燃机电厂余热锅炉高压汽包上下壁温差产生原因及控制

汽包上、下壁温差是电站锅炉整个寿命期间监视的一个重要参数指标，特别是启停机等工况大      幅度变化阶段汽包壁温差越限情况时有发生，燃气机组有启动快等特点常担负着电网调峰特殊使命，频繁的机组启停如不能有效控制汽包壁温差对余热锅炉将参数极大的影响。

一、汽包上、下壁温差过大的危害

汽包上、下壁温差过大时，汽包上半壁温高有膨胀的趋势，但是由于下半部壁温低，阻止了上半部膨胀，上半部汽包壁承受压应力，而下半部在上半部膨胀的影响下被拉伸，而承受拉伸应力，汽包将会产生向上拱起的变形，形成较大的热应力。上下温差越大，则应力也越大。其机械和热力的综合应力在局部的峰值很大，可能接近甚至超过汽包材料极限值，使汽包产生疲劳损伤、使用寿命缩短，长此以往锅炉汽包壁将产生裂纹，当受到向上外力而发生弯曲变形时，汽包上半部分受到拉伸；汽包下半部分受到压缩。原理见简图，汽包壁上下温差大严重威胁锅炉安全运行，因此我们对汽包壁温差的控制必须引起足够的认识。

二、余热锅炉汽包壁温差过大原因

在锅炉启停过程中产生汽包上下壁温差的原因通常可按一下原因理解，机组启动时，燃机启动点火后，燃机排出的高温烟气进入余热锅炉，随着余热锅炉汽包压力升高，炉水和蒸汽的温度也随之升高。启动初期，水循环尚未正常建立，汽包内的水流动较慢，汽包下部是未饱和水，或是饱和温度较低的水，汽包上部是点火后蒸发器产生的蒸汽，汽包下壁与水直接接触传热速度较慢，金属温度升高不多；而汽包的上壁直接与蒸汽接触，由于蒸汽凝结时的放热系数可达到7000W（cm。℃），使汽包上半部温度升高得较快，汽包下半壁温属于自然对流方式，其换热系数只有凝结放热的1/3～1/4，因而形成了汽包上下壁温差上部壁温高；

锅炉停炉过程中，蒸汽压力逐渐降低，温度逐渐下降，汽包壁是靠内部工质的冷却逐渐降温的，压力下降是汽包内工质的保护温度随之降低，并且温降速度逐渐增加，滑停及冷却过程中，汽包上壁温接触的是饱和蒸汽，受汽包壁加热，形成了一层微过热的蒸汽保护膜，其换热系数很小，冷却效果很差，壁温下降缓慢：汽包下壁温接触的是饱和水，在压力下降的过程中产生很少的一部分蒸汽，并很快达到新压力下的饱和温度，其对流换热系数很高，冷却效果非常好，所以汽包下壁温基本接近汽包内的饱和水温度。在这种上下壁冷却效果不同的情况下汽包便会产生上下壁温差。

1、某燃机电厂燃气机组迎峰度夏期间由于顶峰需要频繁启停，并且大多数是在停机15-20小时内进行的热态启动，锅炉在启动前有较高的温度，通过曲线发现高包壁温差在机组停机后上下壁温差趋势逐渐增大，在7小时左右温差达到允许值40°C（图1），如停机超过这个时间点将很大的几率出现汽包壁温差越限。

由图2可以看出，停炉后壁温差是逐渐增大的，并且在锅炉启机前上水操作时温差急剧增大，在机组热态启动前上水温度较低时对汽包壁温造成很大的影响，最大达到69°C的温差，此时的已远超规程及电站锅炉运行导则规范要求，温差的频繁越限给锅炉的长期安全稳定运行带来非常大的隐患。

顶峰机组在日常运行中存在的最为突出的问题是，由于运行方式所限制，机组启动多为热态上水，而水温与高包壁温差大加之上水速度过快，造成每次启动前上水时下壁温存在一个向下的突变（图3），上水量调节过大，速度越快此现象越为突出。很显然上水温度与壁温的不匹配，偏差大，是当前壁温越限的主要原因，因此合理有效的优化

上水过程是减小汽包壁温差的关键途径。

2、现行停炉保养手册中规定机组停运后锅炉缓慢冷却，当高包压力降至0.6MPa时，炉水温度150℃，时锅炉热炉放水，在锅炉冷却过程中汽包壁温是滞后于饱和压力，0.6Mpa对应饱和温度约为165℃，在实际操作中我们发现在锅炉机组停运汽包压力降至0.6Mpa时高包温度接近190℃，若此时一旦开始放水，温差将失去控制手段，将很大程度出现温差越限，实践证明停止放水也不能控制温差。，所以温差超标其实就难以避免了。

三、余热锅炉控制汽包上、下壁温差的措施。

鉴于以上原因，在降低高包上下壁温差可以从下面几个措施考虑：

1、停炉后期加强水位监视，减少汽包放水，放水过程中排出一定量的饱和水，补进来的水温较低，使汽包内水温下降，有加急下壁冷却的趋势。

2、停炉后保持高水位上水至汽包最高可见水位，发现汽包上壁温有降低趋势是，立即停止上水，及时关闭连排、底部排污、各部放水，减少停炉后的炉水损失，可以减少热态启动前的补水量，因此及时有效的减少锅炉各排污门漏水，通过减少上水量，可有效的避免上水后引起的壁温差增大。

3、停炉后为防止锅炉急剧冷却，熄火后4-6小时内严密关闭锅炉烟气挡板减少通风。

4、启动前锅炉汽包上下壁温差措施 ：在温态、热态启动时严格控制上水速度及锅炉上水温度，锅炉高压给水来自于低压汽包。在机组启动时，锅炉完成上水后，提前两小时投入低压汽包底部加热，利用底部加热将低压汽包炉水加热。从而在高压汽包升温初期，需要补水时，能够提供温度较高的给水，减小给水与汽包壁温差，避免由于补给常温水导致高压汽包下半部壁温降低，上下壁温差进一步增大。

5、运行人员规范操作，严格控制热态上水速度夏季不少于2小时冬季不少于4小时，给水温度与汽包壁温差小于40℃时可适当缩短上水时间。

6、锅炉冷却放水时适当延长锅炉冷却时间，在高包压力降至0.4Mpa时，汽包上、下壁温大约降至175℃，在此温度时带压放水，可有效控制上下壁温差。

四、结语

余热锅炉不同于常规燃煤锅炉，整个设备总体质量及基本结构复杂程度均有较大的区别，但在重要参数的控制标准均不应低于规范要求，对于汽包壁温差越限应结合实际分析原因加以解决，及早的解决运行中的参数异常对锅炉的安全稳定运行起着至关重要的作用，也可有效延长机组寿命。