锅炉水冷壁爆管原因分析及措施探讨

锅炉水冷壁爆管原因分析及措施探讨

孙建辉

唐山三友化工股份有限公司热电分公司  河北唐山 063000

随着煤源短缺、煤价上涨，火力发电厂运营成本不断上涨的情况，许多电厂都采用燃用劣质煤、掺烧煤泥等措施来降低成本，但也出现了锅炉水冷壁严重结焦、大面积高温腐蚀等情况。以某燃烧器对冲布置电站锅炉为例，针对燃烧劣质煤、煤泥后造成的水冷壁结焦及高温腐蚀问题，通过对低烟温区的燃烧器改造，解决了水冷壁结焦和高温腐蚀的问题，达到了预期效果，为企业取得了显著的经济和社会效益。水冷壁作为机组的最主要受热面之一，其主要作用为吸收燃烧室的辐射热，使水受热而产生饱和蒸汽；保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏；同时还起到降低炉膛口烟气温度和悬吊炉墙的作用，所以水冷壁运行安全的重要性不言而喻。

1设备概况

锅炉型号：SG-2102/25.4-M953，为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、全钢悬吊结构Π型锅炉露天布置、固态排渣。为了防止燃烧爆炸时对水冷壁的损坏，在炉膛外壁四周设有钢性梁，可以前后左右膨胀，而上下方向可随水冷壁同步膨胀。

2常见的锅炉水冷壁爆管原因

锅炉水冷壁爆管泄漏的原因是多方面因素综合造成的，其中超温、腐蚀、磨损是导致水冷壁泄漏的主要原因，具体情况如下：1）超温。一般而言水冷壁管壁温度并不高，受热面多数情况下是安全的，但是如果燃烧调整不当或锅水品质不好，则可能发生超温爆管。若炉膛燃烧发生在水冷壁附近，该区域的热负荷将很高，其往往会引起水冷壁结渣。由于区域水冷壁汽化中心密集，则可能在管壁上形成连续的汽膜，产生膜态沸腾。当现第一类传热恶化现象时，管壁温度突然升高，会导致超温爆管。2）腐蚀。a.管外腐蚀。管外腐蚀主要是炉内烟气流向对管外壁的腐蚀，尤其是当燃用高水份、高硫份煤时，水冷壁管外壁因频繁接触SO2、SO3和H2S气体引起腐蚀，管外腐蚀爆管处存在含硫的沉积物，靠近基体侧一般为黑色沉积物，与管壁结合紧密。b.管内腐蚀。正常情况下，水冷壁管内壁覆盖着一层Fe3O4保护膜，使其免遭腐蚀。如果锅水PH值超标，就会使保护膜遭到破坏。研究表明，当PH值为9~10时，保护膜最稳定，管内腐蚀最小；当PH值过高易发生碱性腐蚀，当PH值过低又会发生酸性腐蚀。3）磨损。a.颗粒物磨损。喷燃器安装角度偏离设计工况或燃烧中心设计切圆过大等情况的现，在高负荷时一次风煤粉浓度高、风速大，气流冲刷冷壁管造成水冷壁磨损。在燃烧过程中，因氧气量不足、燃烧不充分、燃烧时间过长等因素影响，使烟气携带颗粒物直接冲刷水冷壁，造成水管壁的破坏。b.吹灰磨损。在机组运行过程中必须通过吹灰器的吹扫来降低水冷壁壁温、防止水冷壁大面积结焦而影响换热效果。与此同时所产生的的蒸汽吹灰磨损伴随着吹扫次数的增加而导致了水冷壁管壁磨损超标，从而发生爆管事故。c.掉焦磨损。水冷壁在工作过程中，受空气动力场不稳定和燃烧组织不当等导致管壁结焦，因除焦方法不当或焦渣自行掉落等都会造成管壁的磨损，严重时会现炉焦砸爆锅炉水冷壁的现象。

3以-黄岛电厂5号机组水冷壁爆管事故案例分析

1）事故经过。2009年10月17日19时28分，5号机组在42MV负荷运行，运行人员发现锅炉给水流量不正常的大于蒸汽流量且水位、汽压和烟温下降明显，就地处能够听到蒸汽喷的声音，经过请示后采取了停炉措施。经检查发现水冷壁泄露处为机组2号角由北至南第一层第2台吹灰器上数第5根水冷壁管，该吹灰器周围区域管子磨损也十分严重（最薄处仅有2.1mm）。同时其余炉膛短吹周围也发现不同程度磨损的水冷壁管共计60余处。2）原因分析。5号锅炉炉膛吹灰器采用的是IR-3D型短吹灰器，吹扫介质为蒸汽，压力为1.4MP，温度为≦350℃，吹扫半径为2m。其工作时喷头向前运动，到达水冷壁管后的吹扫位置按设定的吹扫角度旋转，喷的高温高压蒸汽将附着在吹灰器周围水冷壁管上的积灰吹除，同时蒸汽也对水冷壁管造成了一定程度的磨损，随着时间的积累以及吹灰次数的增加，水冷壁管减薄超标直至现爆管事故。3）处理过程。对爆管的水冷壁以及磨损减薄超标（磨损超过设计壁厚30%）的水冷壁进行割除换管，对未超标的水冷壁进行焊补处理，并将部分短吹附近易磨损水冷壁加涂了耐火材料以减少蒸汽吹损。4）处理结果。时隔6个月后的定期检修中对未做任何处理、焊补以及涂抹了耐火材料的水冷壁管进行了测厚检查，经过焊补和涂料后的水冷壁管磨损明显比未做处理的水冷壁管磨损程度轻。因此，对水冷壁进行焊补、涂料有助于减少蒸汽吹损。

4预防水冷壁爆管的措施研究

4.1运行方面

1）运行人员应该精心组织燃烧，防止现风速过高、热负荷过分集中、火焰偏斜、燃烧中心不合适、烟温偏差等问题，要密切关注炉管泄漏检测装置的信号特征，结合运行参数和现场声音认真分析。2）锅炉在低负荷运行或负荷变化大时，要严格控制炉管金属壁温，严禁锅炉超温超压，确保锅炉安全稳定运行。3）参配煤燃烧不合理容易造成水冷壁积灰程度加重，这势必导致了吹灰次数的增加，应结合实际在不影响机组安全运行的前提下尽量减少吹灰次数。4）吹灰器在吹灰前应先疏水，吹灰蒸汽的压力应尽量控制在许用值下限，在保证吹灰效果的前提下，降低蒸汽对水冷壁管的吹损程度。

4.2检修方面

1）利用临时检修和定期检修的机会，积极组织专业技术人员进行层层排查，发现问题及时处理。特别对锅炉水冷壁冷灰斗、炉膛短吹、燃烧器附近区域等可能发生磨损和腐蚀的部位要重点检查，并做好检查、检修记录。2）采取换管或焊补处理后，要进行100%金属无损检测，对焊口、焊补部位进行缺陷检查，发现问题及时处理。3）在吹灰器、燃烧器附近的水冷壁管处加装防磨装置或者涂抹耐磨材料以减少对水冷壁管的磨损。4）采用更加耐磨耐高温的新型管材，彻底更换易发生磨损区域的水冷壁管。5）采用更加先进的脉冲声波吹灰技术，彻底消除蒸汽吹损。

5结束语

发电厂机组水冷壁爆管事故严重影响着发电企业的经济效益，威胁着电网的安全稳定运行，分析研究水冷壁爆管原因并查找发现水冷壁爆管隐患，以及从运行、检修方面采取的一系列预防措施将有利于减少水冷壁爆管事故，从而保障了机组安全稳定运行。

参考文献

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