鍋爐啟停時(shí)汽包壁溫差控制方法研討

王濤

摘 要：鍋爐啟停時(shí)，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(guò)程中，此現(xiàn)象非常突出。壁溫差有時(shí)高達(dá)70-80℃，嚴(yán)重危害汽包的壽命，影響鍋爐的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：汽包上下壁溫；熱應(yīng)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(tái)。投運(yùn)以來(lái)，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察，均發(fā)現(xiàn)在鍋爐啟停爐的過(guò)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(guò)程中出現(xiàn)了壁溫差過(guò)大的現(xiàn)象，造成了冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，被迫延遲檢修的情況。超過(guò)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(yùn)行，同時(shí)，在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，汽包如果存在較大的壁溫差，就會(huì)使點(diǎn)爐人員被迫放慢升溫升壓速度，長(zhǎng)時(shí)間地投油來(lái)等待壁溫差的減小，嚴(yán)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(huì)導(dǎo)致汽包產(chǎn)生強(qiáng)大的熱應(yīng)力，根據(jù)應(yīng)力計(jì)算公式，壁溫差越大，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，對(duì)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(zhǎng)而被下部限制，因而受到軸向壓應(yīng)力，下部金屬則受到軸向拉應(yīng)力，這樣將會(huì)使汽包趨向于拱背狀的變形。總之，汽包上下壁溫差過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致汽包的熱應(yīng)力增大，進(jìn)而導(dǎo)致汽包受到損傷，減少汽包的使用壽命，影響鍋爐的安全運(yùn)行。

鍋爐啟動(dòng)時(shí)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)油耗高，不能按計(jì)劃時(shí)間并汽，形成影響氧化鋁生產(chǎn)的惡劣局面；鍋爐搶修時(shí)較大汽包壁溫差產(chǎn)生后，會(huì)拖延檢修計(jì)劃的進(jìn)行，造成進(jìn)度緩慢令生產(chǎn)陷于被動(dòng)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(shí)產(chǎn)生了汽包壁溫差

當(dāng)鍋爐上水時(shí)，來(lái)自零米疏水箱的合格除氧水經(jīng)疏水泵首先進(jìn)入管壁較薄的水冷壁、省煤器及集中下降管，最后進(jìn)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(dāng)水進(jìn)入汽包時(shí)，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(jìn)水速度越快，產(chǎn)生的壁溫差越大。

3.2鍋爐升壓過(guò)程中產(chǎn)生了汽包壁溫差

升壓初期，鍋爐點(diǎn)火后投入爐內(nèi)的燃料量很少，火焰在爐內(nèi)的充滿(mǎn)程度差，水冷壁受熱不均，工質(zhì)吸熱量少，且在壓力低時(shí)，工質(zhì)的汽化潛熱大，這時(shí)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(dòng)很慢或局部停滯，對(duì)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(dāng)壓力升高時(shí)，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(shí)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(dá)到對(duì)應(yīng)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(shí)上部壁溫低于下部很快變?yōu)楦哂谙虏勘跍兀蚨纬闪似跍厣喜扛撸虏康偷谋跍夭睢?/p>

3.3鍋爐停爐冷卻過(guò)程中產(chǎn)生了汽包壁溫差

在停爐過(guò)程中，鍋爐進(jìn)入降壓和冷卻階段，汽包主要靠?jī)?nèi)部工質(zhì)進(jìn)行冷卻，由于汽包內(nèi)爐水壓力及對(duì)應(yīng)的飽和溫度逐漸下降，汽包下壁對(duì)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(guò)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(dāng)壓力降到低值時(shí)，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(shí)嚴(yán)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(guò)70℃。一般規(guī)定上水時(shí)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(shí)，可適當(dāng)加快上水速度。

4.2 點(diǎn)火升壓過(guò)程中控制汽包壁溫差措施

點(diǎn)火升壓初期由于鍋爐燃燒較弱，爐內(nèi)火焰充滿(mǎn)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(yīng)采取有效措施加以控制。

4.2.1嚴(yán)格控制升壓速度。

尤其是在升壓初期升壓速度應(yīng)力求緩慢、穩(wěn)定，避免汽壓變化過(guò)快引起飽和溫度升高過(guò)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(guò)1.5℃/min。為此，在升壓過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的升壓曲線進(jìn)行。若發(fā)現(xiàn)汽包溫差過(guò)大時(shí)，首先應(yīng)減慢升壓速度或暫停升壓，啟動(dòng)過(guò)程中控制升壓速度的主要手段是控制燃燒。同時(shí)可適當(dāng)開(kāi)啟對(duì)空排汽以加大排汽量，或及時(shí)將過(guò)熱器疏水門(mén)開(kāi)大以增加通汽量等辦法加以控制。

4.2.2加強(qiáng)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(jìn)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(fù)荷均勻，對(duì)減少汽包壁溫差有一定作用。為此，可采取增加對(duì)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(jī)時(shí)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(diǎn)火前8-12h投用，提前預(yù)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(guò)程中，給水溫度低，進(jìn)入汽包的水溫也低，汽包壁溫差會(huì)增大，應(yīng)盡量提高給水溫度。同時(shí)，將汽包水位維持在較高水平，甚至全部充滿(mǎn)水，以便在啟動(dòng)過(guò)程中盡量減少補(bǔ)充水的次數(shù)，可有效控制汽包壁溫差。

4.3停爐后嚴(yán)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(shí)際操作中，往往采取加速冷卻的方法。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在停爐冷卻的末期，尤其是在帶壓放水后，壁溫差有時(shí)高達(dá)70℃以上，這對(duì)鍋爐汽包的安全構(gòu)成了極大的危害。因此，必須采取預(yù)防措施。

4.3.1避免鍋爐急劇冷卻

當(dāng)鍋爐停爐并經(jīng)充分通風(fēng)（一般需5 min）將受熱面吹掃干凈后，應(yīng)立即停止送引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，并將鍋爐風(fēng)道的風(fēng)門(mén)、煙氣檔板、送引風(fēng)機(jī)出入口檔板、人孔門(mén)和檢查孔全部關(guān)閉。如爐膛負(fù)壓保證不了必須保持一臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小引風(fēng)機(jī)出力。

4.3.2盡量維持汽包在高水位運(yùn)行

當(dāng)鍋爐汽包水位低至-50 mm時(shí)，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(jì)最上面的一個(gè)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(shí)應(yīng)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(shí)，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(shí)，適當(dāng)開(kāi)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。

5 結(jié)論

對(duì)于自然循環(huán)鍋爐來(lái)說(shuō)，汽包與下降管、上升管連接組成自然水循環(huán)回路，同時(shí)汽包又接受省煤器來(lái)的給水，還向過(guò)熱器輸送飽和蒸汽。所以汽包是鍋爐內(nèi)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱這三個(gè)過(guò)程的連接樞紐。在實(shí)際操作中，只要掌握上述預(yù)防控制措施，加強(qiáng)調(diào)整，精心維護(hù)，就一定能將汽包壁溫差控制在規(guī)定范圍內(nèi)，從而延長(zhǎng)汽包的使用壽命，保障鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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