600MW超臨界鍋爐水冷壁泄漏原因分析及防范措施

盧賓文

（安徽華電宿州發(fā)電有限公司，安徽 宿州234000）

1 設(shè)備概述

華電安徽宿州電廠#1鍋爐是由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與日本巴布科克—日立鍋爐有限公司合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造的600MW超臨界直流爐，型號(hào)為DG1900／25．4－Ⅱ3。它采用單爐膛、＊型露天布置、前后墻對(duì)沖燃燒方式、尾部雙煙道，再熱汽溫采用煙氣擋板調(diào)節(jié)，于2007年7月投產(chǎn)。

鍋爐水冷壁由下部螺旋盤繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁2種不同的結(jié)構(gòu)組成，都采用膜式結(jié)構(gòu)，兩者間由過(guò)渡水冷壁轉(zhuǎn)換連接，水冷壁總體布置如圖1所示。螺旋水冷壁由474根管子組成，管子規(guī)格、材質(zhì)為Φ38．1×7．5／SA213T2。燃燒器開(kāi)孔數(shù)量24個(gè)，燃盡風(fēng)開(kāi)孔數(shù)量4×2個(gè)，側(cè)燃盡風(fēng)開(kāi)孔數(shù)量2×2個(gè)，吹灰孔數(shù)量52個(gè)（側(cè)墻各9個(gè)，前后墻各17個(gè)）。

圖1 水冷壁總體布置

2 水冷壁爆管情況

2012年9月11日，機(jī)組補(bǔ)水量大量增加，維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查鍋爐本體，發(fā)現(xiàn)#1鍋爐C07吹灰器附近（標(biāo)高46m爐后墻距南墻約4m處）有明顯泄漏聲音，確認(rèn)C07吹灰器附近水冷壁管泄漏。9月13日，機(jī)組停運(yùn)后通過(guò)小型升降吊籠檢查發(fā)現(xiàn)C07吹灰器吹掃孔上下各一根管道發(fā)生泄漏，吹灰器下部泄漏管道有明顯的長(zhǎng)期超溫過(guò)熱脹粗，爆口呈魚(yú)嘴型（圖2）。割管后對(duì)附近管子及聯(lián)箱進(jìn)行了檢查，未見(jiàn)異物堵塞，對(duì)泄漏管段進(jìn)行了更換。9月14日，#1鍋爐注水打壓1．5MPa，維護(hù)部人員通過(guò)人孔門對(duì)螺旋水冷壁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)A03吹灰器附近（標(biāo)高38m爐右墻距后墻約3m處）水冷壁管有泄漏現(xiàn)象。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)A03吹灰器吹掃孔下部3根水冷壁管泄漏，圖3中泄漏點(diǎn)1管壁減薄嚴(yán)重，經(jīng)確認(rèn)該水冷壁管和C07附近過(guò)熱脹粗泄漏的管子為同一根，隨即對(duì)泄漏管段進(jìn)行了更換。16日凌晨，#1鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)。

圖2 CO7吹灰器下部爆口圖

圖3 A03吹灰器下部爆口圖

3 水冷壁爆管原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)A03吹灰器區(qū)域進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域水冷壁存在高溫腐蝕現(xiàn)象，水冷壁表面的高溫腐蝕層在吹灰蒸汽的吹掃下剝離，新的水冷壁管繼續(xù)高溫腐蝕，腐蝕層繼續(xù)剝離，從而導(dǎo)致A03吹灰器下部管壁減薄嚴(yán)重泄漏，泄漏點(diǎn)1對(duì)泄漏點(diǎn)2、3水冷壁管進(jìn)行沖刷，從而導(dǎo)致管壁減薄泄漏。由于A03下部泄漏點(diǎn)1處漏水嚴(yán)重，該水冷壁管向上供水不足，最終導(dǎo)致C07吹灰器下部管段過(guò)熱泄漏。

經(jīng)過(guò)分析，水冷壁高溫腐蝕是水冷壁管泄漏的主要原因，公司技術(shù)人員對(duì)腐蝕水冷壁表面氧化層進(jìn)行了取樣，經(jīng)電科院化驗(yàn)，氧化層中FeS含量高達(dá)24．0%，屬于典型硫化物型腐蝕。檢查#1鍋爐入爐煤質(zhì)分析報(bào)告，入爐煤含硫量在0．7%～0．9%之間，最高達(dá)到1．69%，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)煤種0．4%的要求，導(dǎo)致煙氣中硫化物過(guò)高，容易在水冷壁上形成還原性氣氛，導(dǎo)致水冷壁高溫腐蝕。

4 水冷壁爆管防范措施

（1）前后墻對(duì)沖布置的低氮燃燒器，鍋爐左右墻熱負(fù)荷高，為了降低爐膛出口NOx的含量，噴燃器區(qū)域?qū)儆谌毖跞紵?，火焰達(dá)到中間部位時(shí)還原性氣氛較濃，如果燒的煤質(zhì)含硫量偏離設(shè)計(jì)值較多，容易造成高溫硫腐蝕。降低入爐煤的含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可從根本上避免水冷壁的高溫腐蝕。

（2）加強(qiáng)燃燒調(diào)整，提高二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度，保證煤粉快速燃燒，適當(dāng)增加中間2只燃燒器的煤粉量，減少兩側(cè)燃燒器的煤粉量，以降低側(cè)墻水冷壁處的還原氣氛，從而減緩水冷壁的高溫腐蝕速率。

（3）煤質(zhì)變化時(shí)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定燃燒器合理配風(fēng)，在確保NOx不超標(biāo)的情況下，盡量減小燃盡風(fēng)的開(kāi)度，確定合理的過(guò)量空氣系數(shù)，在不同負(fù)荷下確定相應(yīng)的最佳氧量。

（4）水冷壁存在大面積高溫腐蝕時(shí)，可采用防腐蝕材料在水冷壁外壁熱噴涂 NiCr、Ni、Cr、Al或Fe、Cr、Al等合金，可在一定程度上減緩水冷壁的高溫腐蝕速率。

（5）根據(jù) GB／T9222—2008《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算》，對(duì)水冷壁管強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，在設(shè)計(jì)壓力下，Φ38．1×7．5／SA213T2管材的最小允許厚度為5．625mm，對(duì)高溫腐蝕區(qū)域的管壁進(jìn)行測(cè)厚，更換管壁厚度低于5．6mm的管段。

（6）定期對(duì)爐膛蒸汽吹灰器入口壓力進(jìn)行校驗(yàn)，防止蒸汽壓力過(guò)高吹損水冷壁管。利用停機(jī)機(jī)會(huì)檢查蒸汽吹灰器噴口行程，確保噴口與水冷壁管距離≥45mm。

5 結(jié)語(yǔ)

自從發(fā)現(xiàn)水冷壁存在高溫腐蝕現(xiàn)象后，該公司高度重視燃燒調(diào)整和入爐煤的含硫量，在2013年#1機(jī)組大修時(shí)對(duì)水冷壁兩側(cè)墻高溫腐蝕區(qū)域（標(biāo)高15～35m）進(jìn)行了防腐噴涂。2014年春節(jié)#1機(jī)組備用停機(jī)時(shí)對(duì)水冷壁進(jìn)行了檢查，水冷壁表面無(wú)新增高溫腐蝕氧化層，水冷壁無(wú)明顯減薄，證明了公司采取的措施是卓有成效的，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］高全，張軍營(yíng)，丘紀(jì)華，等．燃煤電站鍋爐高溫腐蝕特征的研究［J］．熱能動(dòng)力工程，2007（3）

［2］丘紀(jì)華，李敏，孫學(xué)信，等．對(duì)沖布置燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕問(wèn)題的研究［J］．華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（1）