石 川

（國電漢川發(fā)電有限公司，湖北武漢 431614）

0 引言

鍋爐四管包括過熱器、省煤器、水冷壁和再熱器。四管泄漏是指這些受熱面因過熱、腐蝕和磨損等原因引起破裂、泄漏，導致爐管失效，甚至引起鍋爐事故停機。四管安全是鍋爐安全運行的重要保障。根據(jù)公司非停事故統(tǒng)計分析，50%以上的事故發(fā)生是因為鍋爐四管泄漏。輕視鍋爐防磨防爆工作和檢修工藝是四管泄漏的根本原因。近年，隨著公司創(chuàng)建一流火力發(fā)電企業(yè)，對機組運行可靠性提出了更高要求，鍋爐四管防磨防爆尤為重要。爆口特征判斷法是現(xiàn)場確定爆管原因的重要手段，爆口特征主要有以下方面。

（1）爆口位置。位于受熱面的具體部位是向火側(cè)。

（2）爆口形狀。①斷口面是否垂直于軸向；②爆口邊緣有無明顯變薄情況，是銳邊還是鈍邊；③爆口內(nèi)壁有無積垢，外壁氧化情況，爆口附近宏觀裂紋；④爆口附近內(nèi)外壁有無明顯的腐蝕坑；⑤爆口附近內(nèi)外壁上的裂紋走向。

（3）爆口附近的金相。包括組成、數(shù)量、形態(tài)、大小和分布，以及各類金相裂紋（性質(zhì)、大小、形態(tài)、走向及其與顯微組織的關系等），顯微孔洞的大小和分布，珠光體球化程度和石墨化程度，脫碳、過燒、過熱等。

1 省煤器泄漏

鍋爐省煤器泄漏的原因較為復雜，主要因磨損、腐蝕引起。省煤器設備產(chǎn)生泄漏的原因，多數(shù)都是由于設備產(chǎn)生磨損。因此，設備管理人員要重點研究省煤器出現(xiàn)磨損的原因，以及避免省煤器磨損的方法，加強鍋爐檢修。

1.1 磨損機理分析

鍋爐內(nèi)部受熱面的煙氣有一定流速，且呈不規(guī)則形狀。煙氣中的顆粒物會直接對受熱面產(chǎn)生較大沖擊，長此以往，就會將受熱面削薄。煙氣通常以45°左右夾角沖擊受熱面，造成受熱面磨損嚴重。省煤氣的磨損多為均勻磨損或者局部磨損。省煤器內(nèi)部出現(xiàn)局部磨損就會造成煤氣泄漏，在省煤器設備中的彎頭位置和靠近墻壁的彎頭位置以及排管處也會產(chǎn)生一定磨損。

1.2 防磨損措施研究

為防止鍋爐內(nèi)省煤器裝置產(chǎn)生磨損，要求設備管理人員盡量控制煙氣對受熱面的磨損速度。設備管理人員在鍋爐的轉(zhuǎn)彎豎井位置，安裝百葉窗的除塵設備。在過熱器中安裝飛灰分離裝備，在轉(zhuǎn)彎位置安裝離心式的分離裝置。這些裝置都可以延緩煙氣對鍋爐省煤器的磨損。

調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，影響設備磨損程度的關鍵因素是后煙井內(nèi)部的煙氣流速。如果煙氣流速過快，會給受熱面產(chǎn)生較大沖擊力，造成受損面程度嚴重。煙氣流速與設備磨損成正比，磨損速度與煙速的三次方成正比。隨著煙速提升，磨損速度也會大幅度加快，甚至會加速磨損。應用國外設備，可以在不同因素狀況下開展磨損測試。在煙速14 m/s，運行600 h，產(chǎn)生的磨損量與煙速在35 m/s 情況下運行20 s 產(chǎn)生的磨損量基本一致，這表明煙速越快，產(chǎn)生的磨損程度越大。設備管理人員要盡量擴大煙道內(nèi)部直徑和煙氣流通面積，同時要減少排煙管道，增大管道內(nèi)的橫截面積。在保持縱向截距不變情況下，將單管道逐步改變?yōu)榧娱L的雙管圈管道，著重消除煙道拐彎處的受損。

2 水冷壁管泄漏

2.1 磨損

水冷壁管道出現(xiàn)磨損，多數(shù)發(fā)生在爐膛短吹灰器噴口周圍。由于吹灰槍含水或起吹點位置不正確，吹灰時對水冷壁沖刷造成吹損。

2.2 腐蝕

高溫燃氣爐內(nèi)部氧氣與容器壁發(fā)生比較復雜的化學反應，通常產(chǎn)生硫化物、硫酸鹽或者氯化物等各類腐蝕物。大量研究表明，當水冷壁管產(chǎn)生高溫時有一定規(guī)律性。大部分發(fā)生在燃燒的供應區(qū)及部分熱負荷比較高的高溫區(qū)域。在燃燒區(qū)附近，由于其溫度明顯要高于周邊溫度，其高溫腐蝕就會顯現(xiàn)出來。如果產(chǎn)生高溫腐蝕的管道在向火一側(cè)，正風速度加快，管壁會減??；在背火一側(cè)，則不會發(fā)生高溫腐蝕。高溫腐蝕主要有以下原因。

（1）產(chǎn)生火焰沖墻是由于經(jīng)常存在水冷壁高溫腐蝕，在鍋爐內(nèi)部會使火焰傾斜，出現(xiàn)火焰沖墻及一些環(huán)形氣體，進而發(fā)生高溫腐蝕現(xiàn)象。

（2）高溫火焰直接沖刷水冷壁，其內(nèi)部含有很大煤粉，煤粉濃度較高，高溫火焰會直接沖擊到水冷壁管。此時，腐蝕會進一步加大，加速管道破裂?；鹧嬷羞€有一些沒有燃盡的煤灰在水冷壁管，周圍就會出現(xiàn)一些缺氧燃燒現(xiàn)象，出現(xiàn)許多還原氣體，加快管道腐蝕。

（3）由于火焰燃燒未燒盡，煤灰水會在水冷壁管內(nèi)部再次燃燒，發(fā)生化學反應形成堵塞區(qū)域。在鍋爐附近，會形成一氧化碳、硫化氫等腐蝕性氣體。通過研究分析，其中一氧化碳濃度越大，腐蝕更加嚴重，硫化氫氣體的濃度也會大于0.01%。這樣就會給現(xiàn)有管材帶來較大腐蝕，當含氧量超過20%，就會產(chǎn)生高溫腐蝕現(xiàn)象。

（4）管道品質(zhì)差是目前重要的因素，管道內(nèi)部有硫元素、堿金屬元素和一些氧化物元素。這些元素含量較大，腐蝕性也強，會出現(xiàn)高溫腐蝕現(xiàn)象。高硫煤散發(fā)出二氧化硫、三氧化硫，硫化物對壁管的氧化劑保護膜帶來較大腐蝕，有可能還會侵蝕管壁，使管壁不斷變薄，最終出現(xiàn)爆管事故。燃燒使得火點溫度較高，燃燒比較困難，容易產(chǎn)生不完全燃燒的現(xiàn)象。使得火焰逐步拓展在管壁附近，形成環(huán)形氣體，進而增大對管壁的腐蝕程度。煤灰粉顆粒越大，則燃燒不夠充分，比較容易形成環(huán)形機體。這時高溫腐蝕顆粒物對管壁面的磨損程度會加大，引起內(nèi)部腐蝕速度進一步加快，而且腐蝕物質(zhì)直接與管壁接觸反應，加劇了腐蝕。

（5）運行因素的影響是在鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生負荷的變化期間。當鍋爐運行不當，就會出現(xiàn)燃燒不夠穩(wěn)定，產(chǎn)生更多的還原性氣體，造成煙氣沖墻，進而發(fā)生高溫腐蝕。

2.3 防范措施研究

增強對燃料的控制，可以直接在煤炭燃燒的前期、中期、后期分別去除硫，降低燃料含硫量。使用合適的煤粉細度，盡可能減少含硫燃燒，使得煤粉濃度分布均勻，要加強對水的控制，適當提高水冷壁管的水流速度，降低管壁溫度，嚴格控制給水品質(zhì)。應用熱噴涂或者激光鍍膜的方式涂抹表面，進一步降低腐蝕速度，加強燃燒速度，合理配方，進一步減少水冷壁管附近還原性氣體，避免煙氣直接沖刷水冷壁管。

3 過熱器和再熱器的泄漏分析

3.1 超溫

3.1.1 火焰中心逐步上移

產(chǎn)生鍋爐內(nèi)部火焰中心上移的原因較多。例如，有些鍋爐機組出現(xiàn)漏風，煤粉細度調(diào)整不合適，顆粒變粗，空氣動力場出現(xiàn)傾斜都會造成火焰中心上移。鍋爐爐膛內(nèi)煙溫過高，煤灰中含碳量增多，就會給過熱器帶來超溫問題。煙氣直接通過過熱器的各個位置，造成過熱器磨損，使得排煙溫度偏高?；鹧鏈囟葘^熱器裝置內(nèi)部的煙氣溫度有較大影響。有些大型鍋爐設備使用燃燒裝置，科學調(diào)節(jié)內(nèi)部的過熱器煙氣溫度。通常情況下，可認為燃燒器噴嘴角度產(chǎn)生1°變化，過熱器內(nèi)部的煙氣溫度就會產(chǎn)生2 ℃變化。如果鍋爐煙氣溫度過大，就會給整個鍋爐設備的運轉(zhuǎn)帶來較大威脅，不利于鍋爐使用。

3.1.2 氧化皮堆積

管道的氧化皮破損后，就會在管道的彎頭部位沉積，引發(fā)管道高溫，還有可能出現(xiàn)過熱爆管。使用高溫過熱器，當氧化皮脫落時，都會集中到管道的最底部，使得氣體流通面積減少，也會給蒸汽的流通帶來很大阻礙。在管道內(nèi)部，蒸汽流動阻力減小，會進一步弱化對管道的冷卻效果，造成高溫過熱器或者再熱器的管道在超臨界鍋爐運行時，出現(xiàn)氧化皮脫落，導致鍋爐受熱面被動，在短期出現(xiàn)爆管問題。

高溫的蒸汽管道內(nèi)部形成氧化膜，這是一個自然過程，氧化膜形成后就會使氧化速度降低。在超溫溫度下，壓力距離不同，這是由于管道內(nèi)部的氧化膜受熱能力不同，表面的氧化膜會產(chǎn)生一些裂紋，使得管道暴露。在外界氧化環(huán)境中，使得管道氧化速度加快，也會出現(xiàn)多層氧化。隨著鍋爐設備運行時間提升，此時鍋爐上的氧化膜會逐步增厚。若鍋爐出現(xiàn)頻繁的壓力變化，此時鍋爐升降負荷中，管道內(nèi)部的溫度也會出現(xiàn)較大變化。由于受力不同，對表面氧化物會產(chǎn)生過壓作用，導致氧化膜開裂。破落氧化皮掉入到管道內(nèi)部，氧化皮的雜質(zhì)積累到一定程度后會堵塞通道，使得管道內(nèi)部溫度升高，出現(xiàn)爆管。

3.2 磨損

過熱器裝置磨損較大，是由于管道內(nèi)部飛灰?guī)淼臎_刷磨損。這種磨損會出現(xiàn)在煙氣管道里煙速突變位置。例如，管道的蛇形彎頭位置和穿墻管位置，這些地方都容易產(chǎn)生沖刷磨損。在鍋爐維修期間，要加大對過熱器裝置的檢查力度。著重分析檢查過熱器的煙氣走廊、穿墻管，還要檢查蛇形管中間位置是否出現(xiàn)異物。如果煙氣管道內(nèi)部有異物，就要認真檢查異物周圍的磨損狀況，及時取出異物。對于水平的煙道垂直式過熱器排管，檢查分析豎井上部和再熱器蛇形管道上的磨損情況，做好磨損的數(shù)據(jù)記錄。

3.3 腐蝕

過熱器裝置經(jīng)常會在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生較大腐蝕，高溫會使管道中煙氣與排煙管道中的金屬產(chǎn)生反應，造成管道金屬腐蝕。在燃料燃燒期間，堿金屬（如鈉和鉀）經(jīng)常會與氧氣產(chǎn)生化學反應，生成氧化物。氧化物凝結(jié)在管道外壁和內(nèi)壁上。例如，燃燒中會與氧形成二氧化硫、三氧化硫。二氧化硫與氧化鈉形成硫酸鈉，硫酸鈉的熔點較低，經(jīng)常會附著在管壁上，被灰吹走后變成顆粒物，造成管壁受到較大損壞。其中，管道中含有較大的氧化鐵，氧化鐵可以與二氧化硫產(chǎn)生硫化鐵、硫酸鐵，成為復合鹽。這種復合鹽的熔點也比較低，在580 ℃就會被熔化，破壞管道壁上的氧化鐵保護膜，損壞管道。

3.4 防范措施

加強運行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)爆管問題，要及時分析原因，快速處理鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)的燃燒。還要做好化學清理，去除雜物和沉積物。硬管壽命達到設計數(shù)據(jù)時，要及時更換設備。

4 結(jié)束語

為防止鍋爐四管泄漏，應建立防磨防爆制度與檢查組，“逢停必檢”。加大對鍋爐四管的全面檢查力度，防止鍋爐四管產(chǎn)生泄漏或者出現(xiàn)爆管，提高設備使用壽命。