自然循环锅炉汽包壁温差产生的主要原因和控制

(神华准能公司 发电厂 安监站，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要：文章分析了自然循环锅炉汽包壁温差产生的原因 ，提出了有针对性的控制和预防措施，对于同类型锅炉产生汽包壁温差的控制及预防有一定 的借鉴和指导作用。
关键词：锅炉汽包；壁温差；热应力；发电厂
中图分类号：TM621.2  文献标识码：A  文章编号： 1007—6921(2009)17—0091—02

准能公司发电厂#1、2锅炉时有存在锅炉在上水时以及点火到接带负荷期间、停炉密闭 冷却后发生汽包上下壁温差大，有时能达到80℃，特别在机组冷态启动时尤为明显，因此需 找到引起壁温差的真正原因，以便采取针对性的措施加以解决，从而保证机组安全、稳定运 行。
1 锅炉设备简介

准能公司发电厂＃１锅炉是北京巴布科克?威尔科克斯有限公司生产的Ｂ&ＷＢ－４１０／ 9.81－Ｍ型单汽包自然循环、单炉膛、П型布置、平衡通风固态排渣全悬吊结构煤粉炉 。锅炉设计煤种为准格尔洗中煤，采用钢球磨中间储仓式乏气送粉系统。燃烧器采用四角切 园布置，缝隙式直流燃烧器，假想切园直径为Ф800mm。三层一次风和四层二次风交错布置 ，每个燃烧器共有四个二次风口，其中上和中上风口为可调的，其余为固定的。尾部竖井交 错布置两级省煤器和两级空气预热器。
2 锅炉汽包壁温差大的主要原因分析
2.1 锅炉上水时，存在温差大的原因

汽包壁温等于周围空气温度，当给水经省煤器进入汽包时，汽包内壁温度迅速升高，而外壁 温度要随着热量从内壁传至外壁而慢慢上升。由于汽包壁较厚(中压炉为45~50mm，高压炉 为90~100mm)，外壁温度上升的较慢。汽包内壁温度高有膨胀的趋势，而外壁温度低，阻止 汽包内壁膨胀，使汽包内壁产生压应力，而外壁承受拉伸应力，这样汽包就产生了热应力。 热应力的大小决定于内外壁温差的大小和汽包壁的厚度，而内外壁温差又决定于上水温度和 上水速度。上水的温度高，上水速度快，则热应力大；反之，则热应力小。准能公司发电厂 锅炉在上水时，虽然规程规定上水温度50℃~80℃，但实际上水温度大都在90℃左右，引起 上水温度高 的主要原因是汽机的除氧器溢放水门经常自动打开进入锅炉疏水箱造成的。同时，上水速度 规程要求冬季4~5h，夏季2~3h，而运行人员大都在冬季上水时速度较快，这种现象特 别在冬季的冷炉状态下特别明显。
2.2 锅炉在启动过程中产生温差的原因

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。准能公司发电厂锅炉在点火初期，汽包壁温 差大尤为突出，主要是因为升压初期速度较快。每台锅炉的运行规程中，都对各个阶段的升 压速度作了具体明确规定。一般规律是升压初期速度较慢，而后期较快。后期的升压速度往 往是前期的3~4倍。
2.3 在停炉冷却过程中产生壁温差的原因

锅炉进入降压和冷却阶段，汽包主要内部工质进行冷却，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。我厂运行人员在停 炉冷却过程中，降压速度过快，主要是因为抢修设备，进行加速冷却，造成汽包壁温差大。 
3 汽包壁温差将导致汽包产生强大的热应力

根据应力计算公式，上下温差越大，则应力也越大。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。
4 控制及预防汽包壁温差的措施
4.1 在上水时控制及预防的措施

严格按照运行规程的要求，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。在相同的条件下，因锅炉压力越高，汽包壁越厚，产生的热应力越大，所 以，锅炉压力越高，上水所需时间越长。若上水温度与汽包壁温差小于40℃时，可适当加快 上水速度。
4.2 锅炉在启动中控制及预防的措施
4.2.1 点火初期严格控制升温升压速度,尤其是低压阶段的升压速度应力求缓慢。这是防止 汽包壁温差过大的重要的和根本的措施。为此，升压过程要严格按给定的升压曲线进行，在 升压过程中,若发现汽包温差过大时,应缓慢升压速度或暂停升压。
控制升压速度的手段主要是控制好燃料量，此外还可加大向空排汽量。对于中间再热机组, 则可适当增加旁路系统的通气量。
4.2.2 升压初期汽压上升要稳定,尽量不使汽压波动太大。因低压阶段,汽压波动时饱和温 度变化率很大,饱和温度变化大必将引起汽包壁温差大。
4.2.3 加强水冷壁下联箱的放水,水冷壁下联想采用适当放水的方法,对促进水循环使受热 面受热均匀和减小汽包壁温差是很有效的。
4.2.4 维持燃烧的稳定和均匀。采取对称投油枪，定期倒换或采用多油枪少油量等方法， 使炉膛热负荷均匀。
4.2.5 对装有用外来蒸汽自水冷壁下联箱进行加热装置的锅炉,可适当延长加热时间,在不 点火情况下,尽量提高汽包压力。
不点火的升压过程称无火启动,实现证明锅炉无火启动过程中汽包壁温度差很小。
4.2.6 尽量提高给水温度。给水温度低,则进入汽包的水温也较低,会使汽包壁上下温差大 。故有的电厂,将省煤器入汽包的配水管改为直接供入集中下降管内,使汽包上下壁温差大为 减小。省煤器在循环门不严密,在启动过程中向锅炉补充进水门时(此时再循环门应关闭),一 部分低温水就会不经过省煤器直接进入汽包,而引起汽包壁产生温差，有的电厂为了解决汽 包壁温差大问题,取消了省煤器再循环管。
4.3 停炉后严格控制降温降压速度

在锅炉停炉后，一般采用密闭冷却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。
4.4 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，应立即将锅炉各风道的风门 、档板、送引风机出入口档板、人孔门和检查孔全部关闭。
4.5 尽量维持汽包在高水位

当锅炉汽包水位低至-50mm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)。
4.6 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。
5 结束语

对于自然循环锅炉来说，汽包与下降管、水冷壁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、过热这三个过程 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。也为机组的安全、经济、稳定运行提供了保证。
［参考文献］
［1］ 奇玉玺，段建雄准能电厂锅炉运行规程［S］.2007
［2］ 刘玉铭锅炉技术问答［M］.北京：中国电力出版社，1994.
［3］ 电力工人技术培训与考工试题丛书编委会火力发电厂锅炉运行技术培训与考 工试题［M］.青岛：青岛出版社，1992.