电厂锅炉水冷壁爆管问题及对策研究

电厂锅炉水冷壁爆管问题及对策研究

齐飞

(安徽安庆皖江发电有限责任公司246000)

摘要：锅炉水冷壁直接接受炉膛热量，发生爆管事故较为常见，这对锅炉运行的安全性和经济性，乃至整个电厂的安全生产和经济运行都有严重的影响。因此，对锅炉水冷壁爆管进行研究，解决水冷壁爆管问题，具有重要的实际意义。

关键词：锅炉；水冷壁；爆管

1、锅炉水冷壁爆管常见原因分析

1.1水冷壁干锅留下隐患

在投产初期，锅炉运行时曾经出现过干锅情况，干烧后，膨胀不均造成水冷壁角部鳍片拉裂水冷壁管漏泄。这会对水冷壁造成有不同程度的损伤，给其留下一定的隐患。在工作后期，主要更换了水冷壁前后墙中间管组，并没有更换角偶部分的管子。

1.2新、旧管内壁氧化膜的完整性

铁-水体系是热力学不稳定体系，极易发生腐蚀。但钢铁与水接触时表面可形成一层不溶性的氧化保护膜。运行中保护膜的完整程度决定了在生产中锅炉内腐蚀的严重程度。新旧两管相隔年限远的话，其内壁氧化膜的完整程度是不一样的，旧管氧化膜较完整。因此，在新、旧两管的连接处极易形成局部腐蚀电池（旧管为阴极）产生局部腐蚀并结垢。且垢下局部区域容易酸化并析氢。产生的氢由于较厚的腐蚀产物和垢层而无法向外扩散，只能向金属内部扩散渗入，促进了氢腐蚀的形成和发展。

1.3事故后换管不全面

一旦水冷壁爆管，大量的水就会从爆口泄漏，减少同组集箱其他水冷壁管的水量，破坏了正常的水动力工况。如果没有及时停炉，尤其是在锅炉负荷较高时，极有可能会导致其他水冷壁出现短期过热的情况，特别是相邻管子。从电厂爆管事故后换管记录来看，出现这种情况的主要原因是对同联箱管组的检查不够，留下了爆管隐患。

1.4燃烧器负荷分配不均匀

每个角的燃烧器煤气流量由运行人员在电脑上调节阀门开度控制，没有每个燃烧器具体的煤气流量显示，特别是在高负荷运行情况下很容易造成一个角的负荷过重，加上燃烧器火焰角度不对，火焰直接喷射在水冷壁上，很容易造成超负荷侧水冷壁超温爆管。

2、避免锅炉水冷壁爆管的措施

为确保锅炉安全稳定运行，建议采取如下整改防范措施：

2.1规范操作规程

严格按照运行规程操作，锅炉启停时严格按启停曲线进行，控制锅炉参数和受热面管壁温度在允许范围内，并严密监视及时调整。严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量和水位，防止超温超压、满水或缺水事故发生。运行中发现燃烧控制不当，火焰角度偏移，炉膛出口烟温高，炉内热负荷偏差大等情况要及时处理，防止出现受热面超温损坏。

2.2严格控制入炉煤的硫分

燃煤中高含量的硫元素是硫化物型高温腐蚀的根源。燃煤中的硫含量越高，腐蚀性介质浓度越大，出现高温腐蚀的可能性就越大。因此，降低燃煤中的硫含量，提高燃煤品质，在很大程度上可阻止腐蚀性介质的生成，从而有效的防止高温腐蚀的发生。另外，入炉煤的热值和挥发分也要适当控制。

2.3加强水质监测

做好锅炉取样装置和在线仪表的维护校验工作，确保在线仪表正常运行，以便及时发现水质异常和调整。加强锅炉水质监督，保证锅炉给水品质和蒸汽品质正常，发现水质异常一定要及时查找原因并严格落实水质异常三级处理原则，在每一级处理过程中，如在规定的时间内不能恢复到正常值时，则应采取更高一级的处理方法。

2.4调整运行工况

（1）合理组织配风，严禁锅炉缺氧燃烧；

（2）适当降低一次风速，使煤粉提前着火；

（3）严格控制煤粉细度。从热力学角度分析，煤粉的粒径增大，煤粒升温速度上升较慢，煤粉接近环境温度所需时间长。煤粉在炉内燃烧时，煤粉颗粒越粗，颗粒燃烧所需要的时间越长，越不易燃尽，导致火焰拖长，当贴近水冷壁壁面燃烧时，局部缺氧造成还原性气氛，易促发高温腐蚀。

（4）控制给水品质，防止水冷壁管内结垢；

（5）加装水冷壁高温腐蚀在线监视装置，实时监测O2、H2S等气体浓度，指导运行人员及时、合理组织炉内燃烧。

（6）建立水冷壁管检查台帐，记录大小修宏观检查、壁厚测量结果，对前后两次检修期间的测量结果，进行比较，计算水冷壁的减薄速率［5］，及时采取应对策略。

2.5调整燃烧器安装角度

请锅炉专业维修单位对三个角的燃烧器重新安调整角度，与蓄热器形成了良好的切向角。保证火焰不直接喷射到水冷壁上。

3、案例分析

西北某电厂的锅炉设计参数是：锅炉最大连续蒸发量为420t/h，主汽压力为13.7MPa，主汽温度为560℃，于1998年正式投产运行。该锅炉频繁发生水冷壁爆管事故。截至目前，该锅炉已经发生了18次水冷壁爆管事故，主要发生在1号角和3号角。

3.1爆管特征具有典型性

水冷壁泄漏的部位比较集中，1号角6次、2号角2次、3号角9次。这说明，泄漏的部门主要是1号角和3号角。其中，1号角主要是水冷壁鳍片管处泄漏（拉裂），3号角主要是过热性质爆管。

3.2爆管的原因分析

通过分析氧腐蚀取样、pH值、爆口特征、金相情况、燃烧调整、爆管前工况，设备改造、检修工艺和检查情况等各项内容，客观地分析、讨论了锅炉水冷壁爆管的相关情况，并得出以下结论。

（1）水冷壁干锅留下隐患

在投产初期，锅炉运行时曾经出现过干锅情况，历时3h，干烧后，膨胀不均造成水冷壁角部鳍片拉裂水冷壁管漏泄。这会对水冷壁造成有不同程度的损伤，给其留下一定的隐患。在工作后期，主要更换了水冷壁前后墙中间管组，并没有更换角偶部分的管子。

（2）事故后换管不全面

一旦水冷壁爆管，大量的水就会从爆口泄漏，减少同组集箱其他水冷壁管的水量，破坏了正常的水动力工况。如果没有及时停炉，尤其是在锅炉负荷较高时，极有可能会导致其他水冷壁出现短期过热的情况，特别是相邻管子。从电厂爆管事故后换管记录来看，出现这种情况的主要原因是对同联箱管组的检查不够，留下了爆管隐患。

（3）水循环弱、水动力被破坏

从爆口特征、金相和理论分析入手，确定锅炉水冷壁频繁爆管是水循环弱、水动力被破坏导致水冷壁管短时过热而爆管。造成水循环弱、水动力被破坏的原因有以下几点：①角部鳍片部位漏风造成水冷壁管被冷却；②吹灰时，会吸收炉膛一定的热量，同时，水流通过水冷壁管时冷热交替，减少了水冷壁内部吸热量，使得水冷壁被冷却；③抽汽量增加，辅汽压力降低，低脱无法投运，联成阀存在缺陷，降低了给水温度；④除尘器工作效率低，吸风机叶片黏灰动平衡破坏停运检修，低预下体磨损、腐蚀漏风、风量不够，致使锅炉低负荷运行。

3.3锅炉水冷壁改造方案

（1）更换锅炉以下范围水冷壁管排联箱

在更换锅炉以下范围水冷壁管排联箱时，要注意以下几点：①左、右侧墙水冷壁管排从标高17610mm（炉膛水吹灰墙孔中心线下1340mm）至左、右侧墙水冷壁下联箱接管座管排要全部更换。②左墙（1号角）从前往后数1～6根水冷壁管为一片，所以，要更换从水冷壁上联箱接管座至标高20605mm（C层燃烧器喷口中心线向上1805mm）处的水冷壁管，材质为20G；右墙（3号角）从后往前数1～6根水冷壁管为一片，所以，要更换从水冷壁上联箱接管座至标高20605mm（C层燃烧器喷口中心线向上1805mm）处的水冷壁管，材质为20G。③前墙（1号角）水冷壁管A往B数1～10根管为一片，更换从水冷壁上联箱接管座至标高20605mm（C层燃烧器喷口中心线向上1805mm）处的水冷壁管。为了提高此部位材质的强度，材质为15CrMo。后墙（3号角）水冷壁管B往A数1～10根管为一片，更换从水冷壁上联箱接管座至标高20605mm（C层燃烧器喷口中心线向上1805mm）的水冷壁管。为了提高该部位材质的强度，所选材质为15CrMo。④前、后墙水冷壁管排（喉部）各4片，从标高11560mm（A层燃烧器喷口中心线下1840mm）至前、后墙水冷壁下联箱接管座管排全部更换。⑤对于1～4号角燃烧器喷口压火管（1号、3号角各8根水冷壁管，2号、4号角各10根水冷壁管），从标高20605mm（C层燃烧器喷口中心线向上1805mm）至标高11560mm（A层燃烧器喷口中心线下1840mm）的冷水壁管全部更换。⑥为了消除1号、3号角角部膨胀不均的情况，将1号、3号角角部鳍片从上至下的直角连接改为圆弧连接。⑦更换3号角水冷壁后墙从B往A数第一个水冷壁上联箱，并对应管排做通球试验。⑧在水冷壁更换范围内，更换看火孔（20个）、人孔（2个）墙箱，让管加工。

3.4取得的成效

锅炉水冷壁的局部改造在很大程度上提高了运行的可靠性和稳定性，而设备运行周期的延长，提高了设备运行的安全性和经济性。锅炉水冷壁管排局部改造后一直稳定运行，没有发生过一次非停，大大减小了设备非停而引发的社会不良效应。另外，设备缺陷的减少节省了备品备件的消耗费用。

参考文献:

[1]贺红梅，崔朝英，李立明.火电厂水冷壁管腐蚀失效常见形式简介[J].理化检验-物理分册，2015,41（6）：301-303

[2]马海涛.热电厂水冷壁管穿孔泄露原因分析[J].理化检验-物理分册，2009,45（增刊）：316-319