某電廠有2臺(tái)220 t/h鍋爐，1997年投產(chǎn)使用，型號(hào)為DG220/9. 8-8單汽包自然循環(huán)、倒U型布置鍋爐，設(shè)計(jì)燃料以煤粉為主，點(diǎn)火方式為三級(jí)點(diǎn)火，點(diǎn)火器液化氣渣油煤粉，爐膛四角切向布置燃燒器，氣流在爐膛中心形成直徑為D= 561mm的假想切圓(某年曾對(duì)燃燒器改造，目前假想切圓直徑D- 600 mm)。2010年某月，該爐連續(xù)兩次發(fā)生水冷壁管泄漏和爆管事故，發(fā)生部位均為燃燒器上方，停爐后，檢查發(fā)現(xiàn)爐膛水冷壁四周有不同程度的腐蝕現(xiàn)象。為確保鍋爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，對(duì)爆管和腐蝕產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。
1、水冷壁爆管的原因分析
    從拆除下來的水冷壁管宏觀觀察，管肇內(nèi)部有深淺不一的坑，初步判斷這些坑可能是由酸堿腐蝕或是電化學(xué)腐蝕等原因造成的，將爆管處水冷壁外垢樣及鍋爐給水水樣送往專業(yè)機(jī)構(gòu)分析化驗(yàn)，分析結(jié)果見表1。
從表1中可以看出，其腐蝕垢樣的主要成分是Fe2 03、S03等，具有高鐵、高硫特點(diǎn)，屬于水冷壁管發(fā)生高溫腐蝕的基本特征，在電廠（包括自備電站）中最常見的腐蝕方式為：硫化物( FeS2、H2S)型腐蝕、焦硫酸鹽型腐蝕和氯化物型腐蝕，通常水冷壁管發(fā)生高溫腐蝕的區(qū)域多在燃燒高溫區(qū)，即局部熱負(fù)荷較高，管壁溫度也較高的區(qū)域，如燃燒器區(qū)附近，其余區(qū)域的高溫腐蝕明顯減弱或根本不發(fā)生高溫腐蝕；發(fā)生高溫腐蝕的管子向火側(cè)正面的腐蝕速度加快，造成管壁減薄，背火側(cè)則不易發(fā)生高溫腐蝕。
    三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下圖所示：1.1燃燒煤種含硫量較高的分析
    該電廠2010年某季度原煤煤樣中含硫化驗(yàn)平均統(tǒng)計(jì)與鍋爐設(shè)計(jì)煤種w(S)=0.36%相比較，燃用煤種的實(shí)際含硫量偏高，個(gè)別來煤中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，根據(jù)含硫量測(cè)定及鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況的實(shí)驗(yàn)研究可以判斷，實(shí)際燃煤含硫量高，是鍋爐受熱面產(chǎn)牛高溫腐蝕的一個(gè)因素。
1.2燃燒器動(dòng)力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的分析
    某電力科學(xué)研究院對(duì)1*爐進(jìn)行空氣動(dòng)力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量過程中發(fā)現(xiàn)入爐最近的2#、3#角的兩個(gè)一次風(fēng)管風(fēng)速高，最遠(yuǎn)的兩個(gè)1#、4#角的一次風(fēng)管風(fēng)速低，風(fēng)速不均也促成局部偏燒現(xiàn)象。另外該鍋爐使用的一次風(fēng)門調(diào)節(jié)手段較落后，該電力科學(xué)研究院建議將一次風(fēng)門的固定齒由原來的12齒粗調(diào)變?yōu)?4齒細(xì)調(diào)，盡量使風(fēng)門實(shí)現(xiàn)微調(diào)，以免影響一次風(fēng)壓。
    通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，二次風(fēng)風(fēng)速較小，二次風(fēng)率下降，對(duì)煤粉的輔助燃燒能力變差，造成火焰中心卜移，后部煙道有積灰，飛灰可燃物含量變大，效率下降，使得煤粉在缺氧狀態(tài)下燃燒，再射流下游形成局部還原性氣氛。當(dāng)未完全燃燒的煤粉氣流沖刷高溫區(qū)水冷壁管時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水冷壁管高溫腐蝕，并最終發(fā)生爆管。
1.3鍋爐水源水質(zhì)分析
    該電廠鍋爐補(bǔ)給水主要來自化學(xué)水處理二級(jí)脫鹽水、汽輪機(jī)凝結(jié)水、化工裝置來的凝結(jié)水等混合后送往鍋爐。這些水首先經(jīng)熱力除氧器除氧，再通過汽機(jī)加熱器加熱送入鍋爐。該電廠鍋爐給水化驗(yàn)與監(jiān)督是采用手工定時(shí)不連續(xù)方式進(jìn)行，因此，存在一定的盲區(qū)，可能有一部分雜質(zhì)不可避免地被帶入給水，然后進(jìn)入鍋爐。爆管后，該電廠將該水質(zhì)送往專業(yè)機(jī)構(gòu)分析，水質(zhì)分析結(jié)果見表2。
  從表2可以看出：化學(xué)水處理脫鹽水指標(biāo)能控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定范圍內(nèi)，但化上裝置凝液中存在的雜質(zhì)進(jìn)入鍋爐，造成爐水品質(zhì)惡化。水中溶解的雜質(zhì)（鹽類）形成水垢，造成管壁熱阻增大，傳熱效果不好，管材長(zhǎng)期超溫運(yùn)行導(dǎo)致爆管。再加上干凈的鍋爐蒸發(fā)面金屬容易離子化，即Fe- 2e—Fez+，使鍋爐表面帶負(fù)電荷，而一些結(jié)垢物質(zhì)常常帶正電荷，這樣由于靜電吸引作用，使結(jié)垢物質(zhì)沉積在金屬表面而生成水垢，致使局部管壁過熱，導(dǎo)致發(fā)生爆管事故。
    由于鍋爐爐水水質(zhì)超標(biāo)（尤其以甲酸、乙酸為主），對(duì)鍋爐內(nèi)表面進(jìn)行腐蝕。鍋爐水質(zhì)Cl-超標(biāo)，導(dǎo)致水冷壁部發(fā)生氯化物腐蝕，水冷壁管變薄，如果長(zhǎng)時(shí)間Cl-超標(biāo)極易發(fā)生爆漏導(dǎo)致水冷壁爆管。為此需要對(duì)現(xiàn)有水冷壁進(jìn)行全面、認(rèn)真檢查，凡是管壁脹粗超標(biāo)的或表面有裂紋的，應(yīng)全部給予更換。
1.4靜態(tài)場(chǎng)的問題分析
    該鍋爐設(shè)計(jì)的煤種是二類煙煤，實(shí)際燃燒煤種介于一類與二類之間，不易著火，改造之后的燃燒器爐內(nèi)假想切圓變大，運(yùn)行時(shí)制粉系統(tǒng)風(fēng)速很高，38、48角還有點(diǎn)偏，導(dǎo)致形成的切圓變形更大，噴燃器出口邊緣靠近水冷壁處燃燒程度變強(qiáng)，并且灰份沖刷水冷壁能力增強(qiáng)，使得水冷壁管外表面出現(xiàn)很多小麻點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果：噴燃器背火側(cè)風(fēng)速高，向火側(cè)風(fēng)速低，而向火側(cè)煤粉濃度高，引起偏燒，從而對(duì)水冷壁的烤灼能力增強(qiáng)，尤以48角為重。對(duì)切圓燃燒鍋爐，當(dāng)燃燒切圓直徑過大、火焰中心未形成切圓或燃燒切圓偏移時(shí)，致使?fàn)t內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)傾斜，燃燒器區(qū)域出現(xiàn)火焰沖墻和還原性氣氛，從而發(fā)生高溫腐蝕，最終導(dǎo)致爆管事故發(fā)生。
1.5高壓加熱器停運(yùn)問題分析
    不使用高壓加熱器，給水溫度低，省煤器溫度低，相同負(fù)荷下需要鍋爐增加部分燃煤量，彌補(bǔ)省煤器、水冷壁熱量不足，受熱面的吸熱量要增大，相當(dāng)于鍋爐出力增加。
1.6操作人員未按規(guī)范進(jìn)行操作分析
    鍋爐水中呈懸浮物狀態(tài)的鹽類有些具有很強(qiáng)的黏性，如Mg3 (P04)2和Mg(()H)2等。由于鍋爐運(yùn)行時(shí)化學(xué)監(jiān)督人員對(duì)爐水是人工間接性分析與加藥，沒有在線分析自動(dòng)加藥儀表設(shè)備，存在分析和加藥盲區(qū)；鍋爐運(yùn)行人員定期排污不規(guī)范，為了節(jié)能節(jié)水，連排閥門開度過小、致使?fàn)t水懸浮狀態(tài)的鹽類增多，濃度增大，從而很容易粘附在鍋爐熱負(fù)荷較高的受熱面上，經(jīng)過高溫烘熔后，進(jìn)行局部反應(yīng)，使沉淀物形態(tài)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變?yōu)樗�垢（即從泥垢轉(zhuǎn)化為水垢），堵塞水冷壁排污管和部分水冷壁下部管段，導(dǎo)致循環(huán)不好。
由以上原因分析可知，造成鍋爐水冷壁管高溫腐蝕和壁管變薄的原因，主要是水質(zhì)不合格、煤中含硫量較高、燃燒切圓偏大、一二次風(fēng)配比不合理，致使燃燒器周圍的水冷壁管處于高溫、水質(zhì)惡化、水循環(huán)差、存在一定還原性氣氛中運(yùn)行，從而造成了嚴(yán)重的高溫腐蝕和管壁變薄。
2、改進(jìn)和預(yù)防措施
    該電廠建市了一套完善的水質(zhì)管理、汽水監(jiān)督管理辦法及實(shí)施細(xì)責(zé)。設(shè)備管理方面則要求根據(jù)實(shí)際情況，定期對(duì)水冷壁管進(jìn)行割管檢查，為了保證鍋爐長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行，需要從以下幾方面進(jìn)行調(diào)節(jié)和處理。
    (1)為了有效防止噴口背火側(cè)沖刷水冷壁的現(xiàn)象，建議在雙通道一次風(fēng)噴口內(nèi)背火側(cè)貼一塊檔風(fēng)帖板，3*、4*角噴口背火側(cè)壁帖板，角度與壁面夾角不超過6°，1#、2#角噴口背火側(cè)壁也對(duì)應(yīng)帖板，夾角不超過4。，這樣可以保證各噴口背火側(cè)的水冷壁的沖刷磨損現(xiàn)象，減小爐內(nèi)該區(qū)域爆管的概率。
    (2)加強(qiáng)對(duì)燃料的控制，可通過燃燒前和燃燒中除硫的方法，降低燃料的含硫量；同時(shí)控制適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度，盡可能均勻各燃燒器之間的煤粉濃度分布；
    (3)加強(qiáng)對(duì)給水的控制，適當(dāng)提高高溫腐蝕區(qū)域水冷壁管內(nèi)水流速度，降低管壁溫度，嚴(yán)格控制給水品質(zhì)，避免因水冷壁管內(nèi)結(jié)垢而影響換熱，從而導(dǎo)致水冷壁管壁溫度增加；
    (4)提高金屬抗腐蝕能力，可采用在管外金屬（鎳、鋁）熱噴涂工藝，用于表面防護(hù)，降低腐蝕速度；
    (5)加強(qiáng)燃燒凋整、合理配風(fēng)，以達(dá)到降低水冷壁附近還原性氣氛和避免煙氣直接沖刷水冷壁兩個(gè)目的；
    (6)加強(qiáng)排污管理，嚴(yán)格考核，保證鍋爐給水品質(zhì)合格，建議每年做一次空氣動(dòng)力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。
    (7)建議在高壓加熱器允許投運(yùn)的情況下盡可能長(zhǎng)周期投運(yùn)，以保證鍋爐在經(jīng)濟(jì)工況下安穩(wěn)運(yùn)行。
3、結(jié)論
    水冷壁管爆管后，技術(shù)人員對(duì)鍋爐實(shí)施了以上改進(jìn)和預(yù)防措施，經(jīng)過半年多的實(shí)際運(yùn)行，目前水冷壁管無異�，F(xiàn)象發(fā)生，各項(xiàng)工藝指標(biāo)受控，能夠?yàn)殄仩t長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行提供有力保障，對(duì)同行業(yè)電廠鍋爐安穩(wěn)運(yùn)行具有一定的借鑒作用。