锅炉技术如何避免水冷壁泄漏非停事件《资讯》

04-19

布置在炉膛内壁面上主要用水冷却的受热面，称为水冷壁。水冷壁是敷设在锅炉炉膛四周，由多根并联管组成的水冷包壳。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中做上升运动，受热蒸发。 它是工业和电站锅炉的主要蒸发受热面。水冷壁的主要作用是吸收炉内辐射热，将水加热成饱和蒸汽；保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，使炉墙外表面温度降低；吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度，减轻炉内结渣、防止炉膛出口结渣。

（一）、简介：

水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部 为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。 锅炉圈【 ID：cfb12315】分享锅炉知识，笑傲技术江湖！电厂锅炉运行必备公众号，运行调整、现象分析、事故处理、技术资料，一网打尽！

水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。後来，由于其良好的热交换功能，逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。

敷设在锅炉炉膛内壁、由许多并联管子组成的蒸发受热面。水冷壁的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有40～50％甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。

（二）、分类：

光管式水冷壁：由一般的锅炉钢管组成。这是构造最简单的水冷壁，管子排列越密对炉墙保护效果越好。优点是可以采用一般的无缝钢管，更换水冷壁管比较方便，缺点是炉墙温度仍然较高，需要采用耐火砖重型炉墙，锅炉的钢架要加强，炉墙的漏风较大。老式高压锅炉和中、小型锅炉采用较多。管子排列越密对炉墙保护效果越好。炉墙广泛采用轻质耐火材料和保温材料。这些材料可以砌成炉墙，也可敷设在水冷壁上成为敷管式炉墙以便于安装。

膜式水冷壁：将鳍片管（或扁钢与光管）相互焊接在一起组成的整块管屏。膜式水冷壁是用扁钢把钢管连接成一个整体。它的优点是气密性好；管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料，炉膛高温烟气与炉墙不直接接触，有利于防止结渣；管屏可在制造厂成片预制，便于工地安装。大容量，高温高压锅炉多采用膜式水冷壁它的优点是气密性好；管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料，炉膛高温烟气与炉墙不直接接触，有利于防止结渣；管屏可在制造厂成片预制，便于工地安装。

销钉式水冷壁又称刺管式水冷壁：它是按照要求在光管表面焊上一定长度的圆钢，利用销钉可以牢固地在水冷壁上敷设耐火涂料，用以构成卫燃带、液态排渣炉渣池及熔渣段，以及旋风炉的旋风筒。

内螺纹管水冷壁：内螺纹管水冷壁是在管子内壁开出单头或多头螺旋形槽道的管子。内螺纹管用于直流锅炉、亚临界参数强制循环锅炉用自然循环锅炉炉膛的高热负荷区或汽化率高的水冷壁管段。工质在内螺纹管内流动时，发生强烈扰动，使汽水混合物中的水压向管壁，并迫使汽泡脱离壁面被水带走，从而破坏汽膜的形成，防止出现沸腾换热恶化，使水冷壁管壁温度下降。

（三）、材质：

水冷壁材料一般用碳素钢。锅炉压力在14兆帕以上时也有部分用合金钢的。管子外径：自然循环锅炉一般用51～83毫米；多次强制循环锅炉和直流锅炉一般用22～60毫米。直流锅炉的水冷壁不像自然循环锅炉那样一定是直立式的，也可以是水平围绕或其他形式的。

参数高时，尤其在直流锅炉中，为了在炉膛高热负荷区防止传热恶化,常采用内螺纹管或在管内装设扰流子。

水冷壁的作用

水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。后来，由于其良好的热交换功能，逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。

因此，水冷壁的作用主要是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量,在管内产生蒸汽或热水，并降低炉墙温度,保护炉墙。在大容量锅炉中，炉内火焰温度很高，热辐射的强度很大。锅炉中有40～50%甚至更多的热量由水冷壁所吸收。除少数小容量锅炉外，现代的水管锅炉均以水冷壁作为锅炉中最主要的蒸发受热面。

水冷壁热应力

经常听到热应力一词，但很多人一直不明白什么是热应力，究竟怎么来的。今天主要结合水冷壁给大家介绍热应力的概念，希望能加深大家理解。

热应力：通俗地讲是物体受热不均匀而存在着温度差，导致各处膨胀或收缩变形不一致，从而形成相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。

还看不懂没关系，再结合水冷壁加深理解。

正常运行下水冷壁热应力

锅炉正常运行时，水冷壁管外壁受到高温火焰的热辐射，而内壁则被汽水混合物冷却。内壁汽水混合物的温度是汽包压力下的饱和温度。虽然水冷壁管厚通常不大于6mm，管壁热阻不大，但由于管外壁受到高温火焰的强烈热辐射，热负荷很高，特别是靠近火焰中心的水冷壁管，热负荷更高，因此水冷壁管内外壁温差可达60～80度。

这里说明一点：如果水冷壁内壁结垢，管内的汽水混合物与管壁之间有一层垢，由于垢的导热系数小于管壁，汽水混合物不能直接冷却管壁，使得管外壁温度明显升高，管的内壁也随之升高，管内外壁温差非但不增加反而因不能被汽水混合物冷却而使温差降低。

外壁温度高企图膨胀，内壁温度低必然阻止外壁膨胀，外壁承受压缩应力，而内壁承受拉伸应力，这样就在水冷壁管产生了热应力。这种分析思路可以延伸解释工作中遇到的其他产生热应力的问题。

水冷壁管内外壁温差和壁厚成正比，壁厚越大，热应力越大。所以，水冷壁管壁不宜超过6mm。当压力更高时，水冷壁需要更高的强度，则不采用增加壁厚的方法而是采用强度更高的材料制造水冷壁管。如：工作压力10Mpa以下，水冷壁采用20钢；当压力超过15Mpa时，水冷壁采用15MnV或15CrMo等低合金钢。

高温腐蚀

高温腐蚀的原因：

造成水冷壁高温腐蚀的因素，除煤质本身特性外，主要是壁面温度、近壁区烟气组分和烟气流场。

燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀是典型的硫化物腐蚀，是煤粉在特定条件下燃烧形成的H2S和自由态[S]与壁温400~500℃的水冷壁发生反应造成的。烟气中H2S和自由态[S]的含量取决于烟气中氧量。若煤粉在富氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO2，对水冷壁基本没有腐蚀作用。若煤粉在贫氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO2的同时，生成部分H2S和自由态[S]。一般而言，H2S和自由态[S]的生成量随着烟气中氧含量的降低而升高。

水冷壁高温腐蚀的主要因素包含以下几个方面：

1、燃料含硫量

2、水冷壁壁温

3、水冷壁近壁区氧量

4、炉内空气动力场

知道了原因，辣么怎么办尼？

应从以下几个方面着手：

（1）控制燃料中含硫量。

（2）控制水冷壁近壁区氧量。

（3）控制水冷壁的壁温。

设计选型与改造：

造成水冷壁高温腐蚀的因素，主要是壁面温度、近壁区烟气组分和烟气流场。

在水冷壁与燃烧器的设计选型上，就应该对水冷壁均应进行传热恶化验算，从启动流量所对应的负荷到满负荷水动力工况应稳定；燃烧器形式和布置方式应与燃煤特征相适应，并考虑煤质在允许变化范围内的适应性，一、二次风应有较大的刚度，假想切圆不宜太大，宜采用水平浓淡“风包粉”燃烧方式，或设计侧二次风，改善水冷壁壁面附近烟气气氛，使其不出现还原性气氛、火焰不贴壁、不刷墙、防止结渣。

重点是改造问题：

1）低氮燃烧器改造前，应经进行详尽的摸底试验，充分了解制粉系统、送引风系统等关键辅机运行现状，合理设计燃烧器关键参数。

2）应考虑分级送风对主燃区氧量的影响，结合水冷壁壁面气氛分布情况和脱硝系统能力，选取合理的燃尽风风率和NOx排放浓度值。

3）低氮燃烧器的布置、设计应通过模化试验确定，尽可能采用对称燃烧。

4）依据改造煤质特性对锅炉炉膛容积热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧区热负荷进行校核计算，以防出现热负荷集中导致水冷壁温度局部超温的情况。

5）增加水冷壁壁面氛围（O2、CO和H2S）测点，建议安装在线监测系统，测点布置方式见附件A。改造前后对水冷壁壁面氛围（O2、CO和H2S浓度）进行摸底测试，改造后应将壁面烟气氛围作为调试指标，近壁区氧量不应低于1.5%。

6） 增加燃尽风风量测点，确保二次风总风量和燃尽风风量测量结果准确，主控画面增加二次风率点，以便运行人员调节风量。

7）对于前后墙对冲旋流燃烧锅炉，燃烧器应设置壁温测点，以防燃烧器烧损，影响炉内燃烧组织造成热偏差。

8）对于四角切圆燃烧锅炉，可适当地将一次风喷口偏转一定角度，使其形成一个与原假想切圆旋转方向相反的、直径较小的假想切圆，改造后应进行冷态动力场试验。

对于第五条，第七条，烧锅炉的绝对支持！氛围测点建议选取臭稀式测量，因为光学式会受锅炉膨胀问题影响，测不准，白花钱。

而第七条，可以根据温度场测量，了解热辐射分布，并通过二次风的优化调整，及时纠正偏差，这个我有整套的方案。

锅炉水冷壁主要作用：

强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属消耗量；

保护炉墙，减少融渣和高温对炉墙的破坏作用，装设水冷壁后，炉墙的内壁温度大大降低，因此炉墙的厚度可以减小，重量减轻；

对于敷在水冷壁管子上的炉墙，即敷管炉墙，水冷壁也起了悬吊作用；

主要受热面，火焰对水冷壁的辐射传热已成为锅炉传热的重要方式。

水冷壁一般是上部固定，下部自由膨胀。水冷壁的上集箱固定在支架上，下集箱则由水冷壁悬吊着。水冷壁管自身吊拉件限制其水平移动，以免引起结构变形，但要保证水冷壁能上下滑动。

水冷壁穿过炉墙的部分要留出膨胀间隙，为了防止漏风，间隙内填充石棉绳。对于敷管炉墙，炉墙贴附在膜式水冷壁管外面形成一个整体，穿墙部分可不留间隙。

水冷壁的腐蚀主要是高温腐蚀，只需要在水冷壁涂刷ZS-811高温防腐涂料就可以，如果还想提高锅炉的热利用率，可以在涂刷一层ZS-1061高温辐射节能涂料。

锅炉水冷壁泄漏、爆管现象、原因及处理

现象

1：汽包水位降低，严重时汽包水位急剧下降，给水流量不正常的大于蒸汽流量

2：炉膛负压瞬时偏正且不稳定

3：炉管泄漏检测装置报警

4：从检查孔、门、炉墙等不严密处可能向外喷烟气和水蒸汽，并有明显泄漏声

5：主蒸汽流量、主蒸汽压力下降

6：泄漏后各段烟气温度下降，排烟温度降低

7：锅炉燃烧不稳火焰发暗，严重时引起锅炉灭火

8：引风机投自动时，静叶开度不正常增大，电流增加

原因

1：给水、炉水质量不合格，使管内壁腐蚀或结垢超温

2：炉水泵工作失常、造成炉水循环不良

3：燃烧调整不当，火焰偏斜，造成水冷壁管被煤粉冲刷磨损

4：节流圈安装不当，管内有异物造成水循环不良

5：管壁长期超温运行

6：吹灰器内漏或未正常退出，蒸汽吹破炉管

7：管材质量不合格，焊接质量不良

8：水冷壁结焦

9：大块焦砸坏水冷壁管

10：锅炉长期超压运行

11：锅炉启动升温、升压过快

12：管材老化失效

13：锅炉严重减水处理不当，继续上水使管子急剧冷却或锅炉严重减水使管子过热爆破

14：水冷壁膨胀受阻

处理

1：当水冷壁管泄漏不严重能维持汽包正常水位时，可适当降低参数运行，降负荷运行，密切监视泄漏部位的发展趋势，做好事故预想，汇报值长，请示尽快停炉

2：当水冷壁管爆破不能维持正常水位时，立即停炉。停炉后继续加强上水，水位不能回升时停止上水，省煤器再循环门不应开启

3：水冷壁管爆破严重减水时，应进行下列处理

（1）：立即停炉，维持引风机运行，排除炉内蒸汽

（2）：停炉后继续上水，维持汽包水位

（3）：若无法维持水位，应停止炉水循环泵及给水泵运行

（4）：停炉后，电除尘应立即停电

案例：

一、设备简介：

某电厂＃1、2锅炉为上海锅炉厂有限公司设计制造的超高压、中间再热、自然循环锅炉，锅炉型号为SG-480/13.7-M788，四角切圆燃烧煤粉炉，锅炉本体呈“Π”型。＃1、2机组分别与2008年10月、11月投产运行。水冷壁材质为材料为SA210C，炉膛四周全部采用Φ60×6mm，光管加扁钢组成膜式水冷壁，管子节距为76mm。冷灰斗角度为55°，如图1。

图1

二、事件经过：

2018年12月17日13点，#1机组负荷130MW，主汽流量440t/h，给水流量430t/h，，A、B、C磨煤机运行，总煤量67t/h，对外采暖抽汽流量63t/h，对外供汽10t/h，各参数运行正常。

运行巡检人员检查发现#1炉后墙水冷壁15米新增14号短吹处有轻微泄漏声音，立即汇报值长，关闭吹灰器进汽手动门，泄漏声音无变化，判断为水冷壁泄漏。立即汇报新疆省调、公司生产指挥中心，并申请停炉，2018年12月18日15点14分经省调同意，#1机组于与系统解列。

三、漏点描述：

1、检查发现水冷壁后墙A/B层燃烧器（标高15m处）之间,新增14号短吹两根让管之间鳍片出现裂纹，爆口形状长度3cm，宽度2mm（如图），属于典型应力拉裂爆口。

2、第二爆口由于第一爆口泄漏后，高压炉水冲刷管壁表面，致使水冷壁减薄泄漏。

图1

四、检查情况及原因分析：

（一）检查情况：

1、2012年准东煤改造时增加16台吹灰器，项目由西安热工院总包，负责对口焊接及密封补焊，水冷壁让管由自贡东方气体设备有限公司设计制造。

2、检查漏点至密封盒之间有6cm长鳍片存在单面焊接，并且鳍片焊接凹凸不平。（如图2）

3、现场检查膨胀缝开裂位置与设计图纸不一致，图纸设计上下口均有膨胀缝，但是现场实际上口无膨胀缝，下口膨胀缝长度为44.5mm。

图2

（二）原因分析：

1、密封盒内鳍片焊接凹凸不平，并且有6cm为单面漏焊，爆口部位为焊缝凸起部位，造成应力集中，导致管子开裂泄漏。

2、预留膨胀缝过短，爆口位置属于让管起弯部位，预留膨胀缝终点在起弯点，在长时间运行过程中产生交变应力。

图3

五、暴露问题：

1、某电厂各级管理人员吸取兄弟单位事件教训不深刻，责任落实不到位。暴露出某电厂对集团公司防非停工作要求执行不到位。

2、防磨防爆认识不足、工作不仔细，项目策划不全面，未对隐蔽部位列出检查内容。

3、隐患排查工作执行不到位，未能针对兄弟单位出现的类似问题，引起高度重视，采取的措施落实不到位，效果不明显。

4、专业技术管理不到位，防磨防爆台账记录不全面，未能严格执行防磨防爆管理要求，未全面详细记录检查情况，并且留有影像资料。

5、技改过程焊接质量把关不严，部分鳍片单面漏焊，遗留问题未能及时整改。

6、防磨防爆人员技能水平不足，在检查过程中明显缺陷未能及时发现。

六、采取的措施：

1、某电厂各级管理人员认真学习、落实集团公司防非停工作会议精神，对会议精神再部署、再落实，确保完成“迎峰度冬”工作任务。

2、更换的管道进行光谱分析，壁厚测量，割除原有密封盒内的鳍片，用浇注料密封。

3、吸取此次泄漏教训，利用检修机会对#1、2炉所有吹灰器密封板进行全面检查，更换破损密封护板。

4、根据设计厂家出具的方案，利用检修机会将其他所有水冷壁让管之间的鳍片全部割除，远离起弯部位，鳍片端部圆滑过渡。

5、举一反三排查设备存在的隐患，对人孔门、观火孔、穿墙管、折烟角等受热面鳍片焊接部位制定重点检查计划。

6、加强技改过程质量管理，对于改造过程焊接质量严格把关，完善原始资料，定期开展比对分析，查找设备劣化趋势，提前制定防范措施。

7、细化防磨防爆工作方案，结合机组运行情况，完善防磨防爆内容及标准，提升防磨防爆管理水平。

8、做好防磨防爆人员技能培训，加强对防磨防爆技术标准的学习和培训。

9、提高专业技术管理水平，严格执行公司防磨防爆管理制度，做到防磨防爆工作计划详细、过程可控、台账完善。

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