摘要：锅炉水冷壁爆管泄露在火力发电机组运行过程中时有发生，严重影响到机组的运行安全和经济效益，成为当前急需解决的一项课题。本文针对黄岛电厂5号机组发生的水冷壁爆管事故进行原因分析，认为泄露处附近的吹灰器定期吹扫是造成水冷壁管磨损超标进而导致爆管的根本原因，并从运行、检修等方面对水冷壁爆管的预防及处理进行了探讨。
关键词：水冷壁；爆管；吹灰器；磨损超标
1 设备概况
黄岛电厂5号机组为国产660MW燃煤汽轮发电机组。锅炉型号：SG-2102/25.4-M953，为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、全钢悬吊结构Π型锅炉露天布置、固态排渣。炉膛宽度18816mm，炉膛深度18144mm，水冷壁下集箱标高为5700mm，炉顶管中心标高为71050mm，大板梁底标高78350mm。炉膛由膜式壁组成，炉底冷灰斗角度为55°，从炉膛冷灰斗进口（标高5700mm）到标高47292mm处炉膛四周采用螺旋水冷壁管圈，管子规格为Φ41.3×6.9mm，节距为54mm，倾角为13.94°，在此上方为垂直水冷壁管圈，管子规格为φ34.9×6.0mm，节距为56mm，材质均为SA-213 T12。螺旋管与垂直管的过渡采用中间混合联箱。为了防止燃烧爆炸时对水冷壁的损坏，在炉膛外壁四周设有钢性梁，可以前后左右膨胀，而上下方向可随水冷壁同步膨胀[2]。
2 常见的锅炉水冷壁爆管原因
2.1 超温
一般而言水冷壁管壁温度并不高，受热面多数情况下是安全的，但是如果燃烧调整不当或锅水品质不好，则可能发生超温爆管。若炉膛燃烧发生在水冷壁附近，该区域的热负荷将很高，其往往会引起水冷壁结渣。由于区域水冷壁汽化中心密集，则可能在管壁上形成连续的汽膜，产生膜态沸腾。当出现第一类传热恶化现象时，管壁温度突然升高，会导致超温爆管[3]。
2.2 腐蚀
2.2.1 管外腐蚀
管外腐蚀[4]主要是炉内烟气流向对管外壁的腐蚀，尤其是当燃用高水份、高硫份煤时，水冷壁管外壁因频繁接触SO2、SO3和H2S气体引起腐蚀，管外腐蚀爆管处存在含硫的沉积物，靠近基体侧一般为黑色沉积物，与管壁结合紧密。
2.2.2 管内腐蚀
正常情况下，水冷壁管内壁覆盖着一层Fe3O4保护膜，使其免遭腐蚀。如果锅水PH值超标，就会使保护膜遭到破坏。研究表明，当PH值为9~10时，保护膜最稳定，管内腐蚀最小；当PH值过高易发生碱性腐蚀，当PH值过低又会发生酸性腐蚀。
（1）当锅水中有游离的NaOH时，锅水的当PH升高，引起碱性腐蚀，反应如下：
Fe3O4+4NaOH=2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O
（2）当锅水中有MgCl2或者CaCl2时，锅水的当PH降低，引起酸性腐蚀，反应如下：
MgCl2+2H2O=Mg（OH）2+2HCl
CaCl2+2H2O=Ca（OH）2+2HCl
Fe+2HCl=FeCl2+H2
当氢气在垢与金属之间大量产生时，便可扩散到金属中与其中的碳形成CH4，并在金属内部产生内压力，引起晶间裂纹，使金属发生脆性损坏。
2.3 磨损
2.3.1 颗粒物磨损
a、喷燃器安装角度偏离设计工况或燃烧中心设计切圆过大等情况的出现，在高负荷时一次风煤粉浓度高、风速大，气流冲刷冷壁管造成水冷壁磨损。
b、在燃烧过程中，因氧气量不足、燃烧不充分、燃烧时间过长等因素影响，使烟气携带颗粒物直接冲刷水冷壁，造成水管壁的破坏。
2.3.2 吹灰磨损
由于煤炭资源价格的上涨，不少电厂为了降低成本开始燃用发热量低、灰分大，价格相对便宜的煤种。在机组运行过程中必须通过吹灰器的吹扫来降低水冷壁壁温、防止水冷壁大面积结焦而影响换热效果。与此同时所产生的的蒸汽吹灰磨损伴随着吹扫次数的增加而导致了水冷壁管壁磨损超标，从而发生爆管事故。
2.33 掉焦磨损
水冷壁在工作过程中，受空气动力场不稳定和燃烧组织不当等导致管壁结焦，因除焦方法不当或焦渣自行掉落等都会造成管壁的磨损，严重时会出现炉焦砸爆锅炉水冷壁的现象。
3 黄岛电厂5号机组水冷壁爆管事故原因分析及处理结果
3.1 事故经过
2008年10月17日19时28分，5号机组在47MV负荷运行，运行人员发现锅炉给水流量不正常的大于蒸汽流量且水位、汽压和烟温下降明显，就地处能够听到蒸汽喷出的声音，经过请示后采取了停炉措施。
经检查发现水冷壁泄露处为机组2号角由北至南第一层第2台吹灰器上数第5根水冷壁管，该吹灰器周围区域管子磨损也十分严重（最薄处仅有2.1mm）。同时其余炉膛短吹周围也发现不同程度磨损的水冷壁管共计60余处。
论文作者:王彭玄
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
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