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1、200MW 火电厂锅炉“四管”漏泄的原因分析及防范措施华电内蒙古能源有限公司卓资发电分公司 刘晓摘要：火力发电厂锅炉“四管” （省煤器管、水冷壁管、过热器管和再热器管）的漏泄是造成发电设备可靠性差的一个主要因素，同时锅炉四管漏泄造成主机非计划停运次数占火力发电机组非计划停运总次数的比例很大，造成的损失也很大。可见，防止锅炉四管漏泄是提高火力发电机组可靠性的需要，是提高发电设备经济效益的需要，也是创建一流火力发电厂的需要。通过对省煤器、水冷壁、过热器和再热器漏泄原因及防止措施的分析与研究，根据发电厂实际情况制定了严格的防止锅炉四管漏泄措施，予以实施之后，锅炉四管漏泄现象明显减少，为发电厂带来了很
2、大的经济效益。1.引言随着近年来火电机组的不断投产，锅炉管排泄漏一直是影响机组安全运行的一大因素，因此，在生产中，预防锅炉“四管”泄漏显得尤为重要。我厂锅炉系无锡锅炉厂制造生产，型号为 UG-670/13.7-M 型。超高压一次中间再热、自然循环固态排渣煤粉炉。自 05 年投产以来先后发生多次泄漏事件，现针对“四管”泄漏分别进行分析。2.省煤器磨损漏泄原因及防范措施2.1 磨损机理省煤器的故障主要是磨损，尤其是燃用劣质煤的锅炉。由于流过锅炉受热面的烟气具有一定的速度，在烟气中又含有形状不规则的固体颗粒，这些颗粒流经受热面时，就会对受热面产生撞击和磨擦。当撞击角等于 30 度-50 度时磨损最严
3、重。磨损主要是由于灰粒对管壁撞击和磨削引起，磨损之所以多发生在冲击角为30 度-50 度的部位，是由于烟气速度、飞灰浓度、粒度随时都在变化的结果。2.2 省煤器易磨损的部位省煤器的磨损，主要表现为局部磨损和均匀磨损两个方面，尤其是局部磨损易引起省煤器漏泄，其位置多发生在省煤器左右两组的中部弯头、靠近前后墙的几排管子、错列省煤器顺烟气流向的第二排管子以及管卡附近的管子和局部防磨损措施不当易引起其附近管子磨损的部位等。2.3 飞灰磨损的主要影响因素飞灰浓度、灰粒的物理化学性质、烟气流速以及受热面的布置与结构特性，此外，还与运行工况有关。同时灰浓度大，容易引起强烈的磨损。因此，煤粉炉尤其是烧多灰燃料
4、时，磨损问题更为严重。此外，如果在烟道局部地区造成飞灰浓度集中，例如烟气走廊，也会引起严重磨损。如果燃料灰粒中多硬性物质，灰粒粗大而有棱角，受热面所处烟温较低而使灰粒变硬，则灰粒的磨损性也加大。烟气流速的影响最为严重，磨损量与速度成三次方关系。因此，布置受热面时，应使烟气流速不太大，更应避免局部地区流速过大。在水平烟道的过热器两侧及底部、下降烟道的省煤器靠后墙处，均易发生磨损破坏。这是由于这些地方有烟气走廊，烟气流速特高，有时可比平均流速大 3-4 倍，这样磨损就要大几十倍。这些地方的飞灰浓度也随烟气流速增大而增大，尤其是在省煤器区，烟气温度低，灰粒变硬，磨损就更严重。锅炉负荷增加，烟气流速也
5、就增加，飞灰磨损就加快。烟道漏风增加，也将使烟气流速增高而加快磨损，运行中燃烧不良，飞灰含碳量大量增加时，因焦碳粒比灰粒硬而加快磨损。又如受热面发生局部结渣堵灰现象，将使烟气流偏向一侧而加快这一侧受热面的磨损。2.4 防磨措施防止省煤器磨损的途径有两个方面，一是消除磨损源，二是限制磨损速度。在目前采用的防磨措施中，主要是限制磨损速度，方法有如下：2.4.1 降低烟气流速实践经验告诉我们，影响磨损的关键因素是烟速，严格地说，应该是烟气中飞灰颗粒的速度。关于烟速对磨损速度的影响有不少计算公式，绝大多数公式表明磨损速度与烟气速度的三次方成正比，有的则认为随着烟速的进一步提高，磨损速度会超过三次方的关
6、系。由此可以看出，降低烟速，对防止磨损的重要性。在实际工作中，降低烟气速度的方法有：1）扩大烟道，增加烟气流通面积2）横向截距 S1 取极值所谓 S1 取极值，就是当 S2（纵向截距）为某一给定值时（一般 S2=45mm） ，S1 取值是以斜向烟速不大于进口烟速的极大值。3）减少管排，增大流通截面。将省煤器的管排数，每隔三排或四排减少一排，这样可以增大流通面积，降低烟速。实践证明这是简单易行的办法，但不足之处是排烟温度会升高。4）加大管排横向截距，保持纵向截距不变，改短单管圈为长双管圈。5）消除中间弯头处的走廊，降低烟速。为了减少中间弯头处的磨损，在省煤器改造中，常采取交错管圈，使左右两组管圈
7、相互错开，达到消除中间走廊，减少磨损的目的。6）采用防磨装置。一般常使省煤器蛇形管平行于前墙布置，这样使磨损只在靠后墙的少数管圈上有可能发生，在这几排管圈上加防磨板保护。 2.4.2 采用鳍片式省煤器鳍片式省煤器具有以下一些优点：能合理地选取横向截距 S1、纵向截距 S2，以降低烟气速度；可以避免气流斜向冲刷管束，同时由于管子和鳍片的绕流作用，改变了烟尘的速度场、粒度场、浓度场，从而大大地降低了磨损速度；节省钢材，降低成本；占有空间小，省煤器的总高度大约降低 40%；工质侧及烟气阻力可以在设计中调整。2.4.3 锅炉运行中，应保证合格的煤粉细度，注意调整燃烧，减少飞灰中的含碳量，同时要严格控制
8、锅炉本体、空气预热器和制粉系统的漏风量，尤其是炉底漏风，这对防止受热面的磨损和超温具有相当重要的意义。3.水冷壁管漏泄原因及防范措施水冷壁产生漏泄的原因除设计、制造、安装的原因外，主要由磨损、腐蚀和膨胀不畅三个方面的问题引起。此外，还有急冷，水循环不良等引起的漏泄。3.1 磨损水冷壁磨损的部位主要是在一次风口周围的水冷壁管，因风粉流冲刷磨损和吹灰器吹扫时的冲刷磨损等引发。一次风喷口周围水冷壁管的磨损，是因为一次风粉混合物喷进炉膛时，如果喷燃器安装角度不恰当、设计切圆过大、喷嘴在运行中烧坏或变形以及稳燃设施布置不当等，都会使煤粉气流冲刷水冷壁管，引起管壁磨损减薄，以至漏泄。稳燃设施一般布置在一次
9、风管出口附近，使高温烟气产生回流，如果布置不当，很容易使一次风射流贴壁，引起水冷壁磨损和结焦。3.2 腐蚀3.2.1 水冷壁管外壁高温腐蚀高温腐蚀发生的部位主要是高温高压锅炉热负荷高的区域，也就是喷燃器附近。产生腐蚀的原因主要是煤中含硫。3.2.2 减轻水冷壁管外壁高温腐蚀的方法主要是设法不产生能腐蚀管壁金属的产物或防止发生腐蚀作用的状态产生。这可用下列措施来得到：首先应从改善燃烧着手，煤粉颗粒要细，火焰不直接冲刷管壁，过量空气系数不宜过小。有时为了使炉膛贴壁处有一层氧化性气膜，以冲淡烟气中 SO3浓度，使结积层中分解出来的 SO3向外而不向内扩散，甚至特意加入一股空气来保护水冷壁。此外应控制
10、炉管壁温，这主要由蒸汽参数所决定，但管内结垢与炉膛受热面热负荷局部过高亦会引起炉膛管壁温度过高，使腐蚀区加大，加速腐蚀。3.2.3 水冷壁内壁腐蚀当水冷壁管内有沉积物时（垢或水渣） ，在这些沉积物下面会引起水冷壁腐蚀，这种腐蚀称为酸、碱腐蚀。这是因为炉水中的酸性、碱性盐类破坏了金属保护膜的缘故。在正常运行的条件下，水冷壁管内壁常覆盖着一层 Fe3O4 的保护膜，它具有良好的保护性能，使水冷壁免受腐蚀。但如果炉水 pH值超标时，就会使保护膜遭到破坏。当 pH 值为 9-10 时，水冷壁管腐蚀速度最小，此时保护膜稳定性高。PH 值过高或过低都会使腐蚀速度加快。当 pH 值过高时，易发生碱性腐蚀。p
11、H 值过低时，易发生酸性腐蚀。所以在正常运行条件下，要求炉水 pH 值保持在 9-10的范围内。当炉水中含有游离的氢氧化钠时，就会使炉水中的 pH 值升高，引起碱性腐蚀。凝汽器漏泄会将冷却水中的 MgCL2、CaCL2 带入锅炉，在炉水中生成盐酸，引起水冷壁管的酸性腐蚀。为防止水冷壁管的垢下腐蚀，首要的任务是加强化学监督提高给水品质。尽量减少给水中的铜、铁含量，降低给水的碳酸盐碱度，减少炉水中游离的氢氧化钠。为此，必须防止凝汽器漏泄。此外，还必须保持锅炉良好运行方式，保证连续排污、定期排污的正常运行，控制炉膛局部热负荷不要过高，过于新投运和运行一段时间后的锅炉，应按规定进行化学清洗等。3.2.
12、4 膨胀受阻水冷壁因膨胀受阻而拉裂的现象时有发生，被拉裂的重点部位是炉膛四角和喷燃器附近，尤以直流喷燃器更为突出。被拉裂造成漏泄的具体部位，多数是大滑板与水冷壁管焊接处，该处的焊点大部分是由于安装时焊接质量不高，加之运行中大滑板与水冷壁膨胀不一致，经多次启停炉后，就从焊点处拉裂漏泄。4.过热器、再热器漏泄原因及防范措施过热器分辐射、半辐射和对流三种形式，而再热器多为对流式。由于过热器、再热器的工作条件和漏泄原因比较相近，故将两者放在一起来分析讨论。引起过热器漏泄的原因主要是超温，磨损和腐蚀引起的漏泄现象也时而有之。4.1 超温在过热器的临修中，超温爆管占的次数最多，超温的原因归结起来有以下三个
13、方面：烟气侧温度高；工质侧流速低和管材的耐热强度不够。出现以上三种情况的原因有：4.1.1 火焰中心上移造成火焰中心上移的原因特别多，如锅炉机组的漏风（炉底、燃烧器区域、空气预热器漏风、制粉系统漏风等） 、燃烧调整不当、煤质变差、煤粉变粗、空气动力场偏斜、炉膛结焦、高加未投等都会造成火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，飞灰含碳量增加，由此带来的过热器、再热器超温，并使烟气通过的各部位磨损加剧，排烟温度升高。所以控制火焰中心，对锅炉安全经济运行具有十分重要的意义。4.1.2 锅炉启动和低负荷时，因工质质量流速偏低，如果操作不当容易引起超温爆管，尤其是屏式过热器。4.1.3 热偏差在过热器工作过程中，
14、由于烟气侧各种因素的影响，各平行管中工质的吸热量是不同的，这种平行管列工质焓增不均匀的现象称为热偏差。过热器的热偏差决定于管子的热力特性、水力特性和结构特性。在现代大型锅炉中，由于锅炉尺寸很大，烟温分布不易均匀，炉膛出口处的烟温偏差 200300，而蒸汽在过热器中的焓增又很大，致使个别管圈的汽温偏差可达 50-70，严重时右达 100-150以上。为了减小过热器的热偏差，可以将过热器受热面分成几级，并在各级之间用中间集箱进行充分的混合。因为在同样热偏差的情况下，分级以后，由于每一级中工质的平均焓增减小，而使焓增偏差的绝对值减小，因而使热偏差的影响减小。将过热器分级后，在蒸汽过热的过程中，随着蒸
15、汽温度增加，其比热容不断下降，因而在最末级过热器中，工质的比热容最小，使得在同样热偏差的条件其温度偏差最大，而最末级过热器的工质温度又最高，工作条件最差，因而末级过热器的焓增更要小些，这样对减小末级过热器汽温调节的惯性也有好处。4.1.4 设计安装不当设计和安装的质量对过热器的超温有相当大的影响，尤其是设计。表现为以下几个方面：1）同屏管数设计过多同屏管数设计过多，会使过偏差增大，这种热偏差的产生是由吸热不均和流量不均所致。2）质量流速偏低质量流速偏低是引起过热器爆管的重要原因之一。当现场发现这一故障源时，一般都采取割掉部分管段的办法来提高工质流速，也有个别电厂采取提高材质的办法来弥补。3）减
16、温器设计不合理减温器内套设计过长会影响雾化质量。在锅炉启动初期，如果升温速度过快，喷水量很大时，就容易引起过热器产生“水塞” ，严重时容易引起过热器爆管。4）钢材裕度不够 5）喷燃器安装角度不对6）管内有异物堵塞为此，要防止过热器超温爆管，必须在运行、设计、安装等各个方面做好工作，同时还必须利用大小修的机会加强蠕胀检查，消除各部位漏风及尽力做到燃烧系统及各有关设备的完好，这样才能减少过热器超温爆管的发生。4.2 磨损过热器、再热器的磨损主要是飞灰冲刷磨损，这种磨损易发生在烟气走廊、烟气流速突变的局部位置附近，如蛇形管排的弯头及穿墙部位，特别是卡子附近更容易发生局部冲刷磨损。因此在锅炉大小修中要认真检查对流过热器、再热器蛇形管排出现烟气走廊处，穿墙管和卡子附近。对有卡在蛇形管排中间的异物，如铅丝、铁板、搬手等，一旦发现，一定要认真细致地检查异物附近的蛇形管有无局部磨损，并把异物取出。对布置在水平烟道中的垂直式过热器和再热器蛇形管排，尤其是布置在竖井上部低温对
