谈锅炉“四管”泄漏的问题分析及措施

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摘要：火力发电厂中，锅炉“四管”是重要的设备之一，引起锅炉"四管"泄漏的原因较多，其中磨损、腐蚀、过热、拉裂是导致“四管“泄漏的主要原因，而锅炉“四管”的预防是一项长期而复杂的工作，本文分析了锅炉“四管”的泄漏原因，并提供了相应的预防措施，供同行参考。

关键词：火力发电厂 锅炉“四管” 措施

引言

所谓锅炉"四管"是指锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器，传统意义上的防止锅炉“四管”泄漏，是指防止以上部位炉内金属管子的泄漏。锅炉“四管”涵盖了锅炉的全部受热面，它们内部承受着工质的压力和一些化学成分的作用，外部承受着高温、侵蚀和磨损的环境，很容易发生失效和泄漏问题。锅炉“四管”的安全稳定运行，与发电机组的安全稳定经济运行是密不可分的。火电机组一旦发生锅炉“四管”泄漏就只有采取强迫停炉，进行抢修，严重影响火力发电厂的正常生产，造成巨大的经济损失。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。

1 省煤器泄漏

省煤器泄漏的主要原因是磨损, 因磨损造成省煤器泄漏的几率为60%。因此,研究省煤器的磨损原因及防止磨损的方法,对减少锅炉临时检修很有必要。

1.1 磨损机理和易磨损部位

因为流过锅炉受热面的烟气具有一定的速度, 烟气中形状不规则的固体颗粒就会对受热面产生撞击和磨削。局部磨损易引起省煤器泄漏,其位置多发生在省煤器左右两组的中部弯头、两侧靠近墙壁弯头、靠近前后墙的管排、错列省煤器顺烟气流向的第二排管以及管卡附近的管排。

1.2 防磨措施

防止省煤器磨损的途径有两个方面,一方面是消除磨损源,另一方面是限制磨损速度。在消除磨损源方面,如在锅炉转弯竖井处加装百叶窗式除尘器, 在屏式过热器后加装撞击式飞灰分离器,在转折处装离心式分离器,这些消除磨损的方法虽然对减少省煤器磨损起到一定的作用,但效果不十分明显。在目前采用的防磨措施中,主要是限制磨损速度。

1.2.1 降低烟气流速

据统计,影响磨损的关键因素是烟速,即烟气中飞灰颗粒的速度。烟速对磨损速度的影响表明:磨损速度与烟速的三次方成正比。斯洛伐克动力设备研究所在非常接近省煤器的实际工况下进行不同烟速下的磨损试验, 得出烟速在13.8m/s 运行662h 与烟速35m/s 运行19h 的磨损量相当,两者的磨损速度均超过了烟速三次方的关系。由此可以看出,降低烟速对防止磨损非常重要,其方法有:

（1）扩大烟道尺寸,增加烟气流通面积。

（2）减少管排,增大流通截面。

（3）加大管排横向截距,保持纵向截距不变,将短单管圈改为长双管圈。

（4）消除中间弯头处的走廊,降低烟速。

1.2.2 采用鳍片式省煤器

在省煤器的防磨改造中, 鳍片式省煤器被认为是最佳的改造模式。鳍片式省煤器具有以下优点:

（1）能合理地选取横向截距和纵向截距,降低烟气速度。

（2）可以避免气流斜向冲刷管束。由于管排和鳍片的扰流作用,改变了烟尘的速度场、粒度场、浓度场,从而大大降低了磨损速度。

（3）占有空间小,省煤器的总高度大约降低40%。

（4）工质侧及烟气侧阻力可以在设计中降低,每个电厂可以根据本厂实际情况进行改造。

1.2.3 加强局部防磨措施

当烟气平均速度降低以后, 省煤器局部防磨的问题还必须重视,可以采取以下措施:

（1）加阻流栅。

（2）采用梳行定位卡或定位棒,保持管排截距均匀。

（3）靠竖井前后墙第一排管应靠墙布置。

（4）取消整体防磨板,单个防磨瓦尽量采用120°,有必要时可以采用180°。

另外,在锅炉运行中,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,并严格控制锅炉本体、回转式空预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重要意义。

2 水冷壁管泄漏

在四管泄漏中,水冷壁管产生泄漏除设计、制造、安装的原因外,还与磨损、腐蚀、膨胀受阻、急冷、水循环不良等有关。

2.1 磨损

水冷壁管磨损主要发生在一次风喷口周围, 是由风粉流冲刷和吹灰器吹扫时冲刷等引发的磨损。

在一次风喷口周围水冷壁管发生磨损时, 主要是喷燃器安装角度不恰当、设计切圆过大、喷嘴在运行中烧坏变形以及稳燃设施布置不当等,使煤粉气流冲刷水冷壁管,引起管壁磨损变薄,以至泄漏。

2.2 腐蚀

2.2.1 水冷壁管外壁高温腐蚀

水冷壁外壁高温腐蚀通常发生在高温高压锅炉热负荷高的区域,即喷燃器附近。防止水冷壁高温腐蚀方法为:①采用渗铝管;②加强燃烧调整,控制燃烧区的温度;③提高给水品质。

2.2.2 水冷壁管内壁腐蚀

当水冷壁管内有沉积物（垢或水渣）时,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。研究表明,当炉水pH 值为9～10 时,水冷壁管腐蚀速度最小,此时保护膜稳定性最高。pH 值过高或过低易发生碱性或酸性腐蚀,使腐蚀速度加快。因此,在锅炉正常运行条件下,要求炉水pH 值保持在9～10。

为防止水冷壁腐蚀,主要是加强化学监督,提高给水品质:①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,防止凝汽器泄漏;②必须保持锅炉良好运行方式,保证连续排污、定期排污的正常进行,控制炉膛局部热负荷不要过高;③对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。

2.2.3 膨胀受阻

水冷壁因膨胀受阻而拉裂的现象时有发生, 拉裂部位通常在炉膛四角和喷燃器附近, 多数是由于大滑板与水冷壁膨胀不一致,经多次启停炉后,就从焊点处拉裂泄漏。另外,膜式水冷壁锅炉两侧水冷壁与水平烟道过热器管排交接处密封板也是水冷壁膨胀受阻的部位。

3 过热器、再热器泄漏

据统计, “四管”泄漏临修次数占总临修次数的35%, 而过热器、省煤器临修次数之和占“四管’泄漏临修次数的80%,可见,防止“四管”泄漏的重点是防止省煤器和过热器的泄漏。引起过热器泄漏的主要原因是超温、磨损和腐蚀。

3.1 超温

在过热器临时检修中,超温爆管占的次数最多,超温的原因主要是烟气侧温度高、工质侧流速低和管材的耐热度不够。

3.1.1 火焰中心上移

造成火焰中心上移的原因很多,如锅炉机组漏风（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（风粉配合不好、火嘴投停层数不当）、煤质变差、煤粉变粗、火嘴安装角度不对、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,一般认为喷燃器的角度每改变1°,过热汽温能改变2℃。目前设计的摆动式燃烧器通常可以上下摆动20°,但摆动角度增大以后对锅炉运行的安全性、经济性不利,而且这种燃烧器不适用于难燃煤种,运行中易发生卡涩现象。

3.1.2 工质流速偏低

锅炉启动和低负荷运行时,因工质质量流速偏低,如果操作不当就容易引起超温爆管,尤其是屏式过热器。

3.1.3 设计和安装不当

过热器设计和安装的质量对过热器超温有相当大的影响,例如同屏管数设计过多、质量流速偏低、火炬行程设计偏短、减温器设计不合理、钢材裕度不够、喷燃器安装角度不对、管内有异物堵塞等。使燃烧系统和有关设备完好,这样才能减少过热器超温爆管的发生。

3.2 磨损

过热器、再热器的磨损主要是飞灰冲刷磨损,通常发生在烟气走廊、烟气流速突变的局部位置附近,如蛇形管排的弯头及穿墙管部位,特别是卡子附近更容易发生局部冲刷磨损。另外,对布置在水平烟道中的垂直式过热器和再热器蛇形管排, 尤其在竖井上部低温对流过热器和再热器蛇形管排弯头和两侧墙管排的冲刷磨损,在大、小修中一定要认真检查并做好技术记录。

3.3 腐蚀

过热器和再热器的高温腐蚀,主要发生在高温对流过热器和再热器出口部位的蛇形管上。高温腐蚀是由燃料中的硫和灰分中的碱金属（钠、钾）引起的。由于灰中含有氧化铁,因而促使烟气中的二氧化硫化为三氧化硫。在此条件下,碱金属的硫酸盐、氧化铁（包括管壁的氧化铁保护层）与三氧化硫形成复盐Na3Fe（SO4）3、K3Fe（SO4）3。这种盐熔点很低,在580～590℃就会熔化流走,从而破坏了氧化铁保护层,使管子受到腐蚀。

防止高温腐蚀的方法:降低过热器及再热器的壁温,使其不超过580℃,则高温腐蚀的速度可以大大降低。除以上的方法外,用渗铝管是防止高温腐蚀的有效方法。

4 结束语

总之，在火力发电安全生产过程中，锅炉设备的安全运行起着决定性的作用。由于锅炉“四管”泄露和爆管事故必须停炉消缺，所以锅炉“四管”安全运行与否是整个火力发电安全生产的重中之重。锅炉“四管”检查没有捷径可走，只有实实在在地投入大量的人力、物力和精力，采取应修必修、修必修好的态度，才能保证锅炉“四管”设备的安全。