煤粉炉水冷壁管开裂原因分析及对策

煤粉炉水冷壁管开裂原因分析及对策

王奇

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司 河北  邯郸  056000）

摘要：煤粉炉具有燃烧技术先进、燃料适应能力强、可调温域宽等特点，已成为许多国家和使用单位的重点。但在燃煤锅炉中，水冷壁裂纹问题始终是困扰用户的主要问题。本文针对煤粉炉的水冷壁爆管进行了分析，通过分析，提出了相应的改进措施，以降低水冷壁裂纹对火力发电厂的危害。

关键词：煤粉炉水；冷壁管开裂；原因

在锅炉运行过程中，水冷壁朝火表面爆裂是一种常见的设备失效现象。造成这一现象的原因有：生产和焊接质量差，化学清洗效果差，锅炉运行状况差，锅炉水质波动大等。而造成水冷壁失效的最大原因是锅炉水的污染。

1煤粉锅炉的优点

煤粉锅炉是一种用粉作燃料的锅炉。该型锅炉是将煤粉与空气混合后送入炉膛，将燃烧产生的热能送至水冷壁管，并将水冷壁管中的水分汽化，从而带动汽轮机运转。通过将粉煤灰与空气混合，再将粉煤灰送入炉膛，使粉煤灰炉内的自然物料处于悬浮状态。煤粉因其尺寸较小，表面积较大，能与空气充分接触，从而使其燃烧更加彻底，达到较高的温度。除个别质量差、杂质含量高的煤种之外，大部分煤种经磨碎后均能得到良好的燃烧，并有较高的燃烧效率。在燃煤锅炉上，一般采用的是薄膜水冷壁。这种水冷壁具有较大的面积，安装到炉中后，既能将燃烧腔与炉壁隔开，又能防止炉壁受热及对烟气的侵蚀，又能解决安装在炉壁上的耐火材料问题。在锅炉上铺一层绝热、密封件，可使锅炉自重大幅度降低，并可改善其密封性、降低热损耗、提高其热效率。金属材质是制造大面积薄膜型水冷壁的首选，不但容易安装，而且容易实现自动化。燃煤锅炉的主要部件是烟道，除尘，脱硫，鼓风机等，它们和水冷壁一起组成了一个整体。

2锅炉水冷壁管爆管和开裂原因分析

2.1锅炉水冷壁管爆管分析

2.1.1水冷壁管表面结垢

在水冷壁管中，水中的Cu、Fe离子含量较高，且与壁面接触后，会发生如下化学反应。在较高的温度下，这些金属元素极易在水冷壁表面沉积，并生成水垢。在锅炉运行期间，由于炉膛内金属氧化物的存在，会使炉膛内的金属离子在炉膛内被吸附，并与炉膛内金属离子发生还原。由于金属管的表面会丧失电子，产生阳极溶解反应，从而引起金属的腐蚀。腐蚀会使管道内壁产生坑洞，水中的硫磺、肉桂、磷等杂质会在坑洞内沉淀，使管道内的导热系数降低，从而使管道内的局部温度升高。在较高的温度下，可以使碱性溶液在管道中得到进一步的富集。在此过程中，水冷壁管会发生破裂，从而影响到装置的正常运转。

2.1.2锅炉炉内结焦

煤粉炉在使用过程中，对煤、气的掺混率有较高的要求。若配比不当，则会引起煤粉燃不充分，结焦，从而使出风口堵死，使风速下降。在这种情况下，由于局部温度过高，导致了中浓度区的腐蚀。在水冷壁管中，由于腐蚀过程中生成了大量的气体，造成了氢气的腐蚀，同时也造成了水冷壁管的局部变形，从而造成了水冷壁管的爆炸。

2.1.3炉渣颗对水冷壁的影响

锅炉燃油的燃烧方式对锅炉燃油在炉膛内的滞留时间有很大的影响。炉渣颗粒若长期滞留，将会对水冷壁面产生强烈的腐蚀作用，从而引起水冷壁面的破坏。另外，要及时清除锅炉中因煤而形成的大量渣粒。但由于某些矿渣粒度难以控制，极易对水冷壁面产生磨蚀，从而引起水冷壁面开裂、渗漏等问题。所以，可采用磨削镀膜技术，以防止因有关问题而造成的裂纹及渗漏。所以，在一定的时间内，锅炉一定要检修，而且一旦发现有问题，一定要及时处理。炉渣颗粒的无序移动还可能引起水冷壁管开裂、渗漏等事故。所以，为了确保锅炉的安全，应尽可能地减少炉渣和碳粒对水冷壁的作用。

2.2开裂原因分析

锅炉在运行时，因水质不达标，污水排放不畅，以及长时间的低负荷运转，造成了水冷壁管的结垢不均匀。但由于结垢热阻较大，使热能不能迅速地向炉内转移，从而使管道内的温度上升，并在结垢层内形成较强的结垢层，进一步加剧了管道的腐蚀。并对其进行了金相及腐蚀产物分析，证实了其在酸碱环境下的腐蚀为氢气腐蚀。在水垢中，由氯元素分解而成的盐酸与金属发生反应而产生氢气。如果氢没有被快速排出，就会渗透到金属中，与碳化物发生反应，造成金属脱碳，材料变脆，机械性能降低。在锅炉的高热载量区，水冷壁管的迎火面内壁上经常出现结垢腐蚀现象。结垢下面存在着不同尺寸的蚀坑，并且随服役年限的增加而变得更加严重。另外，在裂口外侧，沿晶粒方向存在着微裂缝，并在裂口外侧形成了一个蠕变空洞。蠕变型裂纹具有显著的特征，说明这一区域同样存在着由于污垢而造成的长时间的超温损伤。在此基础上，由于水冷壁内积垢的不断侵蚀，再加上外壁的长期过热损伤，最终造成了水冷壁的破裂与爆裂。

3预防水冷壁爆管的措施

3.1使炉内壁受热均匀

(1)酸浸工艺。锅炉用水为碱性，在酸洗法中易于除去所形成的污垢。但是，在进行酸洗时，必须兼顾经济性和安全性。在完全腐蚀前，应该先做一次局部测试。试验合格后，即可进行全炉酸洗。应该按照如下步骤进行：水洗→盐酸酸洗→水洗→炉渣清理→水洗→冲洗→钝化→完成热炉排放酸洗。(2)酸洗区域及系统布置.除了过热器，其它的火烧锅炉都要经过酸洗处理。酸洗液采用两种途径，一种是酸洗液经省煤器再经汽缸，二是酸洗液经水冷壁再经汽缸，再经水冷壁下集箱回到汽缸原位，这两种途径均可实现。

3.2完善水处理工艺、加强汽水品质监督

(1)对锅炉用水水源进行了清理，强化了对用水的质量、水的处理过程的控制。脱盐后的海水是用于换热设备的冷却液，在进入海水淡化系统前，必须先经过水处理机的处理。作为热交换器的热媒，必须先经净水设备处理后，才能进入除氧设备及汽水系统。凝结水必须经过除油后才能流入锅炉用水系统。(2)强化对锅炉给水、炉水的化验工作，提高化验人员的业务素质，提高对水质变化及其他紧急情况的处理能力。加大对联机分析设备的投入，并在从脱盐水到锅炉、沉淀池的主干线路上增设联机电导测试仪。同时，对在用的联机分析设备进行维护保养，并与联机测试结果进行对比，保证联机分析结果的正确性。(3)在锅炉大修期间，强化对设备的检验，将检验内容整理成一份，由专门人员进行检验，并签名确认。在维修过程中，要做好化学监测和金属监测。在水冷壁破损时，除采用传统的测厚方法及肉眼观察方法外，还可采用漏磁法进行检测。

3.3提高凝汽器密封性、防止凝汽器泄漏

为降低沉积物、盐等对系统的侵蚀，还需对其进行改进。天然水源中除含泥沙外，还存在着多种含盐物质，这些物质对水冷壁极易产生侵蚀作用。但由于缺乏行之有效的预防手段，只有通过强化设备管理，最大限度地降低铜管道的腐蚀速率，才能从根本上解决这一问题。

3.4注意停用保护、加强启炉时的水质监控

火电机组在停止运行后，如不做好防护工作，极易产生严重的腐蚀。在二次起动过程中，由于腐蚀产物的存在，会随著系统的运转而侵入到炉内，从而使炉内设备进一步受到腐蚀。为此，应在停机过程中，采取科学、合理的防护措施，同时在二次起动过程中，加强对水汽质量的监控，以降低水汽质量的影响。目前普遍采用的防护措施为热炉排水加废热干燥法，此法造价低廉，操作简便，适用于一个月以内的机组停机。在机组停机1个多月以上的情况下，可以使用氨水或氨联氨两种方式来进行保护。本文所研究的火电锅炉，在其运行过程中，由于其自身的特点，使其在运行过程中具有一定的稳定性。这样做的话，操作起来就比较容易了，只要一根管子就能将空分设备与蒸汽透平室或锅炉室相连。该方法既能对单元内的设备起到较好的保护作用，又适合在较长的停机时间下使用。现在，很多新的发电机已经提前安装了一套氮清洗系统。

4结语

随着社会经济的发展，锅炉生产技术的进步，对因水冷壁管件断裂而导致的失效问题的关注也日益增加。通过对燃煤锅炉水冷壁裂纹产生的原因进行分析，提出了相应的对策。提高水处理技术水平，强化蒸气质量监管；是改善电容器的密封性，避免电容器泄露；在启动过程中，要重视关闭设备的防护，强化对设备的监控。这些措施的有效执行，将大大降低水冷壁的腐蚀程度，提高火力发电厂的安全运行水平，为用户提供更大的经济利益。

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