660MW超臨界鍋爐水冷壁泄漏原因分析及處理方法

薛學敏

（山西漳電同華發電有限公司，山西 忻州034114）

0 引言

某廠2×660MW超臨界直接空冷機組采用東方鍋爐廠生產的DG2090／25．4－Ⅱ型超臨界變壓直流爐，其采用前后墻對沖燃燒方式，為一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、緊身封閉、全鋼構架的∏型爐。該爐采用中速磨冷一次風正壓直吹式制粉系統，燃燒器為低NOx型雙調風旋流燃燒器，共36只分3層布置在前、后墻上；在前、后墻旋流燃燒器的上方各布置了1層燃盡風，其中每層2只側燃盡風（SAP）噴口、6只燃盡風（AAP）噴口。燃燒器層間距為4．58m，列間距為3．05m，上層燃燒器中心線距屏底距離約為25．1m，下層燃燒器中心線距冷灰斗拐點距離為3．26m，最外側燃燒器中心線與側墻距離為3．46m，燃盡風距最上層燃燒器中心線距離為5．98m。爐膛吹灰器采用上海克萊德貝爾格曼機械有限公司的V04型短伸縮式吹灰器，共48臺，分3層對稱布置在4面墻上，每層16臺（前后墻各5臺，兩側墻各3臺）。

鍋爐下部為螺旋水冷壁，采用內螺紋管，外徑38．1mm、壁厚7．5mm、材質為SA－213T2；上部為垂直水冷壁，采用光管，外徑31．8mm，壁厚分別為9mm、8．5mm、8mm，材質為15CrMoG。

2013年6月23日，#1爐四管泄漏報警，就地檢查#1爐右側第一層中間吹灰器A02處有泄漏聲音。拆除A02吹灰器，泄漏聲音明顯，進一步確認水冷壁泄漏。

1 泄漏原因分析

（1）停爐后，對該區域泄漏點進行分析檢查，發現該區域管壁存在吹損，附近管壁減薄較多，初步判斷泄漏原因為吹灰蒸汽吹損。

該廠鍋爐吹灰介質采用過熱蒸汽，汽源來自于鍋爐后屏過熱器出口集箱，汽源溫度為523℃，汽源壓力為25．8MPa，經減壓后吹灰母管壓力為2．5MPa左右，爐膛吹灰器減壓閥后壓力為0．8MPa，啟吹距離為50mm，爐膛吹灰的周期為兩天一次。

1）對照近期吹灰記錄、SIS系統回放未發現吹灰器卡澀現象，排除因吹灰器卡澀發現不及時導致泄漏的可能。

2）對該吹灰器啟吹角度進行檢查，發現啟吹角度有偏移現象。正常運行時，吹灰器的啟吹角度應與水冷壁管的軸線平行，此時吹灰開始時管道內生成的冷凝水對受熱面損傷最小。

3）在吹灰過程中，發現吹灰器有積水現象。

（2）對水冷壁泄漏管束進行檢查發現表面有層狀剝離物，進一步對該物質進行取樣化驗，結果如表1所示。

表1 泄漏管束表面層狀剝離物取樣化驗結果

從取樣化驗結果看，S、Fe兩種元素的含量合計為44%，具有硫化物型高溫腐蝕的基本特征。

（3）進一步對爐膛水冷壁管進行全面檢查，發現爐膛左右側墻水冷壁在吹灰器區域發生了嚴重的高溫腐蝕，腐蝕區域在燃盡風上方呈倒三角狀且向前墻偏斜。

在機組負荷600MW時，從爐膛兩側看火孔處采用紅外測溫儀對爐膛溫度進行測溫，結果如表2所示。

表2 爐膛溫度測溫結果

高負荷時，送風量低，造成燃燒氧量不足，而且為了降低NOx的排放，燃盡風門開度大，進一步造成燃燒器區域缺氧燃燒，未完全燃盡的煤粉在燃盡風區域繼續燃燒，整個燃燒過程中均處于缺氧燃燒狀態，在燃盡風上部溫度最高。

該廠每臺爐配6臺中速磨煤機，布置方式為：前墻從下到上依次為A、B、C磨煤機，后墻從下到上依次為D、E、F磨煤機。對于設計煤種，5臺磨煤機可滿足鍋爐MCR工況運行的要求，另1臺備用。因實際燃用的煤種與設計煤種偏差較大，機組滿負荷時，需要6臺磨煤機同時運行。在負荷降低時，優先停運F磨煤機。由于二次風箱內部積灰的影響，即使是相同的二次風門開度，也將導致二次風量的偏差。當前后墻的燃盡風碰撞后，未燃盡的煤粉沖向兩側水冷壁，導致煤粉在水冷壁附近燃燒，產生較高的溫度，同時煤粉沖刷水冷壁以及腐蝕性氣氛的形成，使得水冷壁更易受到腐蝕和磨損。

綜上所述，該廠水冷壁泄漏是高溫腐蝕和吹灰蒸汽、煤粉顆粒沖刷綜合作用的結果。由于該廠在高負荷運行時爐膛氧量偏低，導致管壁表面的氧化膜在含硫氣氛中被破壞變得疏松，易于開裂和脫落，在吹灰和煤粉沖刷的作用下逐漸脫落，如此交替進行，增加了管壁的減薄速度。

2 處理方法

（1）對爐膛吹灰器啟吹角度、啟吹距離及減壓閥后壓力進行調整，并對吹灰器疏水管道進行改造。

經過進行反復試驗，吹灰器進行以下調整后對吹灰效果無明顯影響：1）啟吹距離由50mm調整為70mm；2）吹灰器減壓閥后壓力由0．8MPa調整為0．5MPa；3）啟吹角度全部調整為與螺旋水冷壁管的軸線平行；4）將原疏水管道由水平布置改為具有一定傾斜度的布置方式。

（2）根據機組排煙溫度、減溫水量等參數變化，重新制定吹灰方案，調整吹灰器運行方式，減少吹灰頻率，特別是兩側墻吹灰器，以減少受熱面的吹損程度。

停機后，多次對爐膛受熱面檢查發現，爐膛水冷壁管上積渣較少且較疏松，在原吹灰運行方式下，因吹灰較頻繁，易導致蒸汽直接吹至水冷壁管上，吹損受熱面。

吹灰間隔4天后進行，試驗結果如表3所示。

表3 爐膛吹灰前后試驗結果

從試驗結果可以看出，爐膛吹灰后，排煙溫度略有降低，但變化不大，爐膛水冷壁結渣較少，吹灰前后效果不明顯。后經過多次試驗，將吹灰器運行方式確定如下：將爐膛吹灰器編為單、雙號，首先進行單號吹灰，間隔3天后進行雙號吹灰，再間隔3天后進行單號吹灰，依次循環進行。另外，根據機組排煙溫度的變化，間隔一段時間以后視機組運行情況需要對爐膛進行全面吹灰。

（3）進行燃燒調整試驗：

1）高負荷時，維持省煤器出口氧量在3%～3．5%之間，保證爐膛內部富氧燃燒。為了保證測量的準確性，在省煤器出口左、右側各增加一個氧量測點。

2）維持二次風箱與爐膛差壓在0．4～1．1kPa之間。

3）外二次風的調節：外二次風門布置在大風箱中，其開度不僅影響到二次風的旋流強度，也影響到進入該燃燒器的二次風量，如果各個燃燒器的導葉開度相差懸殊，各燃燒器的風量分配均勻性便遭到破壞，因此保持各外二次風實際開度與指示一致非常重要。由于現場風箱內部積灰及燃燒器變形的影響，為了保證兩邊燃燒器富氧燃燒，外二次配風由均等配風改為U型配風。

4）燃盡風的調節：燃盡風量的大小最終影響運行燃燒器層二次風量，開大燃盡風，燃燒器區域風量降低；關小燃盡風，燃燒器區域風量升高。因此，應關小燃盡風，以保證爐膛燃燒充分。

5）內二次風的調節：增加內二次風量，相當于一次風氣流質量與二次風氣流質量比減小，回流區增大，燃燒將加強。由于該燃燒器區域是缺氧燃燒，增加燃燒器區域氧量可加強前期著火燃燒。因此，將內二次風開度數值由原260變為300。

6）進行冷態空氣動力場試驗，測定一次風速、二次風速。

（4）使用高溫噴涂防腐防磨技術，在表面涂防蝕合金等物質。在水冷壁易發生腐蝕的區域噴刷防蝕涂料、噴涂防蝕耐磨合金，可有效預防水冷壁高溫腐蝕。國內早已廣泛采用的鐵鉻鋁合金絲及高鉻鎳合金絲的技術水平及成本都完全能滿足預防水冷壁高溫腐蝕的需要。

3 結語

火電廠生產過程中不可避免地會對水冷壁管產生腐蝕和磨損，使其安全性降低。影響水冷壁腐蝕和磨損的原因很多，從鍋爐合理運行與水冷壁表面護理兩方面采取措施，可以積極消除各種隱患，防止水冷壁的腐蝕和磨損，保障火電廠的安全生產。