yīng)采用充氮保養(yǎng)或低壓放水后引入鄰爐熱煙器進行干燥。
　　
　?。?）保證鍋爐汽水系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)嚴(yán)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(fēng)量越大，則冷卻、降溫的速度就越快。因此，當(dāng)鍋爐停爐后，在鍋爐經(jīng)過充分通風(fēng)（一般需（3-5）min）將受熱面吹掃干凈后，應(yīng)停引、送風(fēng)機，關(guān)閉風(fēng)、煙、粉系統(tǒng)所有的風(fēng)門擋板;檢查鍋爐各看火門、打焦孔等門孔應(yīng)關(guān)閉;檢查撈渣機水封及上水封槽水封應(yīng)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(yīng)關(guān)閉嚴(yán)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。30OMW機組鍋爐汽包內(nèi)徑為（1600-1800）mm，汽包長度為（20000-2200O）mm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5OOmm的空間，這樣保持給水300t/h的流量（2-3）min（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(dāng)水位降到-5Omm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(yīng)繼續(xù)投入除氧器加熱裝置，如果輔汽壓力允許，應(yīng)盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。
　　
　　（6）在事故搶修時，通常是在鍋爐悶爐4h后進行自然通風(fēng)，6h后起動引、送風(fēng)機進行冷卻，這時往往產(chǎn)生壁溫差，并且逐漸增大，很難控制。為使壁溫差在規(guī)定范圍內(nèi)（50℃），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，在向鍋爐上水的同時，適當(dāng)開啟鍋爐下聯(lián)箱放水，利用適當(dāng)?shù)膿Q水量，使鍋爐不斷得到冷卻。
　　
　?。?）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(fēng)機運行，保持20%左右的總風(fēng)量，爐膛負(fù)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(fēng)和自然通風(fēng)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(fēng)機運行，保持20%左右的總風(fēng)量，爐膛負(fù)壓維持在正常值即可，盡量減少強制通風(fēng)和自然通風(fēng)的時間。
　　
　　三、結(jié)語
　　
　　汽包的熱應(yīng)力主要由汽包內(nèi)外壁溫差和上下壁溫差引起，通過采取合理的機組起動和停爐措施可以有效控制汽包壁溫在合適的范圍，從而減小熱應(yīng)力對汽包產(chǎn)生的危害，保證機組安全穩(wěn)定運行。