由于鍋爐汽包壁厚、長度增大，承受的壓力又特別高，因而機組起停過程中容易產生汽包內外、上下壁溫差，產生較大的熱應力，對汽包的安全運行和壽命造成影響。所以，在機組運行過程中，有效控制汽包壁溫差十分重要。
　　
　　一、汽包壁溫差產生的原因
　　
　　（1）進入鍋爐的水具有一定的溫度，水進入汽包后首先與汽包下部接觸，如果水溫度低于汽包壁溫，則容易導致汽包下壁以及下壁的內壁先降溫，從而使汽包上壁溫高、下壁溫低，內壁溫低、外壁溫高，這種現象常在機組溫態、熱態或極熱態起動時發生;如果水溫度高于汽包的壁溫，則汽包下壁以及下壁的內壁先升溫，這樣則使汽包上壁溫低、下壁溫高，內壁溫高、外壁溫低。
　　
　　（2）點火升壓階段，隨著壓力的升高，爐水和蒸汽的溫度也隨之升高，汽包的下半部被爐水加熱，而上半部被蒸汽加熱，雖然爐水溫度和蒸汽溫度在升溫過程中基本相同，但是由于蒸汽的放熱系數比水的放熱系數大2～3倍，所以上部汽包壁的溫升要遠遠高于下部汽包壁的溫升，升壓速度越快，產生的壁溫差就越大。另外，停爐冷卻后，伴隨著汽包壓力的下降，汽包內飽和蒸汽被上部汽包壁加熱后成為過熱蒸汽，過熱蒸汽較飽和蒸汽密度小，在汽包上部內壁形成一層過熱蒸汽的保護膜，過熱蒸汽的導熱性能差，且不能形成對流換熱，導致上汽包壁溫冷卻很慢，而下汽包壁接觸的是鍋水，仍在構成自然循環，冷卻較快。所以，在停爐過程中上半部分溫度高，下半部分溫度低。
　　
　　（3）國產亞臨界30OMW機組鍋爐汽包壁厚在（140~160）mm之間，亞臨界60OMW機組鍋爐汽包壁厚在（160~20O）mm之間，而且隨著鍋爐容量的增加，汽包的壁厚也在增加。汽包內水和蒸汽的飽和溫度隨著壓力升高而升高，與水和蒸汽接觸的汽包內壁溫度接近飽和溫度，但外壁則是靠汽包壁金屬導熱而升高，使內外壁產生傳熱溫差。
　　
　　（4）在鍋爐起動初期，鍋爐內水循環比較弱，汽包內水流緩慢，在爐膛受熱較弱局部甚至出現循環停滯區，這部分停滯區水溫明顯偏低，而蒸汽在汽包內的蒸汽空間傳熱相對較均勻，使汽包上下壁溫差進一步增大。
　　
　　（5）當省煤器再循環閥不嚴密時，在起動過程中向鍋爐補充給水時，一部分低溫水不經過省煤器而直接進入汽包，導致汽包壁溫差增大。
　　
　　二、汽包壁溫差的控制
　　
　　2.1鍋爐上水階段
　　
　　鍋爐上水階段的汽包壁溫差主要通過控制上水溫度和上水速度實現。鍋爐在冷態時，必須嚴格控制上水溫度與汽包壁金屬溫差不大于40℃。在有條件時，盡量采用正溫差，這樣一方面對膨脹和縮短起動時間有利，更重要的是可以補償停爐期間省煤器過冷導致給水經過省煤器后溫度的下降。有的給水經過省煤器的溫降可以達到40℃～60℃，特別是在省煤器爆管導致的緊急停爐和汽包壁溫較高的情況下，為了檢修需要，不斷對省煤器處鼓風，導致處于尾部煙道的省煤器*冷卻，上水時，省煤器周圍空氣溫度只有1O℃～30℃，上水溫度應考慮省煤器溫降的問題。另外，鍋爐上水的速度越快產生的溫差相應就越大，因此上水速度也必須加以控制，一般規定夏季上水時間不少于2h，冬季不少于4h。若上水溫度與汽包壁溫差小于40℃時，可適當加快上水速度，反之，則應減慢上水速度。表1列出國內各主要鍋爐廠對上水溫度和速度的要求。　　
　　2.2鍋爐升溫升壓階段
　　
　　（1）在鍋爐起動過程中，嚴格控制升溫速度，一般規定升溫速度不得超過（1.5～2.0）℃/min或100℃/h。由于升壓初期汽水飽和溫度隨壓力的變化較大，鍋爐起動初期應采用較小的升壓速度，以免產生較大的壁溫差。
　　
　　（2）當鍋爐點火后尚未建立正常的水循環以前，水與金屬的接觸傳熱很差，此時汽包壁上下溫差很大，水循環建立之后，汽包中的水流擾動增大，水與汽包壁的傳熱加強，因而使上下壁溫差減小。運行實踐證明，投入爐底加熱、加強水冷壁下部定期換水和連續換水、維持燃燒的穩定對促進水循環極有效。
　　
　　（3）由于沿程管道和省煤器的冷卻導致給水溫度的下降，而且本來較低的給水溫度和汽包下壁接觸會導致下壁溫降低，加大了起動過程中的汽包壁溫差。因此，應盡量保持較高的給水溫度。
　　
　　（4）在起動階段，蒸汽流量較小，盡可能連續小流量給水，在給水時要確認省煤器再循環門的關閉狀態以及嚴密性。
　　
　　2.3正常運行的監控
　　
　　運行中只要能準確地監視汽包沿長度方向若干截面的上下壁溫差和內外壁溫差，控制好汽包壓力變化率，監測給水溫度，汽包就能安全穩定運行。國內的大型機組一般僅在下降管和飽和蒸汽管安裝溫度測點，通過監測其外壁溫度來推測汽包壁溫差狀況。
　　
　　（1）起動初階段及穩定運行階段，蒸汽引出管外壁溫度與汽包上內壁溫度差很小，可以用前者代替后者，也可以用當時汽包壓力對應的飽和蒸汽溫度來代替汽包上內壁溫度。
　　
　　（2）在起動初階段及穩定運行階段，尤其在先經底部蒸汽加熱的點火起動的初階段，集中下降管外壁溫度與汽包下部內表面溫度差很小，可以用前者代替后者。
　　
　　（3）停爐過程中，蒸汽引出管的外壁溫度與當時壓力下的飽和溫度差很小，可以用前者代替后者。
　　
　　（4）在停爐到鍋爐放水，集中下降管外壁溫度與汽包下部內壁溫度差很小，可以用前者代替后者。
　　
　　實踐證明，汽包上下壁溫差、內外壁溫差只要不大于5O℃，產生的附加溫差熱應力將不會對汽包造成破壞。
　　
　　2.4停爐過程
　　
　　（1）盡量采用滑參數停機，避免全壓停機。在滑參數停爐過程中，根據汽包壁溫差的情況控制汽壓的下降速度，如發現汽包壁溫差超標或汽包壁溫差的產生速度加快，則減慢降壓速度，并根據當時的情況，盡量滑至更低的參數后停爐。在停爐之前，如果汽包壁溫差偏大，則在熄火前維持低參數運行一段時間，消除在滑參數停爐形成的部分汽包壁溫差。
　　
　　（2）避免帶壓放水或降低放水時的壓力。汽包放水壓力在（0.5~0.8）MPa，放水時先放水，后放汽，即先開省煤器放水，再開定排、加熱各閥，zui后開一次汽疏水及空氣閥。另外，在放水期間不強制通風可有效地控制汽包壁溫度差不超過35℃。根據實際情況，冬季放水時的壓力可以取上限，夏季放水壓力可以取下限。有的機組在放水后（30-40）min汽包上下壁溫差迅速上升，甚至可以達到（70-90）℃。由于汽包放水后形成的壁溫差大小和放水時的壓力有關，所以降低放水壓力可以有效降低放水后形成的壁溫差。但是，過低的放水壓力不利于鍋爐的烘干防腐，所以選擇合適的放水壓力非常重要。通常規定放水壓力在（0.49-0.78）MPa之間，各機組可以根據停爐后汽包壁溫的實際情況和放水后的實際烘干情況確定放水壓力。此外，放水的速度對汽包壁溫差也有一定的影響，放水速度較快易產生壁溫差。對于汽包壓力在（0.5-0.8）MPa放水不能滿足汽包壁溫要求而低壓力又不能滿足烘干要求的機組，則應采用充氮保養或低壓放水后引入鄰爐熱煙器進行干燥。
　　
　　（3）保證鍋爐汽水系統、風煙系統嚴密性以及避免鍋爐急劇冷卻。鍋爐熄火停爐后，爐內溫度往往還很高，鍋爐的儲熱很大，而鍋爐的冷卻主要是靠受熱面與空氣之間的對流換熱，漏入爐膛的冷空氣受熱后通過煙囪排入大氣。鍋爐的儲熱量越多，通風量越大，則冷卻、降溫的速度就越快。因此，當鍋爐停爐后，在鍋爐經過充分通風（一般需（3-5）min）將受熱面吹掃干凈后，應停引、送風機，關閉風、煙、粉系統所有的風門擋板;檢查鍋爐各看火門、打焦孔等門孔應關閉;檢查撈渣機水封及上水封槽水封應正常，否則進行補水至正常;檢查汽水系統各閥門（包括疏水閥）應關閉嚴密。
　　
　　（4）盡量維持汽包在高水位運行，減少補水的次數。鍋爐停爐后由于鍋爐不斷被冷卻，汽壓逐漸降低，隨著工質的不斷消耗，造成汽包水位下降。30OMW機組鍋爐汽包內徑為（1600-1800）mm，汽包長度為（20000-2200O）mm左右，水位計零位一般取汽包中心線或以下，所以若汽包滿水，即一般意義上的300mm，實際上汽包上側還有大概5OOmm的空間，這樣保持給水300t/h的流量（2-3）min（具體流量和時間因機組而異）就能使汽包內的水充分接觸到汽包內上壁而不溢流至過熱器，當水位降到-5Omm時，再按照同樣的方法給鍋爐上水，可以有效減少鍋爐上水的次數。
　　
　　（5）鍋爐停爐后，由于爐內溫度、爐水溫度仍然很高，在鍋爐上水時應繼續投入除氧器加熱裝置，如果輔汽壓力允許，應盡量提高給水溫度，減少水溫與汽包壁的溫差。
　　
　　（6）在事故搶修時，通常是在鍋爐悶爐4h后進行自然通風，6h后起動引、送風機進行冷卻，這時往往產生壁溫差，并且逐漸增大，很難控制。為使壁溫差在規定范圍內（50℃），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，在向鍋爐上水的同時，適當開啟鍋爐下聯箱放水，利用適當的換水量，使鍋爐不斷得到冷卻。
　　
　　（7）過熱器和再熱器爆管后若機組無法繼續運行則停爐，保持一組送、引風機運行，保持20%左右的總風量，爐膛負壓維持在正常值即可，維持汽包水位正常，盡量減少強制通風和自然通風的時間。省煤器和水冷壁爆管后，若水位無法維持則停爐，保持一組送、引風機運行，保持20%左右的總風量，爐膛負壓維持在正常值即可，盡量減少強制通風和自然通風的時間。
　　
　　三、結語
　　
　　汽包的熱應力主要由汽包內外壁溫差和上下壁溫差引起，通過采取合理的機組起動和停爐措施可以有效控制汽包壁溫在合適的范圍，從而減小熱應力對汽包產生的危害，保證機組安全穩定運行。