循环流化床锅炉水冷壁管泄漏原因分析

循环流化床锅炉水冷壁管泄漏原因分析
摘要：我国的循环流化床锅炉技术结合了国外一些先进的技术，充分根据我国自身的发展情况研发出的燃煤新技术，随着其应用范围的不断扩张，我国的循环流化床锅炉技术也逐步进行了改进和完善，具有十足的发展潜力，但是依旧存在着一些不足之处。

关键词：循环流化床锅炉；水冷壁管；泄漏原因；
引言
水冷壁作为吸收炉膛高温火焰或烟气辐射热量的主要受体，是锅炉的重要组成部件。

水冷壁的工作环境恶劣，在运行过程中极易发生故障而影响锅炉安全稳定运行。

因此，水冷壁是锅炉定期检验时的重点关注对象之一。

1循环流化床锅炉水冷壁管泄漏原因
循环流化床（CFB）锅炉作为一种高效率、低污染的燃煤设备，在煤种适应性和变负荷能力、污染物排放方面有独特优势，近年来得到快速的发展和应用。

CFB锅炉的失效主要为泄漏，据相关统计，CFB锅炉发生泄漏的原因主要分为以下几类：①受热面机械磨损导致的泄漏，占总泄漏数的37%；②热应力交变撕裂造成的泄漏，占总泄漏数的29%；③过热超温造成的泄漏，占总泄漏数的21%；
④焊接质量不过关导致的泄漏，占总泄漏数的13%。

机械磨损是氯氟化碳锅炉最常见的问题，最有害的通常是冷藏室壁、水冷壁折射材料过渡区、冷藏室四角区壁和屏蔽壁区壁。

冷壁泄漏的主要故障模式主要有管道故障、焊缝故障、磨损降低和应力集中。

由于单位因泄漏而异常关闭，会给企业生产带来巨大的经济损失和安全风险。

2循环流化床锅炉的特点
2.1燃料利用率高
相对于以往的鼓泡床锅炉，循环流化床锅炉的应用明显地提升了燃料的利用
效率。

这是因为循环流化床锅炉在燃料燃烧的过程之中，能够达到很好的气固混
合的效果，其燃烧的速率也会非常高，也就能够做到对飞灰进行二次循环燃烧，
在当前的科技水平上实现了最大的资源利用率，对煤炭的损耗量比较少。

2.2负荷调节范围大、速度快
在床体的负荷压力出现变化情况的时候，以前的老式鼓泡流化床锅炉采取的
四分床压货技术来进行调节，其技术的操作难度比较大，难以实行。

但是循环流
化床锅炉将具体的操作进行了简洁化，工作人员只需要调节煤炭以及空气、物料
的供给量，以此来达到调节负荷的作用，并且调节的效率高，范围也更为广泛。

3失效水冷壁管本体分析
3.1宏观分析
通过样品整体宏观形貌和现场照片可知，样品发生轻微膨胀、变形，壁厚均
发生减薄，壁厚减薄情况为：迎风侧大于背风侧，顶部大于下部。

样品表面凹凸
不平，大部分区域被黄棕色物质覆盖，覆盖物呈局部剥落状态，由覆盖物的颜色
及所处环境分析，该覆盖物应为铁的氧化物。

这说明样品外表面受到腐蚀作用，
产生了腐蚀凹坑并发生壁厚减薄。

其中，迎风侧外表面未发现明显的覆盖物，表
面较光滑，根据样品的实际安装位置可知，安装位置为焚烧炉后侧，会受到烟气
冲刷作用，烟气冲刷会使材质表面的氧化膜和腐蚀产物持续破损、脱落，导致不
断露出新鲜的基体，从而加速腐蚀。

因此，迎风侧的腐蚀减薄程度会大于背风侧
的腐蚀减薄程度。

3.2扫描电镜分析
为了进一步观察并分析失效水冷壁管泄漏的根本原因，对点状泄漏部位的内
外表面通过扫描电镜进行形貌分析。

扫描电镜图像显示泄漏点内表面被金属氧化
物覆盖，对内表面腐蚀产物进行能谱分析。

结果显示，内表面表层垢物主要元素
有Fe、Ti、O、C、Al、Cu、K、Ca、Si等元素，其中Fe、Ti为金属本体组分，K、Ca元素来源于锅炉水，因此内表面主要腐蚀物质为金属氧化物。

氢的腐蚀是由于
水质差、锅炉火焰部分燃烧和管道中介质速度慢造成的。

炉室火焰局部燃烧可导致炉壁温度差异较大，块体形成速度与炉管热负荷的平方成正比，炉管热负荷越高，沉降量越大，罩下富集腐蚀程度越大。

管道中介质的流通速度慢，使得管道更容易聚集，加快腐蚀速度。

3.3从力学性能分析
水冷壁管母材硬度符合标准要求，焊缝硬度提高，焊缝脆性有一定提高，管道的疲劳阻力恶化。

在机器调试和操作过程中，重型负荷变化引起的循环负荷进一步增加了裂纹扩展的速度和程度。

在分析锅炉工作方式的基础上，循环流化床锅炉主要依靠床材料和流化状态的燃料混合物进行燃烧加热，因此炉内的床材料具有很大的储热能力。

正常燃烧时床温度约为870℃，在某些情况下床温度可达到970℃。

锅炉跳闸、风扇跳闸、床身材料不能再保持流化状态，全部组装在汽化风板上。

空气第一次冷却损失后，大量的热量被输送到部分板0.8-1.0m的燃烧材料及其下方的水冷壁上，锅炉水冷壁管加热时会发生很大变化，热膨胀和收缩会产生很大的应力。

此时，如果水冷壁管出现结晶热裂纹等缺陷，将加速锅炉水冷壁管的劣化。

4锅炉优化控制系统
APC锅炉高级流程控制软件包括PCO锅炉高级控制软件、锅炉系统性能计算软件、控制切换逻辑和下级机DCS控制系统安全保护等模块，并具有智能优化控制策略，如识别先进的锅炉控制软件以锅炉工艺机制为基础，制定先进的控制方案，可以将整个系统切成块，方便灵活。

循环流化床锅炉变燃优化控制的自动电路主要包括燃油供气自动化、一次空气和二次空气分配和匹配自动化、送风自动化和床层差压渣的清除自动化；自动控制参数包括锅炉热负荷、一次空气量、二次空气量、暖气室温度、锅炉负压、烟气氧含量、床层温度和床层差压。

5循环流化床锅炉的发展前景
5.1向超临界、大型化方向转变
现有流化床锅炉技术基本上满足了当今工业生产的需要，但与国家未来经济
发展的需要相比，仍有一定的进步空间，需要技术创新。

由于循环流化床锅炉具
有自己的燃烧特性，未来的锅炉技术将不可避免地朝着超临界和大规模的方向发展。

一方面，循环流化床锅炉室内的温度将会比燃煤炉高出很高，在超临界方向
上发展锅炉肯定能实现水冷壁温度的有效调节。

另一方面，循环流化床锅炉床体
的固体传热系数与锅炉温度呈反比关系，因此这些热流分布特性有助于冷水壁更
好地控制温度。

此外，循环流化床锅炉内部的温度将根据其高度更加均匀，超临
界锅炉的有效利用可有助于控制冷壁的吸热。

所有这些因素都有助于确保循环流
化床锅炉得到更好的应用，并促进锅炉技术向更高的方向发展。

5.2提升防磨损技术
在循环流化床锅炉运行期间，其燃料的高速运转会导致锅炉内部产生很大摩擦，而颅内燃烧造成的高温会对锅炉的身体造成不可逆转和永久的损害。

这些缺
陷可能对锅炉的使用寿命产生严重影响，降低锅炉的使用寿命并进一步增加生产
成本。

因此，探讨减少设备磨损和开发更耐磨材料的方法是今后循环流化床锅炉
面临的一个主要问题。

结束语
水冷壁管泄漏是由于组合应力对热应力和长时间温度不平衡引起的附加结构
应力的影响而导致的焊接熔合区疲劳裂纹，锅炉应及时进行化学清洗，去除附在
水冷壁管上的氧化锡层，在管内壁形成钝化膜，阻止腐蚀的进一步发展。

加强化
学监督，保证炉膛质量，尤其是溶解氧控制，保证锅炉连续污水和定期排污的正
常运行。

定期检测冷凝水中的铁和铜含量有助于判断水冷壁管的积聚和腐蚀情况。

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