李 蕊

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

煤粉鍋爐水冷壁的工作環(huán)境非常惡劣，長期處于高溫、高壓和腐蝕的環(huán)境中，導(dǎo)致水冷壁經(jīng)常發(fā)生破裂、泄漏等損壞，水冷壁一面需要應(yīng)對爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)?，另一面要?yīng)對高溫高壓的水或蒸汽，水冷壁的材料為金屬，在這種惡劣的使用環(huán)境中，金屬很容易發(fā)生失效。加持鍋爐內(nèi)的環(huán)境復(fù)雜多變，當(dāng)燃煤的成分發(fā)生變化時，特別是燃煤質(zhì)量較差時，燃燒會產(chǎn)生更多的煙塵，燃燒溫度也更加不均勻，這都導(dǎo)致受熱面發(fā)生高溫、結(jié)渣、腐蝕等問題的趨勢大大增加，加劇受熱面的磨損，導(dǎo)致受熱面上的設(shè)備發(fā)生損壞，如省煤器、水冷壁、過熱器和再熱器等，使煤粉鍋爐的維修周期縮短，給用戶造成經(jīng)濟(jì)損失的同時，也對設(shè)備本身產(chǎn)生安全威脅。

1 煤粉鍋爐的優(yōu)點(diǎn)

煤粉鍋爐的是指采用奶粉做燃料的鍋爐，這種鍋爐的爐膛內(nèi)被吹入混合空氣的煤粉，燃燒后的熱量傳遞給水冷壁，將水冷壁管內(nèi)的水蒸汽化，推動輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。得益于煤粉與空氣混合后吹入爐膛的這種方式，煤粉鍋爐內(nèi)的然料是在懸浮狀態(tài)下燃燒的，由于煤粉的顆粒較小，表面積大大增加，能夠與空氣充分接觸，燃燒更加完全，能夠獲得較高的溫度，除少數(shù)雜質(zhì)較多的劣質(zhì)煤外，大多數(shù)的煤經(jīng)粉化后都能實(shí)現(xiàn)很好的燃燒，獲得較高的燃燒效率。在煤粉鍋爐中一般采用膜式水冷壁，這種水冷壁的面積較大，鋪設(shè)在爐膛內(nèi)，能夠隔絕燃燒室與爐墻，使?fàn)t墻免于高溫和煙塵的腐蝕，避免在爐墻上敷設(shè)耐火材料的問題，只需敷設(shè)保溫與密封材料即可，大大減少鍋爐重量，也使?fàn)t膛的密封性更好，降低了熱量損失，提高了鍋爐的熱效率。要想制作這種大面積的膜式水冷壁，金屬材料是其第一選擇，不僅能夠方便安裝，還易于實(shí)現(xiàn)自動化。煤粉鍋爐機(jī)組還包含煙道、除塵、脫硫、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，與水冷壁共同組成完整的鍋爐設(shè)備。

2 鍋爐水冷壁管爆管原因

2.1 水冷壁管表面結(jié)垢

水冷壁管內(nèi)的水中含有大量的銅、鐵等離子，這些離子在附著處與管壁發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)，在高溫作用下很容易沉積在水冷壁管表面形成水垢。在鍋爐運(yùn)行過程中，隨著使用時間延長，銅和鐵的氧化物吸收管壁上的電子而發(fā)生還原反應(yīng)，管壁失去電子發(fā)生陽極溶解反應(yīng)而被腐蝕，腐蝕會造成管壁出現(xiàn)凹坑，在凹坑處又會沉積水中的硫、桂、磷等雜質(zhì)，導(dǎo)致管壁的導(dǎo)熱性變差，形成局部高溫，而高溫又為管內(nèi)堿性水提供了進(jìn)一步濃縮的環(huán)境、形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致水冷壁管發(fā)生爆裂，影響設(shè)備正常運(yùn)行（圖1）。

圖1 水冷壁管腐蝕檢測

2.2 凝汽器的泄漏會進(jìn)一步加劇水冷壁管內(nèi)結(jié)垢

凝汽器一般采用外部自然界水源作為冷卻源，水源中含有大量雜質(zhì)和鹽分，一旦凝氣器泄漏這些雜質(zhì)和鹽分就會進(jìn)入冷凝水系統(tǒng)，導(dǎo)致水冷壁出現(xiàn)各種磨損，大大增加水冷壁管內(nèi)結(jié)垢的速度并間接影響現(xiàn)場的經(jīng)濟(jì)效益，造成水冷壁管爆裂。這些水中的雜質(zhì)主要有泥沙等，鹽分主要為鉀、鎂等物質(zhì)。

2.3 鍋爐爐膛內(nèi)結(jié)焦

煤粉鍋爐對煤粉與空氣的混合比例要求十分嚴(yán)格，比例不合適會造成煤粉燃燒不充分、出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，而結(jié)焦又會阻礙出風(fēng)口、使風(fēng)速變低，這時直接與燃?xì)庀嘟佑|的水冷壁管就會因?yàn)榫植繙囟冗^高而發(fā)生介質(zhì)濃縮腐蝕，腐蝕會產(chǎn)生大量的氣體引起氫腐蝕導(dǎo)致水冷壁管局部變脆，發(fā)生管壁爆裂（圖2）。

圖2 水冷壁管開裂

2.4 爐渣顆粒對水冷壁的影響

由于鍋爐燃料模式效應(yīng)，鍋爐燃料模式影響鍋爐燃料在鍋爐房內(nèi)的停留時間，如果爐渣顆粒在鍋爐內(nèi)停留時間較長將導(dǎo)致水冷壁的嚴(yán)重侵蝕，會導(dǎo)致水冷壁破裂。此外，由于鍋爐內(nèi)的煤燃燒而產(chǎn)生的大量爐渣顆粒要及時排出。但有的爐渣顆粒大小很難控制，并且很容易導(dǎo)致鍋爐水冷壁磨損，是導(dǎo)致開裂和漏水的主要原因。因此，可采用研磨涂層技術(shù)，以避免相關(guān)問題導(dǎo)致的開裂和泄漏。因此，在鍋爐運(yùn)行一段時間后，必須隨時間修復(fù)，并且必須及時處理有問題的水冷壁。爐渣顆粒的不規(guī)則運(yùn)動也會導(dǎo)致水冷壁管道出現(xiàn)裂紋和泄漏。因此，盡量避免爐渣碳顆粒對水冷壁的沖擊，以確保鍋爐正常運(yùn)行。

3 預(yù)防水冷壁爆管的措施

3.1 使?fàn)t膛內(nèi)壁受熱均勻

為保持爐膛內(nèi)壁受熱均勻，就需要保持爐膛內(nèi)壁的清潔并在爐膛內(nèi)壁表面形成保護(hù)膜。保持爐膛內(nèi)清潔，就要嚴(yán)格控制鍋爐內(nèi)壁制造、安裝和使用時的狀態(tài)，當(dāng)表面清潔程度不良時應(yīng)及時進(jìn)行清洗，使?fàn)t膛表面時刻處于清潔狀態(tài)，以減少表面沉積現(xiàn)象（圖3）。

圖3 水冷壁管清洗

（1）酸洗工藝。由于鍋爐內(nèi)的水為堿性，產(chǎn)生的結(jié)垢在酸洗時能夠容易的去除，但酸洗應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)與安全因素，進(jìn)行整體酸洗前，應(yīng)先進(jìn)行局部試驗(yàn)，試驗(yàn)通過后才能進(jìn)行整爐的酸洗，并按下列步驟進(jìn)行：水沖洗→鹽酸酸洗→水沖洗→清渣→水沖洗→漂洗→鈍化→熱爐排放酸洗結(jié)束。

（2）酸洗范圍及系統(tǒng)布置。除了過熱器，煤粉鍋爐的其他部分均應(yīng)進(jìn)行酸洗。酸洗溶液分兩路進(jìn)入爐膛內(nèi)循環(huán)：一路酸洗溶液先進(jìn)入省煤器再進(jìn)入汽包，另一路酸洗溶液先進(jìn)入水冷壁再進(jìn)入汽包，然后在汽包內(nèi)經(jīng)由水冷壁下集箱返回初始位置。

3.2 完善水處理工藝、加強(qiáng)汽水品質(zhì)監(jiān)督

為了有效降低水冷壁結(jié)垢與腐蝕，應(yīng)進(jìn)一步完善水處理工藝，增加對汽水品質(zhì)的監(jiān)督管理。對煤粉鍋爐水冷壁進(jìn)行補(bǔ)水時，應(yīng)首先選擇除鹽水，有條件的可以選擇氧化性水為鍋爐補(bǔ)水，氧化水能有效降低結(jié)垢和腐蝕的現(xiàn)象。不僅要控制鍋爐補(bǔ)水的水質(zhì)，還要加強(qiáng)對鍋爐內(nèi)汽水品質(zhì)的監(jiān)督，只有定期化驗(yàn)汽水成分、保證鍋爐內(nèi)汽水時刻處于優(yōu)良狀態(tài)，才能有效降低結(jié)垢、積鹽和腐蝕等現(xiàn)象。此外，鍋爐還應(yīng)設(shè)有儀器儀表，相關(guān)人員應(yīng)做好儀器儀表的養(yǎng)護(hù)工作，時刻掌握汽水成分的變化情況。

3.3 提高凝汽器密封性、防止凝汽器泄漏

對于設(shè)有凝汽器的鍋爐機(jī)組，應(yīng)提高凝汽器的密封性，減少泥沙和鹽類對系統(tǒng)的腐蝕，自然界的水源不僅含有大量泥沙，還含有多種鹽分，很容易對水冷壁管形成腐蝕。但是目前尚為找到防止凝汽器泄漏的有效方法，因此只能加強(qiáng)設(shè)備管理措施，盡量減緩銅管的腐蝕速度，以有效避免凝汽器泄漏問題（圖4）。

圖4 水冷壁涂層防腐

3.4 注意停用保護(hù)、加強(qiáng)啟爐時的水質(zhì)監(jiān)控

煤粉鍋爐停用后，如果沒有采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)方法，很容易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，在下次啟動機(jī)組時這些腐蝕產(chǎn)物會隨著系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入鍋爐內(nèi)部，對爐內(nèi)設(shè)備造成更加嚴(yán)重的腐蝕。因此在鍋爐機(jī)組停用期間，必須采取科學(xué)合理的保護(hù)措施，在二次啟用機(jī)組時必須采取有效的水質(zhì)監(jiān)控措施，才能降低腐蝕問題的發(fā)生率。現(xiàn)在廣泛采用的保護(hù)措施為熱爐放水余熱烘干法，這一方法成本較低、使用方便，適用于一個月內(nèi)的機(jī)組停運(yùn)。超過一個月的機(jī)組停運(yùn)，可以使用氨水法與氨聯(lián)氨法對機(jī)組加以保護(hù)。本次研究的煤粉鍋爐機(jī)組配備了氮?dú)夤芫W(wǎng)，在機(jī)組停機(jī)時采取充氮法進(jìn)行設(shè)備的保護(hù)，這種方法實(shí)施較為簡單，只需從空分裝置接出一路管道至汽機(jī)房和鍋爐房即可。充氮法不僅可以有效保護(hù)機(jī)組設(shè)備，還適用于停機(jī)較長的情況，目前很多新建的電力機(jī)組已經(jīng)預(yù)先安裝了沖氮系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展和發(fā)展，鍋爐制造工藝更加完善，水冷壁管破裂引起的故障得到了進(jìn)一步重視。本文分析了導(dǎo)致煤粉鍋爐水冷壁管開裂的原因，并給出針對性的解決策略：一是使?fàn)t膛內(nèi)壁受熱均勻，二是完善水處理工藝、加強(qiáng)汽水品質(zhì)監(jiān)督，三是提高凝汽器密封性、防止凝汽器泄漏，四是注意停用保護(hù)、加強(qiáng)啟爐時的水質(zhì)監(jiān)控。上述策略的有效實(shí)施，能夠大幅降低腐蝕現(xiàn)象，延長水冷壁的使用壽命，提升熱電站的安全性和用戶的經(jīng)濟(jì)性。