鍋爐受熱面管失效原因及防治措施

劉永杰

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

鍋爐受熱面作為鍋爐的基礎組成部分，由多個管構件組成。在生產活動中擔負著給汽、水幾面提供煙氣熱量的作用。所處環境復雜、惡劣，即使當代科學技術如此發達，在發明了如此多種類的新材料、新技術、新設備的情況下也只能緩解鍋爐受熱面管的失效問題，并不能直接解決。因此，我們需要深入地分析鍋爐受熱面管失效的成因，如此才能提出并實施預防和解決措施。

1 鍋爐受熱面管失效的原因

1.1 管壁結垢。水垢會增加管道的熱阻，尤其CsSO4、MgSO4、CaSiO4、含鐵水垢等威脅更大、傳熱效果更差。水垢作為鹽類的高溫產物，它的導熱系數自然比導熱性能強的金屬的導熱系數小很多。如若水垢附著在管壁上，自然會導致管壁的傳熱效果降低，排煙溫度升高。水垢1mm 厚度時就要多消耗2～3%的燃料，而且水垢可能會導致部分管壁過熱，造成鼓包、爆管，嚴重威脅鍋爐安全。

水垢的主要成因是：在省煤器和鍋筒中，水溫不斷升高，一部分物質在溫度變高的情況下溶解度也會隨之變低。鍋爐的水垢的主要成分為鈣、鎂鹽類，這類物質正好符合這一特性。鍋爐水在鍋爐中不斷蒸發濃縮，到達溶解極限之后鈣鎂鹽就會以沉淀的形式析出。而這些鈣鎂鹽析出后還會在高溫的作用下發生反應變成更難溶解的沉淀。

1.2 水循環故障。水循環故障通常只發生在水循環不利的管子（熱負荷最大、熱負荷最小、異物堵塞)上。因水循環故障而爆破的管子一般不多，內部一般也沒有水垢。故障原因是：熱負荷極大的取悅產生蒸汽，供水不足，使水管內壁上的流動水汽化，得不到充分冷卻而燒壞管道。長期超負荷運行鍋爐導致的受熱最差的水冷壁管破裂。異物堵塞造成了水循環的破壞而導致水管冷卻不足而使水管被燒壞。

1.3 磨損現象。根據磨損的成因不同，可以分為三種：（1）煙氣流速過快導致的磨損。鍋爐嚴重超負荷運行時需要燃燒更多的燃料。煙氣的含量和燃料成正比，燃料的大量投入必然導致飛灰的大量產生。飛灰磨損的增加和負荷增加的三次方成正比。磨損的嚴重程度還和飛灰的流動速度有關，飛灰的流動速度越大，對受熱面的磨損也就越大，燃煤鍋爐的氣流速度不贏高于10～15m/s。這種磨損常常出現在流化床鍋爐的埋管、爐膛出口的凝渣管等。（2）灰粒特性造成的磨損。為了節省費用，有很多企業將鍋爐改為燃用谷殼的鍋爐。因為技術不精或其他原因改造方法一般并不得當，不會加入合理的防護措施。燃燒谷殼所產生的灰粒會對煙管產生極大的磨損，平均下來1 年左右就會發生漏水現象。燃用谷殼鍋爐的磨損在火管鍋爐上更為明顯。DZ 型鍋爐中，熱解谷殼灰分的SiO2的含量高，SiO2等顆粒有極高的硬度，對管道有極大的損害。（3）機械磨損。DZ 型鍋的拔火門一般用來觀察火焰顏色、爐內部件情況等。爐內位于拔火門處的管子常常因為拔火過程中操作不當而發生磨損。

1.4 缺水現象。缺水是鍋爐中最為普遍和危險的事故之一。管道受熱變形、過熱、爆破甚至是鍋爐爆炸都很有可能是缺水導致的。缺水會直接導致鋼管的局部或大部分難以冷卻，使管道壁溫度急劇升高，抗拉能力降低。管內汽壓超過應力極限，使管道變形、鼓包，直至爆破。

1.5 受熱面管腐蝕。腐蝕分為氧腐蝕和低溫硫腐蝕。氧腐蝕多成因于蒸汽鍋爐的除氧不凈，水中溶解的氧氣由于受熱溶解度變低而逸出，進而與金屬在水環境下發生腐蝕。一般的鍋爐使用企業都沒有做好除氧工作，使得省煤器內壁、入口端極易被氧腐蝕。補給水的占比越大，管道中水的氧含量也就越大，氧腐蝕也就越嚴重。鍋爐停用導致的空氣流入也會導致管內水膜的氧含量增高從而發生氧腐蝕。氧腐蝕常出現于鋼管省煤器、給水管附近、上部煙管和下降管。

低溫硫腐蝕只發生在省煤器外壁。成因為排煙溫度過低，關閉溫度低于煙氣露點，省煤器外壁低溫流含量過高。含硫量高和過熱空氣系數大都會到時煙氣露點溫度升高，從而使腐蝕的概率升高。

2 防止鍋爐受熱面管失效的有效措施

2.1 確保水質達標，防止管壁結垢。鍋爐水就好比人的血液，鍋爐水質就好比人的血質。提高鍋爐水質是直接降低管壁結垢概率的方法。在我國，鍋爐水質有一套行業規定的標準：無論是鍋外化學處理還是鍋內加藥都要讓水質達到GB1576-2001《工業鍋爐水質標準》，爭取鍋爐無垢運行。鍋外的化學處理是目前鍋爐水處理的主流方式，能有效降低水中的Ca2+、Mg2+，從根本上解決水垢產生的源頭。而常用的化學藥劑為純堿、磷酸三鈉的除垢方式是維持水中有過剩的CO32-或者PO43-來形成松散的水渣，從而達到除垢的目的。

注意，純堿法應控制壓力，否則容易產生Mg（OH）2變成附著軟垢，反而增加了管道中的水垢。

2.2 確保水體的運動壓頭，保持回路高度。預防水循環故障的重中之重就是確保鍋爐中水體具有一定的運動壓頭，保持一定的回路高度，就能確保水循環的可靠性。我們需要著眼于結構對其本身產生的影響，需要布置足夠的下降管和蒸汽引出管。使下降管的總截面積約為上升管的30%左右，下降管應絕熱，盡量從汽包最下方引出；減少壁管的急轉彎，避免水平受熱面，要大于15°。

2.3 加強煤炭質量管控，防止磨損現象。普遍的減少磨損現象的方法：使用高質量的煤炭。一些高質量煤炭具有燃燒后煙塵較少的特點，這正好符合我們鍋爐對于煙氣的低煙量的要求。正確計算布置煙道截面，運行的時候風量不宜過大，合理控制煙氣流速。定期檢查保養，埋管防磨片要定期更換。加強對流管隔煙墻的漏風檢查。吹灰器不要正對管子。

對于改燒谷殼的DZ 鍋爐，有如下方法：谷殼的送入方式改為用鏈條爐排送入爐膛，前文已經提到，飛灰的量和燃料的過投入比有關，減少高負荷運行時間就能減輕磨損。由于煙氣具有入口效應，一般距離管端50mm 左右磨損最為嚴重。將管端設計成管套模式，經常更換可以有效的減少磨損。消除水垢，防止水垢的松散對管體的磨損和傷害。

2.4 雙重保護機制，防止缺水。對于缺水情況，我們要采取雙重保護、多重保護相結合的方法。保證在一種方法失靈的時候另一種保護機制可以及時、有效的投入使用。首先使用多重的水位保護機制，再設置排煙溫度過高鍋爐自動停機的保護裝置。這是因為在煙氣溫度過高時極易產生蒸汽含量過高而使水分散失的狀況，為了避免這一情況而設置自動停機裝置。

2.5 受熱面管腐蝕防范措施。（1）氧腐蝕的防范措施。鍋爐中的氧腐蝕的主要來源是鍋爐用水中的氧。這部分氧很難去除，必須要同時使用化學除氧和除氧器結合的辦法。常見除氧器的工作原理是通過增加水的溫度，降低氧化性物質在水中的溶解度，使其逸出。現在還有一些諸如真空除氧和解析除氧的方法由于成本和本身的技術問題并未推廣?；瘜W除氧由于所用藥劑的成本過高，一般作為除氧器的輔助方法使用。將化學藥劑如：聯胺、DMKO 等加入水中達到除氧效果。（2）低溫硫腐蝕的防范措施。低溫硫腐蝕的防范主要在于控制硫的來源。在鍋爐中，硫元素的主要來源是燃料，使用低硫燃料或者自備脫硫技術可以有效地減少低溫硫腐蝕現象。與此同時我們還要控制過量空氣系數，將過量空氣系數控制在1.05～1.1 之間可以有效地減少SO3的生成。提高排煙溫度，配合露點以上的排煙溫度（180～250℃）可以防止省煤器被低溫硫腐蝕。

3 結論

受熱面管是鍋爐當中的十分重要的組成部分，保證受熱面管的穩定運行就是保障鍋爐的穩定、安全。為了這一點，相關的工作人員要嚴格按照規定、指標來對鍋爐受熱面管進行安裝、檢查、使用、維護，保證鍋爐的使用壽命和安全。我們相關的專業工作者也要研究實效問題的其發生規律，提出能夠切實預防和處理的措施。