汽包是锅炉的重要组件，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。包括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，汽包壁容易形成裂纹，扩展到一定程度时汽包将被破坏。汽包承受的应力主要有压力引起的机械应力和温度变化引起的热应力，其中机械应力与其工作压力成正比，在设计中通过强度计算来确定汽包的壁厚、直径和选材等，运行中只要控制不超压运行，机械应力的最大值是稳定的。本文以古交电厂1025 t/h锅炉为例，对因汽包壁温度变化引起的热应力进行讨论，分析汽包壁温差大的原因，并提出控制措施，富通新能源生产销售
生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧
颗�；�、
木屑颗�；�、
秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料。
1、汽包热应力分析
锅炉在启动和停炉过程中，汽包壁内的温度场和传热条件不断变化。当温度变化时，汽包简体存在着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）、纵向温差（长度方向的温度不均匀）。因汽包可自由膨胀，故略去纵向温差的影响。
1.1上下壁温差的产生
1)启动升压过程。在升压过程中，汽包内壁温度表现为上部温度高，下部温度低。
a)汽包下部为水空间，上部为汽空间。在锅炉启动过程中，汽侧介质的温度为饱和温度，而水侧介质的温度则低于饱和温度。而且在升温过程中，汽包壁金属温度低于介质温度，形成介质对汽包壁加热。汽包下部为汽水混合物对汽包壁对流放热，因为凝结放热系数比对流放热系数大3～4倍，所以汽包上半部温升比下半部温升快，形成上下壁温差。
b)锅炉启动初期，水循环微弱，汽包内水流缓慢，在炉膛受热较弱的局部甚至出现循环停滞区，使水温明显偏低，而蒸汽在汽包内的蒸汽空间传热相对较均匀，使汽包上下壁温差进一步增大。
c)在升压过程中，汽包上部饱和蒸汽温度与压力是单一关系，压力上升时，温度跟着上升。蒸汽空间的蒸汽只能过热不会欠焓。下部水温的上升需要靠介质流动传热，水温上升缓慢。升压速度越快，汽包上下部介质温差越大。
2)停炉降压冷却过程。在停炉降压冷却过程中，也有很多因素使汽包上部壁温高、下部壁温低。
a)在停炉过程中，水侧介质温度接近于饱和温度，而汽侧介质过热使温度高于饱和温度。而且汽包壁厚较大，加上表面有较好的保温层，汽包具有较大的蓄热能力。由于汽包向周围介质散热很少，所以停炉过程中汽包的冷却主要依靠水循环。当汽包内介质的压力及相应的饱和温度逐渐降低时，汽包金属对工质放热，由于上部金属对蒸汽的放热系数小于下部金属对水的放热系数，从而使上部温度高于下部温度。降压速度越快，汽包下部温度下降越快，而上部壁温相对下降较慢，造成上下壁温差大。
b)在停炉过程中没控制好汽包水位，频繁地向汽包补入温度较低的水，使上下壁温差进一步增大。
c)在“四管”爆漏的事故处理中，由于降压速度快，同时又不断地大量补水维持汽包水位，造成上下壁温差严重超标。在规程中，为使炉内的水蒸气排走，规定爆管时不关烟道挡板（或引风机挡板），运行人员没有把握好尺度，甚至让挡板一直开着，使炉内温度迅速下降，以至汽包壁温差进一步加大。
1.2上下壁温差产生的热应力
汽包上下壁温差引起的热应力主要是轴向应力，切向和径向应力与之相比约低一个数量级，故可忽略不计。汽包上部壁温高，金属膨胀量大；下部壁温低，金属膨胀量相对较小。这样就造成上部金属膨胀受到限制，上部产生压缩应力，下部产生拉伸应力。热应力与温差成正比，汽包上下壁温差越大，产生的热应力越大。
1.3内外壁温差产生的热应力
汽包内外壁温差的形成主要是在升温过程，介质不断地对汽包内壁加热，内壁温升快，外壁温升慢，造成内外壁存在温差，使内壁产生压缩应力，外壁产生拉伸应力。内外壁温差产生的热应力主要是轴向和切向热应力，而且轴向与切向热应力大小相当，控制汽包内外壁热应力的关键是控制升温速度。
2、汽包应力危害与低周疲劳寿命
1)应力分析。当汽包出现上壁温高于下壁温时，如图1所示：汽包上壁有膨胀的趋势，但是由于下壁温度低，阻止了上壁的膨胀，上半部汽包壁承受压应力，而下壁在上壁膨胀的影响下被拉伸，承受拉伸应力。这种情况下，汽包将会产生向上拱起的变形，这种变形称为香蕉变形。
可以得出，金属的热应力和金属壁温差△t成正比例关系，汽包上下温差△t越大，则热应力也越大。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；特别是在停炉过程中，这时由于汽包内蒸汽参数较高，还有一定压力，存在较大的机械应力，在热应力和机械应力的共同作用下，有可能超过汽包材料的许可应力，造成汽包损坏，在汽包内外壁应力集中的部位产生裂纹，减少汽包的使用寿命。
2)应力对汽包寿命的影响。
a)材料在接近塑性变形或局部塑性变形下长期工作，材质变坏，抗腐蚀能力下降，还可能引起应力腐蚀。
b)在锅炉启动、停运及变负荷过程中，汽包应力发生周期性变化，这将引起疲劳损坏。在长期的交变应力的作用下，汽包壁形成裂纹，扩展到一定程度时汽包破坏。
c)汽包应力峰值超过屈服强度的数值越大，塑性变形区越大，见图2。
达到低周疲劳破坏的循环周数越少，即应力每循环一次的寿命损耗增大。
3、控制措施
汽包热应力的控制实质上就是对汽包上、下壁及内、外壁温差进行控制。
1)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℃/min。但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（见表1）。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℃)，应减慢升（降）压速度，控制升（降）压速度的主要手段是控制好燃料量。
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。
3)升压时，加强水冷壁下联箱的放水，通过适当放水，用热水替换受热较少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。4）维持燃烧稳定和均匀。采用对称投油枪定期切换，或采用多油枪少油量等方法使炉膛热负荷均匀，确保水循环正常。
5)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。
6)向汽包补给水时须严密关闭省煤器再循环门，否则，水短路进入汽包造成上下壁温差增大。
7)在有条件的情况下，尽量采用邻炉蒸汽加热水冷壁下联箱方法，能加快建立正常水循环。
8)停炉后要避免大量排汽造成降压速度太快，应使汽包缓慢均匀冷却，同时尽量保持汽包高水位。
9)降压后期及停炉后要特别注意控制好汽包水位，尽量避免大量放水、补水使汽包下壁急剧冷却，造成汽包上下壁温差增大。停炉后为防止汽包壁温差过大，锅炉熄火后将汽包上满水，具体可以根据给水流量情况，在汽包水位上至+300 mm后，再继续上水2 min左右，如果发现汽包上壁温有降低趋势时，应该立即停止上水。停炉冷却过程中当汽包水位降低后，及早进行上水。
10)停炉后要避免长时间开启烟道挡板造成炉内急剧冷却。熄火后，以30%的风量对炉膛吹扫5 min，停止送、引风机的运行并关闭其出入口风门，保持封闭，此后可根据汽包壁温差不大于40℃的条件，8h后开启烟道挡板、引风挡板，进行自然通风冷却。18 h后方可启动引风机进行通风。
11)在处理“四管”爆漏事故中，尽可能稳定地控制补水量。水冷壁、省煤器爆漏水位难维持时宜尽快停炉，停炉后可不再向汽包补水。
12)提高设备的检修质量，确保阀门严密。给水门不严密，启、停炉过程中不补水时，给水可能直接经省煤器再循环门漏入汽包；省煤器再循环门不严密，给水会直接漏入汽包，使汽包壁局部温度下降；定期排污门不严密，会破坏水循环，需要补充更多的给水，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造成不良影响。
4、结束语
汽包在长期运行中受交变应力的作用是必然的，在运行中应力对汽包的损害也必然存在。因此，检修人员应严格按照规程及有关技术措施的要求，采取有效措施，使汽包壁温差控制在规定的范围内，以保证汽包安全运行。
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