熱電廠鍋爐水冷壁鼓包和爆管原因分析

高超

摘 要：在火力發(fā)電廠機組運行的過程當(dāng)中，鍋爐的水冷壁出現(xiàn)鼓包爆管的情況經(jīng)常發(fā)生， 這直接給機組的運行安全性和穩(wěn)定性造成了影響，進而影響到電廠的經(jīng)濟效益。所以如何能保證鍋爐運行的安全性，改善和解決水冷壁鼓包爆管的問題就顯得尤其重要，需要我們首先積極進行分析，之后總結(jié)可行的策略。本文結(jié)合熱電廠鍋爐水冷壁出現(xiàn)的鼓包爆管事故進行原因分析，總結(jié)了一些可行的對策，希望可以給相關(guān)工作的開展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：水冷壁；鼓包爆管；吹灰器；磨損超標

在整個鍋爐機組當(dāng)中，水冷壁是其中最為重要的一個受熱面，就作用來說，其可以直接吸收燃燒所產(chǎn)生的熱能，讓水分受熱，進而產(chǎn)生蒸汽，對爐墻形成足夠的保護作用，避免爐渣以及所產(chǎn)生的高溫破壞爐墻。與此同時其還有降低爐膛出口煙氣溫度以及選調(diào)爐墻的作用，不難看出，對于整個設(shè)備的安全運行來說，水冷壁是非常重要的。

一、設(shè)備概況

本次案例分析選取某電廠新近發(fā)生事故的五號機組。該機組為國產(chǎn)660MW發(fā)電機組，類型為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，結(jié)構(gòu)為單爐膛，中間再熱，燃燒方式為四角切圓，并且能夠?qū)崿F(xiàn)固態(tài)排渣。為了能夠避免燃燒時損壞水冷壁，在爐膛外璧設(shè)置了鋼梁，能夠讓其在各方向同步膨脹。

二、鍋爐水冷壁爆管成因

其實能夠?qū)е滤四鼙缺苄孤兜脑蚍浅６?，所以我們?yīng)該正確看待每一次爆管泄露事故，其都是由于多個因素共同構(gòu)成的。

（一）超溫

正常來說，水冷壁管壁的溫度并不會維持在較高的水平，所以受熱面本身是處于安全狀態(tài)下的，但是如果燃燒調(diào)整出現(xiàn)問題或者鍋爐水質(zhì)存在問題，就會直接導(dǎo)致超溫爆管問題，如果爐膛的燃燒距離和水冷壁距離太近，就會提高該區(qū)域的熱負荷也會引起水冷壁結(jié)渣問題。如果水冷壁汽化太過密集，也可能會在管壁上形成一個完整的氣膜，導(dǎo)致出現(xiàn)沸騰的情況，進而導(dǎo)致關(guān)閉溫度的陡增，產(chǎn)生超溫爆管的危險。

（二）腐蝕

（1）管外腐蝕

在管壁外側(cè)出現(xiàn)腐蝕，其成因就是由于爐內(nèi)的煙氣不斷向管外流動，在燃燒具有較高水分和硫成分的煤時很容易出現(xiàn)這個問題，管外壁頻繁接觸二氧化硫、三氧化硫等材料，就會導(dǎo)致腐蝕?？拷囊粋?cè)存有黑色沉積物，并且和管壁之間非常緊密，久而久之就會腐蝕管壁。

（2）管內(nèi)腐蝕

正常來說，水冷壁管的內(nèi)壁會涂有一層四氧化三鐵的保護膜，這層保護膜會起到一定程度的保護作用，如果鍋爐用水pH值不合理就會破壞保護膜。相關(guān)研究認為，鍋爐水pH值介于9和10之間，對保護膜的穩(wěn)定性效果最好，反之則容易出現(xiàn)酸性或堿性腐蝕。

（三）磨損

（1）顆粒物磨損

造成顆粒物磨損的主要成因是噴燃氣安裝角度出現(xiàn)了偏離，和設(shè)計不符，或燃燒半徑太大等等情況。同時在爐膛內(nèi)高負荷的情況下一次性送入太多煤粉，或者風(fēng)速過高，都會導(dǎo)致氣流對冷壁管造成沖刷，導(dǎo)致磨損。燃燒過程中如果含氧量不足，無法實現(xiàn)充分燃燒，延長燃燒時間，也會導(dǎo)致煙氣排放過程中攜帶大量顆粒，破壞水管壁。

（2）吹灰磨損

在機組運行過程中必須通過吹灰器的吹掃來降低水冷壁壁溫、防止水冷壁大面積結(jié)焦而影響換熱效果。與此同時所產(chǎn)生的的蒸汽吹灰磨損伴隨著吹掃次數(shù)的增加而導(dǎo)致了水冷壁管壁磨損超標，從而發(fā)生爆管事故。

（三）掉焦磨損

水冷壁在工作過程中，受空氣動力場不穩(wěn)定和燃燒組織不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致管壁結(jié)焦，因除焦方法不當(dāng)或焦渣自行掉落等都會造成管壁的磨損，嚴重時會出現(xiàn)爐焦砸爆鍋爐水冷壁的現(xiàn)象。

三、該機組水冷壁爆管事故原因分析及處理結(jié)果

（一）事故經(jīng)過

該5號機組在42MV負荷運行，運行人員發(fā)現(xiàn)鍋爐給水流量不正常的大于蒸汽流量且水位、汽壓和煙溫下降明顯，就地處能夠聽到蒸汽噴出的聲音，經(jīng)過請示后采取了停爐措施。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁泄露處為機組2號角由北至南第一層第2臺吹灰器上數(shù)第5根水冷壁管，該吹灰器周圍區(qū)域管子磨損也十分嚴重（最薄處僅有2.1mm）。同時其余爐膛短吹周圍也發(fā)現(xiàn)不同程度磨損的水冷壁管共計60余處。

（二）原因分析

5號鍋爐爐膛吹灰器采用的是IR-3D型短吹灰器，吹掃介質(zhì)為蒸汽，壓力為1.4MP，溫度為≦350℃，吹掃半徑為2m。其工作時噴頭向前運動，到達水冷壁管后的吹掃位置按設(shè)定的吹掃角度旋轉(zhuǎn)，噴出的高溫高壓蒸汽將附著在吹灰器周圍水冷壁管上的積灰吹除，同時蒸汽也對水冷壁管造成了一定程度的磨損，隨著時間的積累以及吹灰次數(shù)的增加，水冷壁管減薄超標直至出現(xiàn)爆管事故。

（三）處理過程

對爆管的水冷壁以及磨損減薄超標（磨損超過設(shè)計壁厚30%）的水冷壁進行割除換管，對未超標的水冷壁進行焊補處理，并將部分短吹附近易磨損水冷壁加涂了耐火材料以減少蒸汽吹損。

（四）處理結(jié)果

時隔6個月后的定期檢修中對未做任何處理、焊補以及涂抹了耐火材料的水冷壁管進行了測厚檢查，經(jīng)過焊補和涂料后的水冷壁管磨損明顯比未做處理的水冷壁管磨損程度輕。因此，對水冷壁進行焊補、涂料有助于減少蒸汽吹損。

四、預(yù)防水冷壁爆管的措施研究

（一）運行方面

（1）運行人員應(yīng)該精心組織燃燒，防止出現(xiàn)風(fēng)速過高、熱負荷過分集中、火焰偏斜、燃燒中心不合適、煙溫偏差等問題，要密切關(guān)注爐管泄漏檢測裝置的信號特征，結(jié)合運行參數(shù)和現(xiàn)場聲音認真分析。

（2）鍋爐在低負荷運行或負荷變化大時，要嚴格控制爐管金屬壁溫，嚴禁鍋爐超溫超壓，確保鍋爐安全穩(wěn)定運行。

（3）參配煤燃燒不合理容易造成水冷壁積灰程度加重，這勢必導(dǎo)致了吹灰次數(shù)的增加，應(yīng)結(jié)合實際在不影響機組安全運行的前提下盡量減少吹灰次數(shù)。

（4）吹灰器在吹灰前應(yīng)先疏水，吹灰蒸汽的壓力應(yīng)盡量控制在許用值下限，在保證吹灰效果的前提下，降低蒸汽對水冷壁管的吹損程度。

（二）檢修方面

（1）利用臨時檢修和定期檢修的機會，積極組織專業(yè)技術(shù)人員進行層層排查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。特別對鍋爐水冷壁冷灰斗、爐膛短吹、燃燒器附近區(qū)域等可能發(fā)生磨損和腐蝕的部位要重點檢查，并做好檢查、檢修記錄。

（2）采取換管或焊補處理后，要進行100%金屬無損檢測，對焊口、焊補部位進行缺陷檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

（3）在吹灰器、燃燒器附近的水冷壁管處加裝防磨裝置或者涂抹耐磨材料以減少對水冷壁管的磨損。

（4）采用更加耐磨耐高溫的新型管材，徹底更換易發(fā)生磨損區(qū)域的水冷壁管。

（5）采用更加先進的脈沖聲波吹灰技術(shù)，徹底消除蒸汽吹損。

（6）由于水質(zhì)較差，水冷壁管內(nèi)壁結(jié)垢降低了其傳熱效果，引發(fā)局部過熱；長期運行中的局部過熱引起水冷壁鋼管耐熱強度的下降，鋼管在工作壓力下發(fā)生塑性變形形成鼓包；爐管的局部堵塞會引起短時過熱，導(dǎo)致產(chǎn)生鼓包的位置無法承受工作壓力而發(fā)生爆管。

（7）建議采取提高水質(zhì)的措施，防止結(jié)垢。

四、結(jié)語

對于熱電廠來說，機組水冷壁的安全性會直接給整個機械的安全性能造成影響，一旦出現(xiàn)了水冷壁爆管事故，就會給電網(wǎng)的安全運行造成嚴重影響，也會導(dǎo)致熱電廠經(jīng)濟效益大打折扣。本文結(jié)合實際案例總結(jié)了一些水冷壁爆管的相關(guān)成因，之后總結(jié)了一些運行檢修對策，希望可以給相關(guān)工作的開展提供一些參考。

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