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、化學物理分析來對爆管原因進行分析，確定根本原因。鍋爐水冷壁爆管的原因多為水循環故障、腐蝕與裂紋等。通過對根本原因的分析，制定出相關的避免水冷壁爆管的有效措施，提高使用效率。

關鍵詞： 鍋爐；水冷壁；爆管

引言

鍋爐在電力企業中擔當著重要的作用，也是民用取暖的熱能供給源。鍋爐設施的正常運行是企業生產、民用取暖的基本保障。隨著鍋爐的長期運行，其水冷壁會發生相應的磨損。長期的磨損往往會導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濟利益，水冷壁管的開裂不僅會使機組不能正常運行，導致電廠的發電量大幅度的下降，同時電廠還需要增加人員對電廠進行檢修工作，相應的檢修費用也會直接損害到電廠的經濟利益。

一、鍋爐水冷壁爆管的危害

首先對鍋爐的水冷壁管有一個初步的了解。其一般敷設在鍋爐的爐膛四周，由多根并聯管組成的水冷包殼。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，內部介質受熱后做上升運動，蒸發的氣體或流動的水在管內流動，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，而是為了使爐膛冷卻，避免受到高溫的破壞，只是取代了汽包，成為鍋爐運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?，F代水管鍋爐以水冷壁當成鍋爐主要的蒸發受熱面。水冷壁的工作條件較為復雜，要承受高溫高壓的工作條件，同時還要受到煙氣側的腐蝕與疲勞損傷，在使用過程中，極容易出現水冷壁管的泄漏問題。

二、鍋爐水冷壁的作用

1、吸收鍋爐燃燒室內輻射出來的熱量，輔助完成水冷壁管內水的氣化任務。

2、降低鍋爐爐膛內側爐體溫度，可以避免爐體內側出現結渣現象，實現對爐體內側的保護，同時，水冷壁的冷卻作用，在爐體結構設計過程中可以適當降低爐體壁厚，降低材料需求量，降低整體經濟成本。

3、對于采用水冷壁的鍋爐結構比采用對流管的鍋爐結構簡單，大大降低材料的需求量。

三、鍋爐水冷壁爆管原因分析

1、鍋爐給水質量

（1）鍋爐補給水來源于化學制水，是生水經過加熱至25℃后送至化學予處理，再經過反滲透裝置、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、高壓脫氧器進行除鹽水脫氧，同時加乙醛肟進行深度除氧。哪個環節未達到制水標準，都會使水質超過標準值，威脅水冷壁的安全。

（2）凝汽器是汽輪機的主要設備之一。汽輪機做功后的低溫、低壓蒸汽，通過凝汽器的冷卻后成為凝結水，可作為鍋爐的主給水。當凝汽器銅管發生漏泄，冷卻介質的軟化水漏入凝結水里，污染凝結水，凝結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）汽輪機低壓缸軸封供汽壓力降低。低壓汽缸的上、下結合面嚴密性不好，真空系統凝結水泵、閥門法蘭、壓蘭嚴密性差都會引起空氣漏入凝結水里，含氧量升高，造成水冷壁氧腐蝕。

（4）汽輪機抽出的低壓蒸汽與熱網軟化水在加熱器內，進行表面換熱，發生漏泄，軟化水進入凝結水里，污染凝結水。

（5）疏水系統主要回收高壓蒸汽、低壓蒸汽凝結水，重新利用。當水質不合格，就污染了整個疏水箱的凝結水。

2、管外高溫腐蝕

由于鍋爐的主要部件長期處于高溫、高壓環境下，極易造成鍋爐水冷壁靠近燃燒室一側發生高溫腐蝕現象。通過調查國內的一些電廠鍋爐使用情況，數據顯示，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常出現腐蝕現象的罪魁禍首。由于燃燒室內的火焰溫度達到1500攝氏度左右，而煤中所含的礦物質氣化后揮發出來，導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、高壓環境，到時水冷壁管極易出現高溫腐蝕現象。由于鍋爐內燃燒室周邊水冷壁管內的冷卻水中熱流含量比較高，導致水冷壁內的冷卻水的溫度梯度大。鍋爐在高負荷情況下，熱輻射能量高，靠近燃燒室側爐壁溫度較高，容易引起水冷壁內形成水垢，而水垢的形成也加快了水冷壁溫度的升高，導致其惡性循環，加快了水冷壁的高溫腐蝕，直至水冷壁出現爆管事故。目前，由于我國燃燒煤炭質量不達標，燃燒后生成對鍋爐水冷壁造成高溫腐蝕的氣體和雜質，主要有：① 硫酸鹽類高溫腐蝕物質；② 氯化物高溫腐蝕物質；③ 硫化物高溫腐蝕物質。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

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

4、氫脆的發生

氫脆通常發生在鍋爐水冷壁管的向火側，當運行中管內發生汽水分層或蒸氣停滯時，鍋爐給水質量不佳，雜物在高溫區管壁內沉積并積成鹽垢，或發生局部腐蝕時，都會導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生反應生成氫原子。生成氫原子如不能很快被水帶走，氫即會進一步進入鋼內與碳化三鐵繼續作用成甲烷。甲烷氣體的形成一方面使鋼材嚴重脫碳并在鋼內部形成很大的局部壓力，以致形成嚴重的裂紋，使鋼材的強度、塑性嚴重下降，發生氫脆爆管。

四、鍋爐水冷壁爆管預防措施

1、加強散垢處理

對于污垢對于鍋爐的影響較大，需要引起足夠的重視。首先嚴把化學技術監督，嚴格執行汽水品質跟班取樣化驗的規定，以確保良好的汽水品質。按鍋爐停用時間長短使用不同的保養措施與方法，根據垢量、運行周期適時對鍋爐進行一定程度的酸洗，從而保證水冷壁管的傳熱效果；在鍋爐運行過程中，要加強吹灰管理，制定合理的吹灰程序、參數和吹灰周期，避免發生由于人為操作不當或吹灰設備存在缺陷而造成的受熱面損傷。

2、提高運行監盤質量

鍋爐運行中加強監盤質量，對汽包水位重點監視和調整，保持汽包水位的穩定。合理的分配爐內熱負荷，盡量保持一、二次風動力平衡，防止火焰偏斜。當給水溫度降低時，根據鍋爐給水溫度影響值，相應控制鍋爐總燃燒量，防止給水溫度低強帶負荷，高溫段水冷壁管壁超溫而爆管。

3、注重鍋爐運行前的預處理

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，在鍋爐運行前應注意及時清除水冷壁表面的砂塵、鐵銹、油污和焊渣?？梢圆捎脟娚暗姆绞匠羲浔诒砻娴蔫F銹，用壓縮空氣將管釘上的砂塵吹掃干凈。如果電廠沒有相應的噴砂技術，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、加強日常檢查與水質管理？

由于鍋爐水冷壁發生事故比較頻繁，必須加強水冷壁管的日常檢查工作，做到提前預防水冷壁爆管現象的發生，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，做到對事故的預判和預防目的。冷卻水是水冷壁中運輸的主要物質，加強冷取水質量監督，杜絕不達標水質的使用。同時，認真分析冷卻水里添加劑使用比例，加強添加劑的使用規范，改善水質的PH值，降低冷卻水中有害物質對水冷壁的危害。

五、結語

目前，隨著大型火電機組的投入運營，鍋爐水冷壁爆管問題日漸突出，嚴重影響了鍋爐的安全經濟運行，因此，減少鍋爐水冷壁爆管次數，降低鍋爐非計劃停運時間，是提高鍋爐運行可靠性和經濟性的關鍵因素。我們應堅持以“預防為主”，研究并探索水冷壁爆管的特點和規律，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，使鍋爐能夠良好運行，進一步提高鍋爐的安全性、可靠性和經濟性。