超臨界W 火焰鍋爐水冷壁變形、拉裂問題及對策

王良偉

（國電滎陽煤電一體化有限公司，河南 鄭州 450100）

我國無煙煤的存儲量在煤炭總儲量中占17%。劣質(zhì)煤的發(fā)電技術(shù)中，超臨界W 型火焰鍋爐在燃燒劣質(zhì)煤、無煙煤方面具有很大的優(yōu)勢，近年來，得到了大力的推廣。超臨界W型火焰鍋爐由于對其自身所具備的特性以及安裝、調(diào)試、運行對該爐型的特性不熟悉的原因，導(dǎo)致超臨界W 型火焰鍋爐在投入使用后，水冷壁出現(xiàn)了變形及拉裂的問題，導(dǎo)致水冷壁發(fā)生泄漏。對造成此類問題的原因進(jìn)行分析，并制定相關(guān)的預(yù)防及解決方案。

1 超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的原因

這類鍋爐水冷壁產(chǎn)生形狀變化和拉裂大部分情況下是材料存在質(zhì)量問題、運行不合理、安裝設(shè)計生產(chǎn)存在質(zhì)量問題、水冷壁超溫、水冷壁熱偏差過大等因素導(dǎo)致的。

1.1 超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁超溫及熱偏差較大

鍋爐水冷壁大部分是膜式壁，為讓每個地方水冷壁的熱負(fù)荷處于平衡狀態(tài)，一般臨近的水冷管壁的溫度測量位置的溫度差異要低于50℃，而同個墻面同個聯(lián)箱水冷壁管的溫度差異應(yīng)當(dāng)不高于80℃。在負(fù)荷較大的工況的狀況下，水冷壁溫度可滿足該要求，然而，在負(fù)荷較小的狀況下，水冷壁溫度會有很大的偏差，特別是前墻處，在負(fù)荷變動比較顯著亦或干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)變的時候，鍋爐的水冷壁較易產(chǎn)生局部溫度超標(biāo)的問題。

（1）鍋爐在啟動及低負(fù)荷工況。超臨界W 型火焰鍋爐在運行和負(fù)荷較小的狀況下，僅有一些燃燒器與磨煤機(jī)在工作，然而，因為鍋爐的架構(gòu)比較獨特-爐膛比較寬，為此致使橫向熱負(fù)荷分布特別不勻稱，導(dǎo)致了鍋爐水冷壁的熱偏差較大，也是造成鍋爐水冷壁出現(xiàn)拉裂泄漏的本質(zhì)因素。

（2）鍋爐變負(fù)荷工況。超臨界鍋爐，是利用對煤水比的管控來達(dá)成負(fù)荷的變動的，W 型火焰鍋爐內(nèi)的燃燒器，是前墻與后墻勻稱布設(shè)的，進(jìn)到爐膛的燃料量產(chǎn)生很大變動時，需將磨煤機(jī)切掉。另外，可磨系數(shù)數(shù)值較小的無煙煤，一般運用鋼球磨煤機(jī)，而新使用的磨煤機(jī)內(nèi)部的筒中存在之前所剩的煤粉，在運行過程中，煤粉會快速流到爐膛然后燃燒，導(dǎo)致燃燒器周邊的水冷壁局部的熱負(fù)荷較大。這就影響了爐膛水平方向上熱負(fù)荷的均勻性，會致使熱偏差較大，極易造成水冷壁出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。

（3）鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時超溫。超臨界W 型火焰鍋爐中，水冷壁管內(nèi)部最上端為液體，最下端為蒸汽，中間部位是水和蒸汽的混合物，工質(zhì)的相變點地點，伴隨負(fù)荷的變動而變動。因為蒸汽與水的密度有一定差異，在同根水冷管中，工質(zhì)流量會依據(jù)各個時刻負(fù)荷的變動而產(chǎn)生變化，同時，會導(dǎo)致水冷壁的溫度產(chǎn)生變動，致使水冷壁壁管熱應(yīng)力產(chǎn)生變化，出現(xiàn)金屬疲勞，在氣體與液體兩相區(qū)，同種壓力差下，同個組別的熱負(fù)荷和水冷壁管架構(gòu)是相同的，然而，每根水冷壁管的流量有一定差異，為此流量比較小的壁管較易產(chǎn)生溫度超出要求的問題。

1.2 超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁集箱出入口及截流孔圈堵塞的問題

新安裝的機(jī)組，會通過酸洗或者吹管對管內(nèi)存在的焊渣、氧化皮等滯留物進(jìn)行清理，但清理得不夠徹底，機(jī)組在投入運行后，存在滯留物的水冷管壁內(nèi)的工質(zhì)流通減少，傳熱惡化，導(dǎo)致鍋爐水冷壁管超溫，情況嚴(yán)重時，會導(dǎo)致爆管的現(xiàn)象。

1.3 超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁制造設(shè)計及安裝上存在的缺陷

超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁在進(jìn)行設(shè)計時，中間過渡集箱選取的地點不科學(xué)，導(dǎo)致上端水冷壁管屏的溫差過大。在使用的過程中，導(dǎo)致水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的現(xiàn)象。

安裝上的缺陷也是造成超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂問題的重要原因之一。安裝上的缺陷主要是因為：首先，焊接工人在施工期間，操作不恰當(dāng)亦或未全面依照焊接工藝的要求焊接，導(dǎo)致焊縫的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。其次，裝設(shè)剛性梁的過程中，為依照安裝圖實施安裝作業(yè)，致使管屏在熱態(tài)的情況下膨脹受到阻礙，制約水冷壁的膨脹，僅可以依托水冷壁管管屏本身形狀的變化將應(yīng)力全部吸收，從而導(dǎo)致水冷壁管產(chǎn)生拉裂問題。

1.4 超臨界W 型火焰鍋爐運行不當(dāng)

因為該種類型的鍋爐的水冷壁較易產(chǎn)生溫度超標(biāo)和形狀變化、拉裂等諸多問題，為此，鍋爐在開啟、負(fù)荷改變與負(fù)荷較低的狀況下，應(yīng)當(dāng)注意風(fēng)的配置，特別是在切磨操作的過程中，應(yīng)當(dāng)對風(fēng)量和給沒量的變動速率加以科學(xué)管控，從而對熱偏差進(jìn)行管控，防止出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象。然而，鍋爐的實際的運行過程中，未能對其進(jìn)行嚴(yán)格的控制，更是加劇了水冷壁超溫現(xiàn)象的發(fā)生，促使其出現(xiàn)變形及拉裂的出現(xiàn)，嚴(yán)重時會出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象。

2 防止超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁出現(xiàn)變形、拉裂的措施

超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁的變形及拉裂現(xiàn)象，對機(jī)組的安全運行造成直接地影響。而導(dǎo)致水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的主要原因制定預(yù)防措施時，也應(yīng)結(jié)合設(shè)計、安裝及運行等方面的情況，進(jìn)行綜合的治理。

2.1 增加超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁壁溫測點及壁溫報警

超臨界W 型火焰鍋爐在運行的過程，控制爐膛水冷壁的壁管不超溫，同時，將沿寬度方向的汽溫偏差控制在合理的范圍內(nèi)，可以有效地防止水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的現(xiàn)象。所以鍋爐在運行的過程中，對水冷壁的壁溫進(jìn)行密切地監(jiān)視，對水冷壁的壁溫增加測溫點，并安裝壁溫報警裝置，當(dāng)水冷壁出現(xiàn)超溫或者溫差過大時，可以及時地采取措施進(jìn)行調(diào)整，避免水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的現(xiàn)象。

2.2 在超臨界W 型火焰鍋爐內(nèi)增設(shè)熱應(yīng)力釋放縫

超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的區(qū)域，主要集中在前墻的中部，因此，在該區(qū)域增設(shè)熱應(yīng)力釋放縫，可以將扁鋼割開用以釋放熱應(yīng)力，是防止超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁因變形及拉裂問題造成泄漏的最有效的措施之一。

2.3 在超臨界W 型火焰鍋爐內(nèi)增設(shè)衛(wèi)燃帶

在對超臨界W 型火焰鍋爐各種負(fù)荷下壁溫及燃燒的情況進(jìn)行充分掌握后，對極易出現(xiàn)高溫區(qū)域的部分水冷壁管，增設(shè)一定量的衛(wèi)燃帶，減少該區(qū)域的吸熱量，降低該區(qū)域水冷壁管出口蒸汽的溫度，進(jìn)而降低整個水冷壁區(qū)域的溫度水平，還能減少水冷壁的溫度偏差及熱應(yīng)力。

2.4 提高新安裝的超臨界W 型火焰鍋爐機(jī)組的清潔度

提高管子的清潔度，是防止鍋爐爆管問題出現(xiàn)的重要措施之一。因此，應(yīng)對新安裝的機(jī)組管內(nèi)的雜物進(jìn)行徹底的清理。在進(jìn)行清理時，需安排專人對通球?qū)嶒炦M(jìn)行百分百的旁站，以保障管屏的清潔度，同時，對集箱的清潔度采用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查，使得管子的清潔度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 提高超臨界W 型火焰鍋爐水冷壁設(shè)計及安裝的合理性

由于水冷壁中間集箱可以起到平衡壓力及對上水冷壁工質(zhì)進(jìn)行再次的分配功能，對水冷壁中間過渡集箱選擇合理的安裝位置，鍋爐制造商在進(jìn)行鍋爐設(shè)計時，取消原有的單根混合集箱，在上、下爐膛之間采用中間集箱進(jìn)行全混合，可以有效地解決因吸熱及流量不均而導(dǎo)致的出口工質(zhì)溫度偏差問題，與過渡集箱相比，在穩(wěn)定運行時，上部水冷壁出口壁溫偏差可降低10 ～15℃，非正常運行的情況下，溫度偏差也可減小30 ～40℃。在進(jìn)行安裝時，由專業(yè)的焊接人員嚴(yán)格地按照焊接工藝進(jìn)行操作，保障焊縫的質(zhì)量。剛性梁的安裝也嚴(yán)格地按照施工圖紙進(jìn)行，以保障安裝主梁符合設(shè)計的要求。

2.6 保障超臨界W 型火焰鍋爐的科學(xué)運行

超臨界W 型火焰鍋爐在啟動及變負(fù)荷時，極易造成水煤比失調(diào)，進(jìn)而引起水冷壁壁溫升高，所以在鍋爐變負(fù)荷前，可以適當(dāng)?shù)亟档椭髌麥?，結(jié)合汽溫及水冷壁的壁溫的變化來調(diào)節(jié)給水量及燃料量，優(yōu)化配風(fēng)方式，進(jìn)而控制熱偏差，避免水冷壁出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

超臨界W型火焰鍋爐是燃燒劣質(zhì)煤及無煙煤的重要爐型，在低負(fù)荷溫燃和燃燒效率方面有著很大的優(yōu)勢，然而，超臨界W 型火焰鍋爐在投入使用中，水冷壁均出現(xiàn)了變形及拉裂的問題，經(jīng)研究，造成水冷壁出現(xiàn)變形及拉裂的主要原因是水冷壁超溫、水冷壁管間熱偏差較大以及膨脹受阻等，結(jié)合這些原因制定相應(yīng)的解決措施，保障超臨界W 型火焰鍋爐燃燒穩(wěn)定，將熱偏差控制在合理的范圍內(nèi)，進(jìn)而可以有效地避免水冷壁變形及開裂問題的發(fā)生。