锅炉水冷壁爆管的原因及处理措施

锅炉水冷壁爆管的原因及处理措施

【摘要】锅炉是在电力公司中担当着重要的作用，也是民用取暖的热能供给源。锅炉设施的正常运行是企业生产、民用取暖的基本保障。但是，由于锅炉的长期不间断的运行，其薄弱环节水冷壁常发生爆管现象，影响电力企业的正常生产，同时给人们的生活和经济财产带来巨大的威胁。因此，本文针对锅炉水冷壁出现爆管现象原因进行了详细分析，并提出了解决此问题的相应措施，降低锅炉水冷壁爆管率，保证电力企业锅炉站正常运行。

【关键字】锅炉；水冷壁爆管；处理措施

1 前言

电气化设施的使用是人类步进电气化时代的主要标志。电力工业在国民总体经济水平增长中扮演着重要的角色，社会的发展与电力工业的进步密切相关。锅炉站是电力公司输出电能和能量的基本载体，其安全、正常运行，对国家及区域的社会稳定都有一定的影响。由于锅炉的长时间处于高温、高压状态，很难保证锅炉不发生事故。一般情况下，锅炉的水冷壁、再热器管、省煤气管和过热器管等“四管”常出现爆管现象，也是锅炉设备中的薄弱环节，因此将制约着锅炉站的整体正常运行。“四管”爆裂事故不仅仅带来锅炉设施的停产，同时给区域经济和人们生活带来巨大的损失，对维持社会的稳定带来巨大的威胁。其中，锅炉水冷壁爆管率是四种事故中最常见的，也是最容易出现事故的薄弱环节。锅炉水冷壁爆管处的形貌特征如下图1所示，

（1）水冷比管外表面（2）水冷壁管内表面

图1 水冷壁管爆管处内外管表面特征

锅炉水冷壁在锅炉整体设施中的作用可以概括为三点：（1）吸收锅炉燃烧室内辐射出来的热量，辅助完成水冷壁管内水的气化任务；（2）降低锅炉炉膛内侧炉体温度，可以避免炉体内侧出现结渣现象，实现对炉体内侧的保护，同时，水冷壁的冷却作用，在炉体结构设计过程中可以适当降低炉体壁厚，降低材料需求量，降低整体经济成本；（3）对于采用水冷壁的锅炉结构比采用对流管的锅炉结构简单，大大降低材料的需求量。

虽然锅炉水冷壁常出现爆管现象，但其在锅炉设施中扮演着不可或缺的重要作用。因此，本文针对锅炉水冷壁常出现爆管现象原因进行详细分析，并针对存在的问题，提出相应的改进措施，以此降低锅炉水冷壁爆管率。

1.锅炉水冷壁爆管原因分析

锅炉水冷壁出现爆管现象的主要原因包括锅炉本身结构设计、安装和运行维护的不合理，以及锅炉所使用的燃烧煤质量或者是使用冷却水质等方面，目前，

我国锅炉站常出现爆管现象的原因主要有以下两个方面：

一方面，由于锅炉所使用的供给水质不达标，造成锅炉内水冷壁内侧壁出现氢腐蚀现象。通过查阅大量相关资料和实验结果报告，如果锅炉使用的冷却水水质不打标准，锅炉设备在运行一定时间后，在锅炉的受热面和冷却水接触的管壁上会滞留大量坚硬固体生成物，这就是人们俗称的水垢，水垢的主要化学成分为钙镁混合物、硅酸盐、氧化铁以及铜垢等几种物质。钙镁混合物的来源为不达标的供给冷却水，凝汽器泄漏导致其冷却水中含有钙、镁盐类物质等。冷却水中钙镁盐类物质的含量会随着冷却水温度的升高而升高，主要是因为随着温度的升高，其溶解度呈下降趋势，外加蒸发问题，最终，钙镁类物质就会大量分解出来，并凝结在锅炉水冷壁的受热面上。随着锅炉内热负荷以及钙镁物质离子浓度的增加，钙镁水垢的形成速度变快。硅酸盐类水垢的成分主要包括铝、铁以及硅酸盐类。硅酸盐类水垢的形成主要与供给水中铁、硅、铝等化合物含量偏高，凝汽器内冷却水泄漏，以及锅炉内热负载过高等因素有关。而氧化铁水垢主要是锅炉冷却水内铁含量和热负载过高导致的金属腐蚀变成氧化铁水垢，同样，其形成速度与热负载和铁含量成正比例关系。

另方面，由于锅炉的主要部件长期处于高温、高压环境下，极易造成锅炉水冷壁靠近燃烧室一侧发生高温腐蚀现象。通过调查国内的一些电厂锅炉使用情况，数据显示，锅炉水冷壁附近的烟雾成分以及水冷壁的温度是水冷壁外侧常出现腐蚀现象的罪魁祸首。由于燃烧室内的火焰温度达到1500摄氏度左右，而煤中所含的矿物质气化后挥发出来，导致锅炉水冷壁附近空气中聚集着大量的NaOH、HCl、H2S、SO2等腐蚀性气体，这些腐蚀性气体具有较高的还原性和氧化性，外加周围高温、高压环境，到时水冷壁管极易出现高温腐蚀现象。由于锅炉内燃烧室周边水冷壁管内的冷却水中热流含量比较高，导致水冷壁内的冷却水的温度梯度大。锅炉在高负荷情况下，热辐射能量高，靠近燃烧室侧炉壁温度较高，容易引起水冷壁内形成水垢，而水垢的形成也加快了水冷壁温度的升高，导致其恶性循环，加快了水冷壁的高温腐蚀，直至水冷壁出现爆管事故。目前，由于我国燃烧煤炭质量不达标，燃烧后生成对锅炉水冷壁造成高温腐蚀的气体和杂质，主要有：①硫酸盐类高温腐蚀物质；②氯化物高温腐蚀物质；③硫化物高温腐蚀物质。其中，硫化物高温腐蚀型是锅炉水冷壁的高温腐蚀中比较常见的高温腐蚀类型。

2.预防水冷壁保管措施

锅炉水冷壁爆管现象的频发发生，我们必须针对锅炉水冷壁的结构进行改进，杜绝高温腐蚀问题的存在，保证锅炉站的正常、长期有效的运行。前面分析了锅炉水冷壁极易出现爆管现象的原因，针对锅炉水冷壁出现爆管的原因，可以从以下两个方面进行改进：首先，应该加强煤燃烧效率工作，遏制有利于高温腐蚀条件的出现，从而杜绝高温腐蚀危害的发生和进一步的恶化，其次，加强水冷壁容易发生高温腐蚀的薄弱环节结构优化设计，提高锅炉水冷壁本身的抗腐蚀能力，保证其能够长期正常运行。

2.1 优化煤粉细度，保证其在燃烧室内分布均匀

由于煤粉在燃烧室内分布的不均匀，使得锅炉内的整体温度变化幅度较大，导致水冷壁的受热不均，极易发生水冷壁的结构的变形。而导致煤粉在锅炉燃烧室内分布不均的主要因素有以下两个方面：（1）燃烧室内煤粉喷嘴的供给量不同，导致燃烧室内煤和空气的混合比例不均衡，其燃烧程度不一致；（2）同一煤粉喷嘴的横截面上煤粉量浓度不同，这将导致煤粉内局部区域出现缺氧现象，燃烧不稳定，燃烧效率低等，并且容易生成大量的CO有毒气体，危害工作人员的身心健康。因此，我们必须采取积极、有效措施，降低煤粉不均匀导致的高温腐蚀现象的出现：（l）优化煤粉喷射装置结构，减少锅炉煤粉喷射装置的弯头的使用和喷嘴长度。由于弯头处阻力较大，降低了煤粉的流通率。

（2）保证煤粉运输管道有足够长的直线段，即使管道出现分叉结构，也能保证煤粉在管道内均匀运输。

（3）增加整流装置或导流板，来避免煤粉运输管道内的旋转气流和煤粉惯性分离现象的发生，其结构还可以辅助煤粉在输送管道内的流通。

（4）分析锅炉负载情况，规律性的停止煤粉喷嘴工作，保证喷煤嘴能够对称工作，实现锅炉内煤粉喷射均匀。

2.2 加强水冷壁表面抗腐蚀能力

2.2.1 对水冷壁管进行高温喷涂处理

在采用同等材料的条件下，可以采用电弧喷涂、等离子喷涂技术对水冷壁管表面喷涂防腐剂，不仅可以提高了水冷壁表面的防腐能力，而且降低了使用优质材料的费用。使用电弧喷涂技术，不仅没有增加水冷壁管壁的厚度，而且不影响水冷壁的整体传热效果。据资料介绍，使用电弧喷涂技术可以提高水冷壁的使用寿命，最多可以达到5年，这将降低了水冷壁出现爆管事故率，符合锅炉设备的整体检修周期。

2.2.2 采用渗铝管作为水冷壁管的材料

由于渗铝管具有很好的防腐功效，可以采用特质渗铝管作为锅炉水冷壁材料，增强其抗高温腐蚀的能力。通过国内外大量科学研究和实践证明，渗铝管可以大大降低水冷壁管道的高温腐蚀进程。对水冷壁进行渗铝处理，使水冷壁管结构发生改变，主要由三部分组成：外层为具有保护作用的氧化铝涂层，中间为铁铝合金区域。不仅保证了水冷壁管的刚度及强度，还提高了其表面的抗腐蚀作用。但是在使用渗铝管作为水冷壁管时，需要注意以下几点：

（1）渗铝管具有较高的抗高温氧化能力，但是其对硫酸盐类腐蚀的预防效果不好，因此，应该根据锅炉周围环境质量，合理使用渗铝管作为水冷壁管道。

（2）由于渗铝管与钢管的结合不均匀，而焊缝部位抗腐蚀能力较差，也是