大型锅炉汽包壁温差控制措施
摘要：介绍了汽包的内部结构与作用，分析了汽包壁温差产生的原因，多方面提出了有效防止汽包壁温差增大的措施。通过采取这些措施，可以有效控制汽包壁温在合适的范围，保证机组的安全稳定运行。
关键词：锅炉汽包壁温差温差控制
0 引言
由于锅炉汽包壁厚、长度值大，承受的压力又特别高，因而机组起停过程中容易产生汽包内外、上下壁温差，产生较大的热应力，对汽包的安全运行和寿命造成影响。所以，在机组运行过程中，有效控制汽包壁温差十分重要。
1 汽包的内部结构
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汽包内部装置包括三个部分，第一部分是汽水分离装置，它的作用是减少饱和蒸汽的机械携带，提高蒸汽品质，如图为汽包的内部简结构。设有中间夹层，汽水混合物于汽包两侧引入其中，防止欠热的水与汽包壁接触，并形成温度均匀的汽水混合物夹层，以减少汽包壁温差，增强汽包的运行灵活性和安全可靠性。共194只旋风分离器分前后三排，沿汽包长度均布，以保证负荷大幅度变化使水位波动时，能有效地进行汽水分离。旋风分离器上部斜置一级百叶窗分离器，在汽包顶部布置二级百叶窗分离器。一二级百叶窗分离器进一步分离蒸汽中的水份，使进入过热器的干度达到99.9%以上。第二部分是蒸汽清洗装置作用是使蒸汽通过洁净的清洗水，利用清洗水与锅炉水含盐的浓度差降低蒸汽的含盐量；第三部分是排污、加药、事故放水等其他装置。汽包的两封头和下部共有四根大直径下降管，为了防止产生涡流和下降管内带汽，在下降管入口处设有防旋栅格，并控制下降管入口水速在标准允许范围内。
2 汽包的作用
2.1 汽包的作用是工质加热，蒸发，过热三个过程的连接枢纽，它把下降管，饱和蒸汽管，汽水导管等数量众多的管子连接在一起。
2.2 汽包中储存有一定量的水和汽，因而具有蓄热能力。
2.3 汽包上装有压力表，水位计，事故放水门，安全阀等安全附属设备。
3 汽包产生上下壁温差的原因与控制措施
3.1 由于汽包壁较厚，膨胀较慢，而连接在汽包壁上的管子壁较薄，膨胀较快，若进水温度过高或进水速度过快，将造成膨胀不均，使焊口发生裂缝，造成设备损坏。
3.2 当给水进入汽包时，总是与汽包下壁接触，若给水温度与汽包温度差值过大，进水时速度又快，汽包的上下壁，内外壁间将产生较大的膨胀差，给汽包造成较大的附加应力，引起汽包变形，严重时产生裂缝。
3.3 锅炉启动前上水的时间和温度规定，锅炉启动前进水速度不宜过快，一般冬季不少于4h，其它季节2~3h，进水初期尤应缓慢。冷态锅炉的进水温度一般不大于100度，以使进入汽包的给水温度与汽包壁温度的差值不大于40度。未完全冷却的锅炉，进水温度可比照汽包壁温度，一般差值应控制在40度以内，否则应减缓进水速度。
3.4 锅炉启动初期要严格控制升压速度，由于水蒸气的饱和温度在压力较低时对压力的变化率较大，在升压初期，压力升高很小的数值，将使蒸汽的饱和温度提高很多。锅炉启动初期，自然水循环尚不正常，汽包下部水的流速低或局部停滞，水对汽包放热为接触放热，放热系数很小，故汽包下部金属壁温升高不多；汽包上部因是蒸汽对汽包金属壁的凝结放热，故汽包上部金属温度较高，由此造成汽包壁温上高下低的现象。由于汽包壁厚较大，而形成汽包壁温内高外低的现象，因此，蒸汽温度的过快提高将使汽包由于受热不均而产生较大的温差热应力。如图所示在锅炉启动过程中其下部先接受水加热，因而温度高于上部，当炉点火产汽时，上部接受凝结放热，使其温度高于下部，温差接受下图约束，以此来保护汽包的安全，以免承受过大应力。)
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3.5 锅炉启动过程中控制汽包温差在规定范围(40度内)。①点火前进水温度不能过高，速度不宜过快，按规程规定执行。②进水完毕，有条件时可投入底部蒸汽加热。③严格控制升压速度，特别是0~0.981MPA阶段升压速度应不大于0.014MPA/min，升温速度不大于1.5～2度每分。④应定期进行对角油枪切换，直至下排四只油枪全投时，尽量使各部均匀受热。⑤经上述操作仍不能有效控制汽包上、下壁温差，在接近或达到40度时应暂停升压，并进行定期排污，以使水循环增强，待温度差稳定且小于40度再进行升压。
3.6 锅炉启动后期仍要控制升压速度。此时虽然汽包上下壁温差逐渐减小，但由于汽包比较厚，内外壁温差仍很大，甚至有增加的可能；另外，启动后期汽包内承受接近工作下的应力，因此控制后期的升压速度，以防止汽包壁的应力增加。
3.7 在停炉过程中控制汽包壁温差。在停炉过程中，因为汽包绝热保温层较厚，向周围的散热较弱，冷却速度较慢，汽包的冷却主要靠水循环进行，汽包上壁是饱和汽，下壁是饱和水，水的导热系数比汽大，汽包下壁的蓄热量很快传给水，使汽包下壁温接近于压力下降后的饱和水温度，而与蒸汽接触的上壁由于管壁对蒸汽的放热系数较小，传热效果较差而使温度下降较慢，因而造成了上、下壁温差扩大，我们做到以下几点：①降压速度不宜过快，汽包产生壁温差在40度以内。②停炉过程中，给水温度不得低于140度。③停炉时为防止汽包壁温差大，锅炉熄火前将水进至略高于汽包正常水位，熄火后不必进水。④为了防止锅炉急剧冷却，熄火后6~8h内应关闭各空门，保持密闭，此后可根据汽包温差不大于40度的条件，开启烟道挡板、引风挡板，进行自然通风冷却，18h后方可启引风机进行通风。
3.8 热炉放水过程，汽包上、下壁温差最大不超过40度，当温差达到40度时，应暂停放水，待温差稳定后，重新放水。
3.9 汽包内结构设计采用环行夹套结构，极大减少汽包上下壁温差。
3.10 保证锅炉安全运行维持汽包正常和稳定的水位，设置几种不同功能的水位监控表，如双色水位计、电视监视器、电接点水位计作水位报警用途。作为监视上下壁温差的温度测点分布于下图1所示：分别取上下平均值的差值作参考量来监视。温差的控制主要表现在饱和温度的变化率的控制，起压后这取决于压力变化，而压力控制更容易掌握。图1温度热电偶上下相对，两侧靠近给水管边。图2是饱和温度允许的增长率，从图可知启始温升对应111℃/h(1.85℃/min)，这相对于汽包的初始压力和初始温度来讲，总的温升量也是受限的。通过连排或定排来控制汽包水位，锅炉的定排开启受汽压限制，若是不行则应通过燃烧率的调整。
4 结论
汽包的热应力主要由汽包内外壁温差和上下壁温差引起，通过采取合理的机组起动和停炉措施可以有效控制汽包壁温在合适的范围，从而减小热应力对汽包产生的危害，保证机组安全稳定运行。
参考文献：
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