鍋爐啟停時汽包壁溫差控制方法研討

王濤

摘 要：鍋爐啟停時，汽包的上下壁溫均容易產(chǎn)生較大的溫差，特別在發(fā)生泄漏后的停爐冷卻過程中，此現(xiàn)象非常突出。壁溫差有時高達70-80℃，嚴重危害汽包的壽命，影響鍋爐的安全運行。

關(guān)鍵詞：汽包上下壁溫；熱應力；凝結(jié)放熱；放熱系數(shù)

1 概況

我廠現(xiàn)有高溫高壓煤粉鍋爐5臺。投運以來，通過長時間的運行觀察，均發(fā)現(xiàn)在鍋爐啟停爐的過程中，汽包的上下壁溫容易產(chǎn)生較大的壁溫差。尤其是8#鍋爐2017年一次因省煤器爆管后的停爐搶修過程中出現(xiàn)了壁溫差過大的現(xiàn)象，造成了冷卻時間較長，被迫延遲檢修的情況。超過規(guī)定值的汽包壁溫差，不僅危害汽包的壽命，影響鍋爐的安全運行，同時，在鍋爐啟動過程中，汽包如果存在較大的壁溫差，就會使點爐人員被迫放慢升溫升壓速度，長時間地投油來等待壁溫差的減小，嚴重影響氧化鋁正常生產(chǎn)的用汽需求。

2 汽包壁溫差的危害

汽包壁溫差將會導致汽包產(chǎn)生強大的熱應力，根據(jù)應力計算公式，壁溫差越大，產(chǎn)生的應力越大，對汽包的危害越大。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?？傊舷卤跍夭钸^大，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，影響鍋爐的安全運行。

鍋爐啟動時較大汽包壁溫差產(chǎn)生后，司爐被迫放慢升溫升壓速度，造成投油時間過長油耗高，不能按計劃時間并汽，形成影響氧化鋁生產(chǎn)的惡劣局面；鍋爐搶修時較大汽包壁溫差產(chǎn)生后，會拖延檢修計劃的進行，造成進度緩慢令生產(chǎn)陷于被動中。

3 汽包壁溫差產(chǎn)生的原因

汽包壁溫差因鍋爐的上水、啟停等各階段不同而產(chǎn)生的原因不同，現(xiàn)就各階段產(chǎn)生壁溫差的原因具體分析如下：

3.1鍋爐上水時產(chǎn)生了汽包壁溫差

當鍋爐上水時，來自零米疏水箱的合格除氧水經(jīng)疏水泵首先進入管壁較薄的水冷壁、省煤器及集中下降管，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。進水速度越快，產(chǎn)生的壁溫差越大。

3.2鍋爐升壓過程中產(chǎn)生了汽包壁溫差

升壓初期，鍋爐點火后投入爐內(nèi)的燃料量很少，火焰在爐內(nèi)的充滿程度差，水冷壁受熱不均，工質(zhì)吸熱量少，且在壓力低時，工質(zhì)的汽化潛熱大，這時產(chǎn)生的蒸汽量很少，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)的自然水循環(huán)尚未正常建立，汽包內(nèi)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(jié)放熱，由于蒸汽凝結(jié)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?/p>

3.3鍋爐停爐冷卻過程中產(chǎn)生了汽包壁溫差

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

4 防止鍋爐汽包壁溫差的措施

4.1鍋爐上水時嚴格按要求控制上水溫度和上水速度。

冷態(tài)鍋爐上水溫度一般不超過70℃。一般規(guī)定上水時間夏季不少于3 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。

4.2 點火升壓過程中控制汽包壁溫差措施

點火升壓初期由于鍋爐燃燒較弱，爐內(nèi)火焰充滿程度差，受熱面受熱不均勻，自然水循環(huán)尚未建立或不正常，汽包極易產(chǎn)生壁溫差。應采取有效措施加以控制。

4.2.1嚴格控制升壓速度。

尤其是在升壓初期升壓速度應力求緩慢、穩(wěn)定，避免汽壓變化過快引起飽和溫度升高過快，一般規(guī)定汽包下壁溫升速度為0.5-1℃/min，汽包內(nèi)飽和溫度的溫升速度不超過1.5℃/min。為此，在升壓過程中應嚴格按規(guī)定的升壓曲線進行。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，啟動過程中控制升壓速度的主要手段是控制燃燒。同時可適當開啟對空排汽以加大排汽量，或及時將過熱器疏水門開大以增加通汽量等辦法加以控制。

4.2.2加強水冷壁下聯(lián)箱的放水。從水冷壁下聯(lián)箱定期或連續(xù)的放水，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。

4.2.3維持燃燒的穩(wěn)定和均勻。維持爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，熱負荷均勻，對減少汽包壁溫差有一定作用。為此，可采取增加對角投油槍切換次數(shù)的方法（一般規(guī)定每20分鐘切換一次），投給粉機時經(jīng)常切換火嘴，令各部位受熱均勻。

4.2.4投用爐底加熱裝置。4-7#爐這些有底部加熱裝置的鍋爐，水冷壁下聯(lián)箱爐底加熱裝置在鍋爐點火前8-12h投用，提前預熱并產(chǎn)生蒸汽，這樣可提前建立水循環(huán)，使水冷壁受熱均勻，減少汽包壁溫差。

4.2.5提高給水溫度，維持汽包高水位。升壓過程中，給水溫度低，進入汽包的水溫也低，汽包壁溫差會增大，應盡量提高給水溫度。同時，將汽包水位維持在較高水平，甚至全部充滿水，以便在啟動過程中盡量減少補充水的次數(shù)，可有效控制汽包壁溫差。

4.3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70℃以上，這對鍋爐汽包的安全構(gòu)成了極大的危害。因此，必須采取預防措施。

4.3.1避免鍋爐急劇冷卻

當鍋爐停爐并經(jīng)充分通風（一般需5 min）將受熱面吹掃干凈后，應立即停止送引風機運行，并將鍋爐風道的風門、煙氣檔板、送引風機出入口檔板、人孔門和檢查孔全部關(guān)閉。如爐膛負壓保證不了必須保持一臺引風機運行時，應適當減小引風機出力。

4.3.2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）。

4.3.3提高給水溫度

鍋爐停爐后，由于爐內(nèi)溫度、爐水溫度仍然很高，在鍋爐上水時應盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。

4.3.4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(nèi)，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，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。

5 結(jié)論

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水循環(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(nèi)加熱、蒸發(fā)、過熱這三個過程的連接樞紐。在實際操作中，只要掌握上述預防控制措施，加強調(diào)整，精心維護，就一定能將汽包壁溫差控制在規(guī)定范圍內(nèi)，從而延長汽包的使用壽命，保障鍋爐安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]山西省電力工業(yè)局. 鍋爐設備運行 （中級工）[M ]. 北京 ：中國電力出版社 ， 1997.

[2]山西省電力工業(yè)局. 鍋爐設備運行 （高級工）[M ]. 北京 ：中國電力出版社 ， 1997.

[3]第二氧化鋁廠熱電區(qū)域編，《鍋爐車間作業(yè)標準》（220t/h）（240t/h）[S]，2017.