大家有沒有注意到在鍋爐上水過程中，如果上水溫度與汽包壁溫之間差值或上水速度控制不當，就很容易造成汽包壁溫差過大。這是由于在鍋爐上水時，水進入汽包后先與下壁接觸。當水溫度高于汽包壁溫度時，汽包下內(nèi)壁先受熱，溫度上升，汽包的下內(nèi)壁溫度高于上內(nèi)壁溫度，形成溫差。當水溫度低于汽包壁溫度時，汽包下內(nèi)壁先冷卻，溫度下降，這樣汽包下內(nèi)壁溫度就低于上內(nèi)壁溫度，形成溫差，當上水溫度與汽包壁溫度差值過大或上水速度過快時，就會造成汽包壁溫差過大甚至超過規(guī)定值，這種情況下汽包各點的壁溫差往往是同步變化的。鍋爐啟動過程中，升溫和升壓速度、油槍的投停及切換、制粉系統(tǒng)的啟動時間、初始煤量的選擇及啟動后期升負荷速度等控制不當，也會造成汽包壁溫差過大。
由于鍋爐汽包壁厚、長度增大，承受的壓力又特別高，因而機組啟、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。
為什么鍋爐汽包溫差不能超過50℃？
汽包下半部分有一定量的水，供水冷壁蒸發(fā)，上半部分是蒸汽。鍋爐在停爐冷卻過程中，由于汽包上半部分接觸的是蒸汽，而下半部分接觸的是水，所以汽包上半部分冷卻速度比下半部分慢，從而汽包上下壁面產(chǎn)生溫差。按規(guī)定，溫差不得超過50度，因此這就使汽壓不能急劇下降，否則會導致汽包下部分冷卻過快，最終導致汽包上下溫差超過50度。
為什么規(guī)定上下溫差不能超過50℃呢？
因為溫差大，會造成較大的熱應力，同時停爐冷卻期間汽包內(nèi)壓還較高，在熱應力和內(nèi)壓的共同作用下，可能會出現(xiàn)超過材料許用應力的情況，就會造成汽包損壞。鍋爐點火升溫期間，汽包上下部分同樣也存在較大溫差，也就存在較大熱應力。但此時汽包內(nèi)壓較低，只要升溫期間控制汽包上下溫差不超過50度，汽包壁面應力仍會在許用范圍之內(nèi)。
可見，汽包在停爐冷卻期間，如果壓力下降太快，就會導致汽包下壁面降溫過快，汽包上下壁面產(chǎn)生熱應力比點火升溫時更加危險。
受到向上的外力引起：
當受到向上外力而發(fā)生彎曲變形時，汽包上半部分受到拉伸；汽包下半部分受到壓縮。原理見簡圖:
汽包在點火升溫或者停爐冷卻過程中，熱應力過大。
由于上半部分壁面溫度大于下半部分壁面溫度，汽包上半部分膨脹量大，而下半部分膨脹量小。汽包作為一個整體，這就導致上半部分受到下半部分的限制而不能充分膨脹，結果使上半部分產(chǎn)生了壓縮。汽包下半部分在上半部分膨脹量大的影響下，會被上半部分拉伸一起膨脹，結果結果使下半部分產(chǎn)生了拉升。所以：汽包上半部分受壓縮，上半部分受拉伸，導致汽包向上彎曲。可見，同是汽包向上彎曲變形的情況，一個是由外力引起，一個是由熱應力引起。
汽包壁溫差產(chǎn)生的原因：
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，如果水溫低于汽包壁溫，則容易導致汽包下壁以及下壁的內(nèi)壁先降溫，從而使汽包上壁溫度高、下壁溫度低，內(nèi)壁溫度低、外壁溫度高，這種現(xiàn)象常在機組溫態(tài)、熱態(tài)或極熱態(tài)啟動時發(fā)生。如果水溫高于汽包的壁溫，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度低、下壁溫度高，內(nèi)壁溫度高、外壁溫度低。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，過熱蒸汽的導熱性能差，且不能形成對流換熱，導致上汽包壁溫冷卻很慢，而下汽包壁接觸的是爐水，仍在構成自然循環(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300MW機組鍋爐汽包壁厚在140～160mm之間，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熱而升高，使內(nèi)、外壁產(chǎn)生傳熱溫差。
在鍋爐啟動初期，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。當省煤器再循環(huán)閥不嚴密時，在啟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，導致汽包壁溫差增大。
汽包壁溫差的控制：
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啟動時間有利，更重要的是可以補償停爐期間省煤器過冷導致給水經(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，導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10℃～30℃，上水溫度應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，可適當加快上水速度，反之，則應減慢上水速度。運行中只要能準確地監(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。（1）啟動初階段及穩(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，也可以用當時汽包壓力對應的飽和蒸汽溫度來代替汽包上內(nèi)壁溫度。（2）在啟動初階段及穩(wěn)定運行階段，尤其在先經(jīng)底部蒸汽加熱的點火啟動的初階段，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。（3）停爐過程中，蒸汽引出管的外壁溫度與當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50℃，產(chǎn)生的附加溫差熱應力將不會對汽包造成破壞。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0.5～0.8MPa，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，最后開一次汽疏水及空氣閥。另外，在放水期間不強制通風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30～40min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，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0.49～0.78MPa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0.5～0.8MPa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，則應采用充氮保養(yǎng)或低壓放水后引入鄰爐熱煙氣進行干燥。
保證鍋爐汽水系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)嚴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，通風量越大，則冷卻、降溫的速度就越快。因此，當鍋爐停爐后，在鍋爐經(jīng)過充分通風(一般需3～5min)將受熱面吹掃干凈后，應停引、送風機，關閉風、煙、粉系統(tǒng)所有的風門擋板；檢查鍋爐各看火門、打焦孔等門孔應關閉；檢查撈渣機水封及上水封槽水封應正常，否則進行補水至正常；檢查汽水系統(tǒng)各閥門(包括疏水閥)應關閉嚴密。
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。300MW機組鍋爐汽包內(nèi)徑為1600～1800mm，汽包長度為20000～22000mm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500mm的空間，這樣保持給水300t/h的流量2～3min(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。當水位降到-50mm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，在鍋爐上水時應繼續(xù)投入除氧器加熱裝置，如果輔汽壓力允許，應盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。
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、引風機運行，保持20%左右的總風量，爐膛負壓維持在正常值即可，維持汽包水位正常，盡量減少強制通風和自然通風的時間。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、引風機運行，保持20%左右的總風量，爐膛負壓維持在正常值即可，盡量減少強制通風和自然通風的時間。
汽包壁溫差過大的危害及易發(fā)生的階段：（僅供參考）
汽包壁溫差過大的危害：
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。過大壁溫差的產(chǎn)生，將會導 致汽包的熱應力增大且上下溫差越大，則應力也越大，進而導 致汽包受到損傷，減少汽包的使用壽命。
汽包上下壁溫差大易發(fā)生的階段：
鍋爐啟動初期、鍋爐停爐后的降溫降壓過程中，都是汽 包上下壁溫差大易發(fā)生的階段。不同壓力下水的飽和溫度并不 是線性的，低壓階段，水的飽和溫度隨壓力變化較大，而高壓 階段，水的飽和溫度隨壓力變化較小，因此，機組啟動初期、 鍋爐停爐后的降溫降壓過程中，應嚴格控制汽包壓力的變化。
鍋爐啟動階段汽包上下壁溫差大的原因分析 鍋爐啟動初期，爐水溫度逐漸上升，未起壓前無蒸汽產(chǎn) 生，由于上水溫度高于汽包下壁溫度，導致汽包下壁溫度高于 上壁溫度。鍋爐起壓后，會產(chǎn)生一定的飽和蒸汽，由于飽和蒸 汽溫度與汽包上壁存在溫差，飽和蒸汽對汽包壁放熱，且釋放 汽化潛熱，汽包上壁溫度會逐漸高于下壁溫度。隨著汽包壓力 的上升，飽和溫度變化逐漸緩慢，汽包上壁溫度也逐漸上升， 上下壁溫差會逐漸減少。
鍋爐啟動過程中減小汽包上下壁溫差的控制措施：
嚴格控制升溫升壓速度，特別是點火初期;逐漸增加爐 膛燃燒強度，避免大幅度增減;盡可能保持爐內(nèi)燃燒的均勻。啟動過程中盡可能保持前后墻燃燒強度均勻;適當進行定排， 促進爐內(nèi)水循環(huán)。
鍋爐停爐后汽包壁溫差大的原因分析 ：
散熱條件差異較大：汽包處于爐外并保溫，加之熱容量 較大，使汽包壁溫逐步高于汽包內(nèi)的水汽溫度。汽包筒體上半部分一部分熱量向爐外散熱，一部分向汽包內(nèi)部散熱，一部分 向汽包下半部散熱，而汽包筒體的下半部分一部分熱量向爐外 散熱，一部分向汽包內(nèi)部散熱，同時還要接受來自上半部分傳 遞過來的熱量。
冷卻方式差異較大：停爐后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。
鍋爐停爐后放水前控制汽包壁溫差大的控制措施：
1、停爐后控制通風風量與通風時間，避免鍋爐急劇冷 卻。鍋爐熄火后保持一組送引風機運行，維持風量600t/h，充 分通風將受熱面吹掃干凈，吹掃15min 后停止引送風機，鍋 爐負壓維持以爐膛微正壓為原則進行自然通風冷卻。通風量偏大或通風時間長會導致汽水系統(tǒng)壓力加速下 降，汽包內(nèi)壓力同步下降，汽包內(nèi)汽水飽和溫度也隨之下降。由于汽包上下兩部分散熱條件的差異，不可避免地造成停爐后 汽包壁溫差偏大。而且，汽壓越低，飽和溫度下降速度越快， 汽包壁溫差的形成也加快。 2、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，在鍋爐上水時應將除氧器輔汽加熱裝置投入， 如果輔汽壓力允許，除氧器水溫應保持在100以上，盡量提 高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。 3、維持汽包在高水位運行。利用汽包高水位控制汽包 壁溫差。這樣做的目的是提高汽包水位，減少汽包汽側(cè)筒體體 積，將省煤器中較汽包內(nèi)水溫更低的水送入汽包，一方面使汽 包內(nèi)水溫有所下降，另一方面平衡上下壁溫差。 4、使用機前疏水，按降壓曲線進行降壓。嚴格控制汽 包降壓速度0.05MPa/min，飽和溫降速度1/min，汽包上 下壁溫差56，否則應減緩降壓速度。具體降壓速度為(約 12 小時):9.0~6.0MPa 用時1.5h;6.0~4.0MPa 用時1.5h; 4.0~3.0MPa 用時1.5h;3.0~2.0MPa 用時2h;2.0~1.0MPa 用時3.5h;1.0~0.8MPa 用時1h。 5、及時關閉連排、加藥、取樣門，減少爐水外排，汽 包不得隨意補、放水。
鍋爐停爐后帶壓放水前應具備的條件：
鍋爐放水前，通知化學啟動機組排水槽排污泵，投入排 水槽減溫水，注意監(jiān)視機組排水槽水位及溫度(不超過 60)。汽包壓力降至0.8MPa 時，汽包壁溫降低至180左右， 汽包上下壁溫差最大一點小于15(越小越好)。放水前應 逐步消除汽包上、下壁溫差，保持小的溫差，開始放水后汽包 上、下壁溫差較難控制。
鍋爐停爐后帶壓放水的操作過程：
1、停運電泵，開啟定排總門及各個分支一二次門、下 聯(lián)箱放水手動一二次門、A側(cè)和B側(cè)省煤器放水門，鍋爐帶 壓放水。當機組排水槽溫度及水位能滿足要求、汽包上下壁溫 差也不大的情況下，盡可能加快放水速度，以便鍋爐能保持足 夠余熱烘干殘留水蒸氣。 2、當汽包壓力降至0.5MPa 時，聯(lián)系熱控強制減溫水 閉鎖閥邏輯，開啟過熱、再熱汽減溫水各門，開啟給水、減溫 水管道各放水門，反沖洗減溫水管道，并通知熱控人員儀表管 放水防凍。3、當汽包壓力降至0.4MPa 時，全開主汽管道疏水門 及對空排汽電動門，加快放水速度。開啟對空排汽電動門，將 使汽包內(nèi)壓力急劇下降，汽包內(nèi)汽水溫度也急劇下降，因而加 速了汽包上、下壁溫差的形成，此時注意監(jiān)視汽包上下壁溫 差。必要時節(jié)流對空排汽門。 4、當汽包壓力降至0.1MPa 時關閉主汽管道及高旁疏水。注意監(jiān)視主機背壓，在主汽管道及高旁疏水關閉后，汽機 破壞真不允許再開主汽管道及高旁疏水。 5、當汽包壓力降至0，開啟過熱器系統(tǒng)全部疏水、空 氣門，開啟爐底加熱各支門及加熱聯(lián)箱底部放水門放凈存水。 6、開啟汽包緊急放水門、汽包至定排、汽包至定排管 道電動門、調(diào)整門、汽包各水位計放水門，放凈管道內(nèi)存水后 關閉上述各門。 7、鍋爐爐水放凈(定排聯(lián)箱放水檢查門無水)后，繼 續(xù)烘干4 小時，聯(lián)系化學在空氣門處化驗確無濕氣時關閉鍋爐 汽水系統(tǒng)所有空氣門、疏水、放水門(包括定排各一次門)， 關閉風煙系統(tǒng)所有擋板，鍋爐密閉。若鍋爐有檢修工作，可進 行強制通風冷卻，降低爐內(nèi)溫度，為檢修做 準備。
8、汽包壓力到0，破壞真空，停止軸封供汽，停運輔 汽，關閉各用戶供汽門。鍋爐搶修需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，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，盡量保持給水溫度在100以上， 并在向鍋爐上水的同時，適當依次開啟鍋爐定排放水，利用適 當?shù)膿Q水量，使鍋爐不斷得到冷卻。對于自然循環(huán)鍋爐來說，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，只要加強調(diào)整，精心維護，控制好鍋爐啟動初期的升溫升壓、鍋爐停爐后的降溫 降壓及防水過程，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。
