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引言
       目前我國有不少超臨界和超超臨界鍋爐投人運行。這些鍋爐的蒸汽溫度比亞臨界鍋爐高出 30－60℃ 。有些超臨界鍋爐投運一兩年就發生過熱器管內氧化垢堵塞而超溫爆管的事故。同時發現過熱器再熱器爐外壁溫測點所測得的溫度比實際溫度偏低10－20℃ 。超臨界和超超臨界鍋爐的運行安全性在很大程度上決定于過熱器再熱器吸熱大的偏差管壁溫是否超溫，這會造成對爐內壁溫是否超溫的誤判。下面對爐外測點測量準確性問題做理論上的探討，并介紹幾家電廠的實測數據。希望能引起有關電廠和鍋爐制造廠的重視。
一、爐外壁溫測量準確度的重要性
       長期以來有一種誤解，認為現代大容量鍋爐爐頂都有大罩殼；有些高溫部件出口集箱及連接管還處在大罩殼內的保溫小室中；爐外壁溫測點在大罩殼或保溫的小室內，不用再單獨加保溫，這是一種誤解。因為大罩殼或小室處于熱平衡狀態，美國CE公司對亞臨界鍋爐大罩殼內部的溫度定為454℃；B&W公司則規定為488 ℃。小室內的溫度要更高一些。而爐外壁溫測點測量的是過熱器再熱器偏差屏中偏差管的出口蒸汽溫度。該溫度一般比管組的出口平均溫度要高出20~40℃（超臨界鍋爐的這種溫度為590~610℃ ；超超臨界壓力鍋爐則為625~640℃）。這些溫度要比大罩殼內或小室內的溫度高出50~200℃。有溫差就有熱流（熱流從管內蒸汽通過管壁，到熱電偶熱接點，再到管外空氣），就有熱電偶熱接點溫度與管內汽溫之差。鍋爐出口汽溫愈高，這種溫差也愈大。因此測點不用單獨加保溫的概念是不對的。
       此外，一些耐高溫的鋼材在高溫下其持久強度對溫度非常敏感。例如，TP347H 材料在所受應力為69.5MPa，爐內管壁溫度為635℃時，其計算使用壽命為5.4萬h，只有設計壽命l0萬h的一半左右（在該應力下10萬h壽命的對應溫度為 625℃），屬于超溫情況。如果爐外壁溫測點的測量溫度偏低10℃ ，貝日計算的壽命剛好為 l0 萬h ，屬于不超溫。可見測點的測量準確性對于鍋爐的運行安全（是否超溫的判斷）和經濟性（高溫管段壽命）至關重要。
二、用爐外壁溫測量管內蒸汽溫度的理論基礎
    爐外壁溫測點所測量的溫度是管內的蒸汽溫度。要測量準確，首先應使測點處管子外壁溫度盡量接近管內汽溫；其次要使熱電偶熱接點的溫度盡量接近管子外壁溫度。這要求盡量減小測點處沿管子徑向和沿熱電偶本身的散熱熱流。下面對這 2 個散熱熱流作理論分析。
2.1 管子外壁與管內蒸汽之間的溫差
    因為測點處的管外環境溫度比管內蒸汽溫度低，所以有熱流q通過管壁，使管子外壁溫度t_wb低于管內蒸汽溫度 t_zq (見圖1)。偏低的數值可按下式計算：
               
式中：q為管子外壁處熱流，kJ/(m²·h);d_w、d_n為管子外徑和內徑，m;d_wb、d_nb 為保溫層外徑和內徑， m ；α₁為保溫層外壁對環境（大罩殼或小室）的放熱系數，kJ/(m²·h·℃）；α₂為蒸汽對管子內壁的放熱系數，kJ/(m²·h·℃）；λ、λ_b為管子鋼材和保溫層的導熱系數， kJ/(m²·h·℃）；t_zq、t_hj為管內蒸汽溫度和環境（大罩殼或小室）溫度，℃。
                   
2.2 熱電偶熱接點與管子外壁之間的溫差
    從熱接點處的熱平衡來看，從管子外壁流向熱接點的熱流為卯熱接點向環境的散熱熱流為q₁；沿熱電偶長度方向的散熱熱流為q₂。
    當達到熱平衡時，有如下關系式：
    q=q₁＋q₂＝α_d(t_wb－t_rd)     ( kJ/(m²·h))       (3)
    t_wb-t_rd＝q/α_d=（q₁＋q₂)／α_d    （℃）       ( 4 )
式中：α_d為熱電偶與管壁間的當量放熱系數，kJ/(m²·h·℃）;t_rd為熱電偶熱接點的溫度℃。
    從式（3）、（4）可看出，為使測量準確，即（t_wb -t_rd)值小，應盡量減小 q₁和q₂，并增大α_d。這就要求：(l) 為減小q₁，應在測點處管外加保溫層；(2)為減小q₂, 應將從熱接點引出的一段熱電偶（約150mm）緊貼在管壁上，以減小沿熱電偶本身的散熱，該段管子也應保溫；(3)應在結構上設法盡可能增大。α_d值。
    筆者按超超臨界鍋爐末級過熱器和末級再熱器的常用參數，計算了在BMCR（鍋爐最大連續出力）和50%BMCR 2種工況時有保溫及無保溫2種情況下的管子外壁與蒸汽溫度之間的溫差山。計算結果列于表 1 中。計算中采用大罩殼中小室內的環境溫度為540℃；保溫層的導熱系數取用λ_b=0.42 kJ/(m·h·℃）。從表中數據可看出，保溫對減小測量誤差的影響很大。因為難于計算熱電偶與管子外壁之間的當量放熱系數α_d，所以表中沒有列人熱電偶熱接點與蒸汽之間的溫差△ t_r。但是 △ t_r肯定要大于△t。因此對于超臨界和超超臨界鍋爐，保溫層的厚度應不小于100mm。
      
    從上述計算式和計算表可看出：(1)再熱器的蒸汽側放熱系數比過熱器小，故測量溫度的偏低值較大；(2)鍋爐低負荷時蒸汽側的放熱系數降低，測量溫度的偏低值增大很多；(3)偏差管的出口溫度愈高則測量溫度的偏低值也愈大。
三、熱電偶測點的結構和施工要求
    (1)有些施工單位采用集熱塊，將熱電偶固定在集熱塊中，集熱塊只用點焊固定在管壁上。集熱塊的作用是形成一個內部等溫腔室，只有集熱塊的三面與管壁滿焊（除了引出熱電偶的一面以外）才能最大地加大與管壁的接觸面積,使集熱塊腔室內的溫度最大限度地接近管子外壁溫度，從而提高測量準確性。
    (2)有些集熱塊結構用螺釘將熱電偶熱接點壓緊在管壁上，以為這樣可以提高測量準確性。實際上這樣做反而使熱接點增加了一個散熱的通道（因為螺釘的頭部面積大，而且伸出集熱塊）。螺釘愈粗、愈長，則測量的偏低誤差也愈大。
四、試驗結果
   在諫壁電廠，2004年對一臺300MW亞臨界鍋爐的末級過熱器、末級再熱器和后屏過熱器3個管組爐外壁溫測點（測點處沒有保溫）的測量偏低值進行了計算和統計，分別為 l0℃、12℃和9℃。2005年初對測點加保溫后，偏低值分別減小到1℃ 、3℃和0.5℃。
    在泰州電廠1000MW超超臨界鍋爐上還作了深入的統計工作。圖2、3是泰州電廠1、2號鍋爐末級過熱器沿寬度各屏第8管和屏式過熱器第6管的實測出口溫度分布（為了進行比較，圖中的測量值均已推算到相同的設計值）。可以看出，2號爐的末級過熱器和屏式過熱器的平均值（測點保溫）明顯比1號爐（測點未保溫）高出6℃和12℃左右。
           
       常州電廠600MW 超臨界鍋爐在投運以前就重視過熱器再熱器爐外測點的保溫和結構的優化。在2006年投運后，根據過熱器再熱器爐內壁溫在線監測系統的監測結果，除了再熱器管組有3℃左右的偏低以外，末級過熱器和屏式過熱器都沒有偏低。
五、爐外壁溫測點參考結構推薦
    可門電廠600MW超臨界鍋爐在2007年以前，由于爐外測點未保溫，測量溫度偏低很多。在2008年初鍋爐大修時，電廠將所有爐外測點全部重新裝設，并加以完善保溫。大修后根據在線監測系統的監測結果，末級過熱器、高溫再熱器和屏式過熱器3個管組的爐外壁溫測量溫度基本沒有偏低。
           
    圖4是筆者推薦供參考的爐外壁溫測點結構。其要點是：(1)保溫、(2)集熱塊與管壁3面滿焊、(3) 熱電偶引線前段貼緊管子、(4)壓緊螺釘不直接接觸熱接點。
          
    需說明的是，合理的測點結構只能使測量誤差盡可能減小，并不能使測量誤差減小到0，由于實際上不可能使測點處的散熱熱流減小到0。從表1可看出，超臨界和超超臨界鍋爐的末級過熱器和末級再熱器由于偏差管出口溫度高，其爐外壁溫測點的保溫層厚度必須加大到100mm以上才能使測量誤差（熱電偶熱接點與蒸汽的溫差）小于2-4℃。偏低值減小到這種程度后，再采用先進的過熱器再熱器爐內壁溫在線監測系統，則這種測量偏低值可以由系統的軟件進行修正。
六、結語
    (l) 理論分析和實爐試驗以及統計都表明，如果超臨界和超超臨界鍋爐的過熱器、再熱器測點不單獨保溫，結構和裝設方法不合理，會有l0℃以上的測量值偏低誤差。這種誤差會影響到高溫管屏的安全運行和使用壽命。
    (2) 合理的爐外壁溫測點結構可以將測量誤差減小到2-4℃。
    (3) 采用過熱器再熱器高溫管屏爐內壁溫在線監測系統對于鍋爐安全和經濟運行是很有必要的。該系統能修正爐外壁溫測點的測量偏低差，還具有顯示所有管子爐內各點壁溫及減小管屏的溫度偏差等多項功能，是常規壁溫測量所無法達到的。