大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂 北京市 100041
摘要：一般规定：汽包的上下壁温差或汽包任意两点的温差不容许超过40℃。本文对本厂余热锅炉停炉后停炉后汽包上下壁温差偏大的原因进行了分析，认为其主要是因停炉后汽水系统压力下降速度过快、汽包水位偏低、补水频繁、等所致。指出汽包壁温差大的危害，寻求合理的控制措施，保证汽包的安全。对此，提出尽可能减缓启停炉时汽压上升（下降）速度、采用滑参数启停炉方式，以及在停炉后在维持汽包较高水位的前提下尽量减少补水次数的控制对策.在采取这些对策后，停炉后汽包壁温差基本控制在允许范围内。本文将进行初步探讨，研究汽包承受温差的能力和潜力，为减少启停时间，对机组节能降耗和提高设备的可用率均提出见解。
正文：
汽包是锅炉的重要组成部分，在使用中如果操作或管理不当会使其上下壁、内外壁产生过大的温差和热应力。其机械应力和热应力的综合应力在局部区域的峰值可能接近或超过汽包材料的屈服强度，使汽包壁容易形成裂纹，扩展到一定程度时汽包将被破坏。
高井热电厂燃气蒸汽联合循环机组，配套余热锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据ALSTOM能源公司技术设计、制造。余热锅炉布置为三压、再热、卧式、无补燃自然循环余热锅炉，与GE公司9FB等级燃气轮机相匹配。燃机排烟经余热锅炉入口烟道进入余热锅炉，逐次横向冲刷立式各受热面管束，经出口烟道，最后从烟囱排出。
余热锅炉的汽水流程是凝汽器来的凝结水和热网回水由凝结水泵升压后，送入锅炉尾部低压（扩大）省煤器，并进入除氧器及低压汽包。低压汽包内的水一部分经低压系统蒸发器、过热器，产生低压过热蒸汽送往汽轮机低压缸或热网；低压汽包内的另一部分水经2×100%容量的高/中压给水泵，分别送入高、中压系统。高压系统的水经高压给水泵增压后流经高压省煤器、高压蒸发器和高压过热器，产生高压过热蒸汽送入汽轮机高压缸；中压系统的水经中压给水泵增压后流经中压省煤器、中压蒸发器和中压过热器，产生中压过热蒸汽与来自汽轮机的再热（冷段）蒸汽汇合，经再热器，产生再热(热段)蒸汽，送往汽轮机中压缸。
一、汽包的结构
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。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。旋风分离器分前后两排，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，其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。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。
二、汽包的作用
（1）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、上升管等数量众多的管子连接在一起。（2）汽包中储存有一定量的水和汽，因而具有蓄热能力。（3）汽包上装有压力表、水位计、事故放水门、安全阀等附属设备。
三、在锅炉启动和停炉过程中，汽包壁内的温度场和传热条件不断变化
当温度变化时，汽包筒体存在着3种温差：内外壁温差（沿壁厚方向存在温度梯度）、上下壁温差（圆周方向的温度不均匀）和纵向温差（长度方向的温度不均匀）。因为汽包可以自由膨胀，故略去纵向温差的影响。汽包应力的控制实质上就是对汽包上下壁、内外壁温差进行控制。
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。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。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。
2、维持燃烧稳定和均匀。在燃机点火初期要保证燃烧稳定，避免燃机的燃烧模式频繁的切换，使炉膛热负荷均匀，确保水循环正常。
3、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。
4、锅炉启动过程中控制汽包温差在规定范围(40度内)。在启、停炉过程中，严格控制升温或降温速度，一般升（降）温速度不大于1.5。C/min。在锅炉启动初期应采用更小的升温速度，因为升压初期汽水饱和温度随压力的变化较大，此期间更容易产生较大的壁温差。在升压或降压过程中，若发现汽包上下壁温差超过规定值（40。C），应减慢升（降）压速度。在开机时，加强水冷壁的放水。通过适当放水，用热水替换受热较弱的水冷壁及不受热的联箱等部件内的冷水，促使各部位温升均匀，有利于建立正常的水循环，减小汽包壁温差。
5、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，但由于汽包壁比较厚，内外壁温差仍很大，甚至还有增加的可能；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。
6、在停炉过程中控制汽包壁温差。在停炉过程中，因为汽包隔热保温层较厚，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，省煤器出口给水温度尽量提高，尽量维持较高的给水温度。因为温度低的给水进入汽包，会使下壁温度低，造成上下壁温差大。向汽包补给水时，须严密关闭省煤器三通门。否则，给水短路进入汽包，造成上下壁温差大。（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，熄火后应立即关闭各空气门、放水门，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，进行自然通风冷却。（5）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。（6）降压后期及停炉后要特别控制好汽包水位，尽量避免大量放水、补水，使汽包下壁急剧冷却，汽包上下壁温差大。
7、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、电接点水位计等，做水位报警用途。
8、在处理“四管”泄漏事故中，尽可能稳定的控制补水量。水冷壁、省煤器暴漏，水位难维持时，宜尽快停炉，停炉后可不再向汽包进水。同时，停炉后要避免长时间开启烟道挡板造成炉内急剧冷却。
9、提高设备的检修质量，确保阀门严密。当给水门不严密时，启、停炉过程中不补水时，给水可能直接经省煤器三通门漏入汽包，使汽包壁局部温度下降。定期排污门不严密，会破坏水循环，同时停炉操作中的漏流，需要补充过多的水分，造成上下壁温差增大。对空排汽门、事故放水门的严密性差也会对汽包的安全性造成影响。
以上是我对锅炉汽包从上水、启动初期、启动过程中、启动后期、停炉过程中、及放水过程中对汽包的水温、汽压、升温升压速度和有关汽包产生上下壁温差的原因等的分析及建议控制措施。
结束语
对于自然循环余热锅炉来说，汽包与下降管和上升管组成了自然循环回路。同时汽包又接受省煤器来的给水，同时还向过热器输送饱和蒸汽。所以汽包是余热锅炉内加热、蒸发、过热这三个过程的连接枢纽。在日常的实际操作使用过程中必须要加强调整，精心维护使用。要严格的按照规程的规定控制升（降）温（压）的速度，将汽包壁温差控制在规程规定的范围内，从而延长汽包的使用寿命。