論電廠煤粉鍋爐水冷壁管爆管的失效及防護

摘 要：電廠鍋爐水冷壁管工作環(huán)境惡劣，水冷壁管的安全運行關系著鍋爐的安全運行，進而影響真?zhèn)€電廠的安慰。在電廠的長期生產運行過程中，容易因為各種因素引起水冷壁腐蝕，進而發(fā)生停爐換管的事故，嚴重影響電廠的經濟效益。本文通過分析煤粉鍋爐水冷壁爆管失效的原因，進而提出相應防護措施，為廣大同行提供參考。

關鍵詞：鍋爐水冷壁管；失效

水冷壁管是敷設在鍋爐內部的由許多并聯(lián)管子組合而形成的蒸發(fā)受熱面。水冷壁管的主要作用在于吸收爐膛內火焰和高溫煙氣的敷設的熱量，并在管內產生蒸汽和熱水，從而降低爐墻的溫度，進而達到保護爐墻的目的。

1 水冷壁管的作用及分類

1.1 水冷壁管的作用

水冷壁管在鍋爐中主要起著吸收鍋爐燃燒室內火焰高溫敷設的熱量，使進入水冷壁的水蒸汽氣化成飽和蒸汽，水冷壁可使爐腔出口溫度下降到灰的軟化溫度一下，以防止爐灰結焦吸收爐內熱量，這對減輕爐內和爐口結渣都是有利的。此外，水冷壁管式四周敷設，將燃燒室與爐墻隔開，起到了防止爐墻燒毀，保爐墻的功能。同時也減輕了爐墻結焦和結焦的危害。最后，水冷壁采用了講話爐墻的結構，降低了鍋爐鋼材的消耗量，是的鍋爐安裝便利，優(yōu)速水冷壁傳熱效果良好，也為節(jié)能減排做出了貢獻，因此，水冷壁是現代鍋爐的重要組成部分。

1.2水冷壁管分類

水冷壁管按照結構形式可以分為以下幾種類型，包括光管式水冷壁、鱗片管膜式水冷壁、帶銷釘的膜式水冷壁管和雙面露光水冷壁等。①光管式水冷壁：光管式水冷壁管由一般的鍋爐鋼管組成，一般貼近爐膛四壁，平行垂直布置，管子排列的越敏，吸熱效果越好，對爐墻的保護效果也越好。但是這種水冷壁鍋爐在運行時，泄灰比較嚴重，對環(huán)境的污染也是很大的，目前這種水冷壁管已經很少被使用了。②鱗片管膜式水冷壁是將鱗片管（或扁鋼與光管）焊接在一起，組成一塊管屏，這種水冷壁管具有氣密性好、透風少、爐膛可采用正壓燃燒的優(yōu)點。此外這種管屏的外側只需要覆蓋較薄的保溫材料，因此可以大大減少爐墻材料的消耗和重量，進而減少放結構和地接的材料成本，因為結構較輕，施工上也有很大的便利。膜式水冷壁設計爐騰高溫煙氣與爐墻不直接接觸，有利于防止結渣，而且管屏可在制造廠成片預制，便于工地安裝，因此在火電廠鍋爐中得到了廣泛應用。③帶銷釘的膜式水冷壁管：銷釘的膜式水冷壁管上方有銷釘，銷釘上敷有耐火填料，可減少水冷壁吸熱，使爐騰中該部位爐溫增髙以便燃料迅速著火和穩(wěn)定燃燒并能保持髙溫。帶銷釘的水冷壁管一般應用于旋風爐，液態(tài)排澄爐和爐膛衛(wèi)燃帶。④雙面露光水冷壁，主要應用在大型鍋爐中，這種水冷壁管兩面都可以吸收火焰敷設的熱量，因此比一般布置的水冷壁管吸熱高。

2 水冷壁管的失效模式及失效防護

2.1水冷壁管的失效模式

鍋爐在運行過程中，燃燒室內煙氣的溫度非常高，水冷壁管在西周吸收熱量，水冷壁受熱量敷設和煙氣對流作用，這種受熱方式必然會導致水冷壁運行一段時候后會產生失效。依據失效的位置不同，水冷壁的失效分為管內失效和管外失效。一般向火側腐蝕和煤粉沖刷稱為管外失效，而由于短時過熱和長時過熱及酸堿腐蝕等引起的稱為管內失效。① 水冷壁香火側的腐蝕，水冷壁向火側腐蝕引起的鍋爐故障是因為爐管外邊面的金屬遭受損耗，即管壁減薄所致。水冷壁向火側腐蝕也被稱為“還原氣氛”腐蝕。水冷壁向火側的腐蝕經常發(fā)生在不完全燃燒中形成的一氧化碳還原氣氛中，并且未經過燃燒的煤粉顆粒飛翔爐管的表面。未經過完全燃燒的煤粉顆粒飛翔爐管表面，釋放出的揮發(fā)物和氯化物會對金屬產生硫化作用，進而加速管壁腐蝕。②管壁外表面的沖刷磨損：管壁外表面的沖刷磨損主要是煤粉顆粒及飛灰的沖刷，致使管壁外表面減薄，發(fā)生爆管，這也與煤質成分有著很大的關系。如果原煤質量下降，揮發(fā)分和熱量降低，則鍋爐燃燒量就會增加，為了增加磨煤機的出力，需要增粗煤粉，這樣一二次風吹入爐膛的煤粉顆粒就會增加，這樣對噴燃器出口的水冷壁管沖刷就會嚴重。如果燃燒調整不良，燃燒切圓發(fā)生傾斜，就會導致峰粉加大沖蝕水冷壁管的力度。長時間的沖刷，會導致水冷壁管管壁變薄，到了一定的限度，就會增大鍋爐負荷，發(fā)生管道爆裂。此外，由于派生的原因，產生的沖刷，如漏汽對管子的沖刷。從滲漏的管子中漏出的蒸汽會夾帶飛灰高速射向鄰近的管子造成磨損。這個現場稱為沖刷磨損或汽割。溢出的蒸汽本身并不造成磨損，只是它加快了飛灰粒子的速度，高到足以引起管道的磨損，使受磨的管壁變薄。起因于另一較早故障管子泄漏引起的磨損形式，在鍋爐內的任何地點都有可能發(fā)生。因此鍋爐管子帶著小的滲漏運行，對鄰近的管子沖刷，將會造成更為嚴重的故障。③短時過熱：“短時過熱”這個詞常被錯用，其恰當的含意是管子在高于其材質的設計溫度，并在足以造成應力斷裂損壞的時間數的情況下工作。此吋問數是一個十分重要的因素，以此來劃分損壞的性質類別，即“短時過熱”破裂或“長時過熱”破裂。短時過熱損壞都是從一些異常情況開始發(fā)展而形成的，例如冷卻工質中斷，或鍋爐煙氣超溫等，這些異常情況通常是由下列條件引起的。④長時過熱：長時過熱爆管的主要原因在于高溫蠕變所致，水冷壁管在鍋低負荷運行時，也同樣存在爆管的隱患。在運行，過程中，一旦發(fā)現這種現象，應立即停止運行。如果不能及時發(fā)現并消除會在鍋爐負荷改變時，發(fā)生爆管現象。給企業(yè)造成的損失和影響巨大。這種失效的發(fā)生多與鍋爐設計制造有關，在運行中一般不會出現這種失效的原因。⑤酸堿腐蝕當水冷壁管內有沉積物或水渣時，這些沉積物也容易引起水冷壁管的腐蝕，這種腐蝕叫酸堿腐蝕、這些物質破壞了水冷壁管的金屬保護膜，從而對金屬造成了腐蝕。通常情況下，PH值越低，金屬的腐蝕就越嚴重，當水中含有溶解氧時，會對腐蝕的程度增大。PH值很低時，腐燭速度會隨著值降低而迅速增加。而隨著值的增加，腐燭速度則會降低，當值接近時，腐燭速度就很小了。但是當值大于時，水冷壁管液體的相對堿度大于，當鍋爐在此條件下運行時，金屬容易產生堿性腐燭，又稱茍性脆化。堿性腐蝕的發(fā)生要滿足一定的條件，首先水冷壁管中要有一定游離的堿，水冷壁管內表面有易發(fā)生局部濃縮的地方，水冷壁就會發(fā)生腐蝕。

2.2水冷壁管的失效防護

電廠燃煤鍋爐水冷壁管因各種失效導致的爆管時有發(fā)生，電廠傳統(tǒng)的解決方法是通過更換新管來進行的，然而更換管子既費時又昂貴。為了解決腐蝕失效問題同時又要達到節(jié)能的效果，工作人員積極制定了各種方案并進行可行性分析研究。根據失效腐蝕的部位，針對管內失效及管外失效，常用的方法有兩種，即非表面防護法和表面防護法。非表面防護法主要有：采用低氧燃燒技術；確保水質；合理配風；避免出現受熱面壁溫局部過熱；加添加劑；控制合理的爐騰出口煙溫；對受熱面的設計布置合理，以避開高煙溫區(qū)和高壁溫的出現。非表面防護法中保證水質是目前較為常用的方法。

3 結語

高溫腐蝕和磨損一直是電廠鍋爐水冷壁普遍存在問題，給生產帶來危害極大。有本文對電廠鍋爐水冷壁管泄漏原因的調查和分析，從找出導致水冷壁管爆管的原因，借鑒國內同類事件的經驗，提出防護節(jié)能的對策。

參考文獻：

[1]陳紅菊.表面技術在電站鍋爐四管”防蝕、防磨中的應用[J].電力建設，1988.7

[2]郭巍.電廠煤粉鍋爐水冷壁管爆管分析與防護措施研究[D].華東理工大學碩士論文2014.

作者簡介：

紀磊（1986.9）男，東北電力大學，大專，火電廠集控運行專業(yè)，主要從事電氣專業(yè)管理工作。