燃煤鍋爐水冷壁爆管分析

蘭興旺

摘 要： 鍋爐水冷壁爆管將直接影響到鍋爐的正常運(yùn)行，也會對使用效果造成一定的影響。本文通過對鍋爐水冷壁的宏觀檢查、化學(xué)物理分析來對爆管原因進(jìn)行分析，確定根本原因。鍋爐水冷壁爆管的原因多為水循環(huán)故障、腐蝕與裂紋等。通過對根本原因的分析，制定出相關(guān)的避免水冷壁爆管的有效措施，提高使用效率。

關(guān)鍵詞： 鍋爐；水冷壁；爆管

引言

鍋爐在電力企業(yè)中擔(dān)當(dāng)著重要的作用，也是民用取暖的熱能供給源。鍋爐設(shè)施的正常運(yùn)行是企業(yè)生產(chǎn)、民用取暖的基本保障。隨著鍋爐的長期運(yùn)行，其水冷壁會發(fā)生相應(yīng)的磨損。長期的磨損往往會導(dǎo)致水冷壁的開裂甚至泄漏。水冷壁的開裂和泄漏會間接影響到電廠的經(jīng)濟(jì)利益，水冷壁管的開裂不僅會使機(jī)組不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致電廠的發(fā)電量大幅度的下降，同時(shí)電廠還需要增加人員對電廠進(jìn)行檢修工作，相應(yīng)的檢修費(fèi)用也會直接損害到電廠的經(jīng)濟(jì)利益。

一、鍋爐水冷壁爆管的危害

首先對鍋爐的水冷壁管有一個(gè)初步的了解。其一般敷設(shè)在鍋爐的爐膛四周，由多根并聯(lián)管組成的水冷包殼。水冷壁是鍋爐的主要受熱部位，由多根鋼管組成，吸收膛中的高溫輻射熱量，內(nèi)部介質(zhì)受熱后做上升運(yùn)動，蒸發(fā)的氣體或流動的水在管內(nèi)流動，外部則接受鍋爐的熱。水冷壁管開始的主要作用并非是為了受熱，而是為了使?fàn)t膛冷卻，避免受到高溫的破壞，只是取代了汽包，成為鍋爐運(yùn)行中的主要受熱部分。鍋爐中有50%左右的熱都由水冷壁吸收。現(xiàn)代水管鍋爐以水冷壁當(dāng)成鍋爐主要的蒸發(fā)受熱面。水冷壁的工作條件較為復(fù)雜，要承受高溫高壓的工作條件，同時(shí)還要受到煙氣側(cè)的腐蝕與疲勞損傷，在使用過程中，極容易出現(xiàn)水冷壁管的泄漏問題。

二、鍋爐水冷壁的作用

1、吸收鍋爐燃燒室內(nèi)輻射出來的熱量，輔助完成水冷壁管內(nèi)水的氣化任務(wù)。

2、降低鍋爐爐膛內(nèi)側(cè)爐體溫度，可以避免爐體內(nèi)側(cè)出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對爐體內(nèi)側(cè)的保護(hù)，同時(shí)，水冷壁的冷卻作用，在爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可以適當(dāng)降低爐體壁厚，降低材料需求量，降低整體經(jīng)濟(jì)成本。

3、對于采用水冷壁的鍋爐結(jié)構(gòu)比采用對流管的鍋爐結(jié)構(gòu)簡單，大大降低材料的需求量。

三、鍋爐水冷壁爆管原因分析

1、鍋爐給水質(zhì)量

（1）鍋爐補(bǔ)給水來源于化學(xué)制水，是生水經(jīng)過加熱至25℃后送至化學(xué)予處理，再經(jīng)過反滲透裝置、除二氧化碳器、陽浮床、陰浮床、混床處理后變成除鹽水，由除鹽水泵送至低壓脫氧器、高壓脫氧器進(jìn)行除鹽水脫氧，同時(shí)加乙醛肟進(jìn)行深度除氧。哪個(gè)環(huán)節(jié)未達(dá)到制水標(biāo)準(zhǔn)，都會使水質(zhì)超過標(biāo)準(zhǔn)值，威脅水冷壁的安全。

（2）凝汽器是汽輪機(jī)的主要設(shè)備之一。汽輪機(jī)做功后的低溫、低壓蒸汽，通過凝汽器的冷卻后成為凝結(jié)水，可作為鍋爐的主給水。當(dāng)凝汽器銅管發(fā)生漏泄，冷卻介質(zhì)的軟化水漏入凝結(jié)水里，污染凝結(jié)水，凝結(jié)水的鈉離子含量急劇升高，形成游離NaoH，造成鍋爐水冷壁的堿性腐蝕。

（3）汽輪機(jī)低壓缸軸封供汽壓力降低。低壓汽缸的上、下結(jié)合面嚴(yán)密性不好，真空系統(tǒng)凝結(jié)水泵、閥門法蘭、壓蘭嚴(yán)密性差都會引起空氣漏入凝結(jié)水里，含氧量升高，造成水冷壁氧腐蝕。

（4）汽輪機(jī)抽出的低壓蒸汽與熱網(wǎng)軟化水在加熱器內(nèi)，進(jìn)行表面換熱，發(fā)生漏泄，軟化水進(jìn)入凝結(jié)水里，污染凝結(jié)水。

（5）疏水系統(tǒng)主要回收高壓蒸汽、低壓蒸汽凝結(jié)水，重新利用。當(dāng)水質(zhì)不合格，就污染了整個(gè)疏水箱的凝結(jié)水。

2、管外高溫腐蝕

由于鍋爐的主要部件長期處于高溫、高壓環(huán)境下，極易造成鍋爐水冷壁靠近燃燒室一側(cè)發(fā)生高溫腐蝕現(xiàn)象。通過調(diào)查國內(nèi)的一些電廠鍋爐使用情況，數(shù)據(jù)顯示，鍋爐水冷壁附近的煙霧成分以及水冷壁的溫度是水冷壁外側(cè)常出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)住Ｓ捎谌紵覂?nèi)的火焰溫度達(dá)到1500攝氏度左右，而煤中所含的礦物質(zhì)氣化后揮發(fā)出來，導(dǎo)致鍋爐水冷壁附近空氣中聚集著大量的NaOH、HCl、H2S、SO2等腐蝕性氣體，這些腐蝕性氣體具有較高的還原性和氧化性，外加周圍高溫、高壓環(huán)境，到時(shí)水冷壁管極易出現(xiàn)高溫腐蝕現(xiàn)象。由于鍋爐內(nèi)燃燒室周邊水冷壁管內(nèi)的冷卻水中熱流含量比較高，導(dǎo)致水冷壁內(nèi)的冷卻水的溫度梯度大。鍋爐在高負(fù)荷情況下，熱輻射能量高，靠近燃燒室側(cè)爐壁溫度較高，容易引起水冷壁內(nèi)形成水垢，而水垢的形成也加快了水冷壁溫度的升高，導(dǎo)致其惡性循環(huán)，加快了水冷壁的高溫腐蝕，直至水冷壁出現(xiàn)爆管事故。目前，由于我國燃燒煤炭質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，燃燒后生成對鍋爐水冷壁造成高溫腐蝕的氣體和雜質(zhì)，主要有：① 硫酸鹽類高溫腐蝕物質(zhì)；② 氯化物高溫腐蝕物質(zhì)；③ 硫化物高溫腐蝕物質(zhì)。其中，硫化物高溫腐蝕型是鍋爐水冷壁的高溫腐蝕中比較常見的高溫腐蝕類型。

3、水冷壁管的裂紋

鍋爐在運(yùn)行過程中，水冷壁管產(chǎn)生機(jī)械疲勞裂紋。運(yùn)行中管子熱膨脹受阻，振動及聯(lián)接件之間有不同位移，使其承受交變應(yīng)力產(chǎn)生疲勞損壞，裂紋一般發(fā)生在管子外表面，破口邊緣不減薄，裂紋呈穿晶型。另外，焊接質(zhì)量不良引起焊接裂紋，腐蝕和應(yīng)力共同作用造成的腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕裂紋，從而造成水冷壁管的漏泄與爆管。

4、氫脆的發(fā)生

氫脆通常發(fā)生在鍋爐水冷壁管的向火側(cè)，當(dāng)運(yùn)行中管內(nèi)發(fā)生汽水分層或蒸氣停滯時(shí)，鍋爐給水質(zhì)量不佳，雜物在高溫區(qū)管壁內(nèi)沉積并積成鹽垢，或發(fā)生局部腐蝕時(shí)，都會導(dǎo)致局部管壁溫度升高，從而使管壁處的水蒸汽與鋼管中的鐵發(fā)生反應(yīng)生成氫原子。生成氫原子如不能很快被水帶走，氫即會進(jìn)一步進(jìn)入鋼內(nèi)與碳化三鐵繼續(xù)作用成甲烷。甲烷氣體的形成一方面使鋼材嚴(yán)重脫碳并在鋼內(nèi)部形成很大的局部壓力，以致形成嚴(yán)重的裂紋，使鋼材的強(qiáng)度、塑性嚴(yán)重下降，發(fā)生氫脆爆管。

四、鍋爐水冷壁爆管預(yù)防措施

1、加強(qiáng)散垢處理

對于污垢對于鍋爐的影響較大，需要引起足夠的重視。首先嚴(yán)把化學(xué)技術(shù)監(jiān)督，嚴(yán)格執(zhí)行汽水品質(zhì)跟班取樣化驗(yàn)的規(guī)定，以確保良好的汽水品質(zhì)。按鍋爐停用時(shí)間長短使用不同的保養(yǎng)措施與方法，根據(jù)垢量、運(yùn)行周期適時(shí)對鍋爐進(jìn)行一定程度的酸洗，從而保證水冷壁管的傳熱效果；在鍋爐運(yùn)行過程中，要加強(qiáng)吹灰管理，制定合理的吹灰程序、參數(shù)和吹灰周期，避免發(fā)生由于人為操作不當(dāng)或吹灰設(shè)備存在缺陷而造成的受熱面損傷。

2、提高運(yùn)行監(jiān)盤質(zhì)量

鍋爐運(yùn)行中加強(qiáng)監(jiān)盤質(zhì)量，對汽包水位重點(diǎn)監(jiān)視和調(diào)整，保持汽包水位的穩(wěn)定。合理的分配爐內(nèi)熱負(fù)荷，盡量保持一、二次風(fēng)動力平衡，防止火焰偏斜。當(dāng)給水溫度降低時(shí)，根據(jù)鍋爐給水溫度影響值，相應(yīng)控制鍋爐總?cè)紵浚乐菇o水溫度低強(qiáng)帶負(fù)荷，高溫段水冷壁管壁超溫而爆管。

3、注重鍋爐運(yùn)行前的預(yù)處理

如果水冷壁表面有砂塵、鐵銹、油污和焊渣，會加快水冷壁的開裂和泄漏。因此，在鍋爐運(yùn)行前應(yīng)注意及時(shí)清除水冷壁表面的砂塵、鐵銹、油污和焊渣。可以采用噴砂的方式除掉水冷壁表面的鐵銹，用壓縮空氣將管釘上的砂塵吹掃干凈。如果電廠沒有相應(yīng)的噴砂技術(shù)，可以采用鋼絲刷等將水冷壁表面的鐵銹和焊渣去除干凈。？

4、加強(qiáng)日常檢查與水質(zhì)管理？

由于鍋爐水冷壁發(fā)生事故比較頻繁，必須加強(qiáng)水冷壁管的日常檢查工作，做到提前預(yù)防水冷壁爆管現(xiàn)象的發(fā)生，針對水冷壁管容易受腐蝕的難易程度，制定有針對性的檢查方案，做到對事故的預(yù)判和預(yù)防目的。冷卻水是水冷壁中運(yùn)輸?shù)闹饕镔|(zhì)，加強(qiáng)冷取水質(zhì)量監(jiān)督，杜絕不達(dá)標(biāo)水質(zhì)的使用。同時(shí)，認(rèn)真分析冷卻水里添加劑使用比例，加強(qiáng)添加劑的使用規(guī)范，改善水質(zhì)的PH值，降低冷卻水中有害物質(zhì)對水冷壁的危害。

五、結(jié)語

目前，隨著大型火電機(jī)組的投入運(yùn)營，鍋爐水冷壁爆管問題日漸突出，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此，減少鍋爐水冷壁爆管次數(shù)，降低鍋爐非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間，是提高鍋爐運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。我們應(yīng)堅(jiān)持以“預(yù)防為主”，研究并探索水冷壁爆管的特點(diǎn)和規(guī)律，分析并查找水冷壁爆管的影響因素，制定有效的防范措施和改造方案，使鍋爐能夠良好運(yùn)行，進(jìn)一步提高鍋爐的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。