火力發電廠鍋爐受熱面管泄漏原因分析

內蒙古鄂爾多斯高新材料有限公司 王 凱 蔣建軍 滕學軍 張 超 內蒙古鄂爾多斯電力有限責任公司 楊 福

鍋爐受熱面是火力發電廠鍋爐中的核心內容，受熱面管主要有省煤器管、水冷壁管、過熱器管及再熱器管等，長期處在惡劣復雜環境下。由于泄漏現象的存在對火力發電廠安全運行影響很大，其中受熱面管損壞是最主要的形式，超過機組非停事故的50%、甚至高達80%。引起受熱面管失效的因素較多，如過熱、磨損、應力、疲勞、腐蝕、焊接缺陷與材料原始缺陷等。

1 鍋爐受熱面管泄漏原因分析

設計問題。在火力發電廠鍋爐設計中經常出現理論聯系實際不密切現象，包括爐膛結構難以達到煤種變化等要求，引起過熱器超溫爆管問題。缺乏足夠設計經驗，一些重要參數選擇不合理，尤其是受熱面系數設置存在問題將導致爐膛出口煙溫偏差較大，爐膛高寬比無法滿足要求、高度偏低帶來超溫問題。在結構設計、受熱面布置方面，造成流量偏差、熱偏差等問題因素也很多，如進出口集箱引入、引出布置不合理，兩級過熱器中部缺少混合集箱，容易帶來超溫的情況。此外，設計問題還表現在材質選用不合理等方面，鍋爐受熱面是火力發電廠中不可或缺的部分，關系著熱能是否有效利用，在結合參數極限值進行選擇過程中，不僅要滿足高溫、高壓和塑性等規定，也要按照相關標準確定沖擊韌性、耐蠕變性、耐腐蝕性等。若是材質耐高溫性能不達標，將讓鍋爐溫度偏差增加，存在管道材料蠕變情況并最終加大了泄漏的風險。

安裝與焊接質量問題。若是安裝質量不合格，不僅會引起泄漏問題還會導致發生鍋爐意外故障，不利于鍋爐日常安全穩定運行。安裝若是存在缺陷，鍋爐受熱面承受能力將面臨影響，鍋爐受熱面管出現泄漏故障的數量也會增多，不能保證火力發電廠生產的安全。在焊接質量不合格將為鍋爐受熱面管設計規范性帶來影響，這是因為受熱面管長時間在高溫高壓條件下，當焊接質量無法滿足規定標準時將導致受熱面運行無法保持可靠性。焊接工藝落后、焊接質量不達標將在焊接中引起未熔合、咬邊和未焊透等問題，最終讓鍋爐受熱面管運行時存在泄漏。

受熱面超溫，缺水嚴重?；鹆Πl電廠鍋爐受熱面所在煙氣溫度過高，將帶來短期超溫與長期超溫的現象。短期超溫主要是壁溫超出了受熱面材料下臨界溫度，從而降低了材料許用應力，帶來面管爆裂問題[1]。對長期超溫來說，管壁溫度未超出材料下臨界溫度、只比材料設計溫度高，運行期間過熱時間很長，溫度值較高導致鍋爐受熱面管蠕變加速，內部組織也將出現改變，引起受熱面管薄弱處破裂。管道若是缺水容易引起管道過熱、受熱變形和鍋爐爆炸等情況，在鍋爐運行中若存在異物堵塞或是熱負荷過高的地方，均可能出現缺水問題。在異物堵塞后水循環無法保持平衡，局面水溫會升高、熱負荷較大，管子無法提供足夠的水，管壁內流動水形成汽化問題，溫度達到臨界值后會將管道燒壞。

管壁結垢，使用磨損。在鍋爐高溫運行中會形成水垢，這種產物必然存在，且導熱系數與受熱面管更大，不僅提高了管道熱阻還影響了傳熱效果，引起管壁局部過熱、鼓包及泄漏等問題，甚至為火力鍋爐的安全產生巨大隱患。隨著管壁內水垢的增加排煙溫度也會越來越高，對燃料的消耗量也更大，否則將無法保持正常水溫。對鍋爐受熱面管使用磨損來說，具體反映在機械磨損、飛灰磨損等方面，其中前者主要為屏間夾持管與管子間的地方，在長時間溫度較高條件下會發生形狀變化問題，在運行中受到爐膛煙氣影響將劇烈晃動，導致管子振動和管卡相磨的問題，管壁也會變薄。隨著管壁越來越薄，至一定程度后受到內壓影響泄漏問題也會出現。而對后者來說，主要是鍋爐超負荷運行狀態下，在鍋爐構造、受熱面設置、煙氣流速與方式、煙氣含塵濃度等影響下不僅會形成飛灰、也增加了煙氣流速，受熱面磨損也越來越大。

受熱面管腐蝕。鍋爐受熱面一般存在堿性腐蝕、低溫硫腐蝕和腐蝕水側氧腐蝕等問題。對堿性腐蝕來說，主要是爐管中出現氯化物、硫酸鹽后，若是氫氧化鈉、水垢等清理不及時將引起管道水收縮的情況，并形成高濃度的氫氧離子、帶來堿性腐蝕現象；對低溫硫腐蝕來說，通常在省煤器外壁、煙道尾部低溫受熱面出現，原因是排煙溫度不高，管壁溫度未超過煙氣露點，省煤器外壁低溫硫含量較大[2]；對水側氧腐蝕來說，由于補給水占據著較大比重，因此含氧量處于較高水平，在受熱面溶解度降低后管道內溶解氧氣將大量逸出。蒸汽鍋爐若是除氧不及時，水環境中金屬將逐步被腐蝕。

2 火力發電廠鍋爐受熱面管泄漏解決措施

2.1 提高焊接質量，嚴控防磨防爆

由于鍋爐組件、結構等非常復雜，因此在組件與局部結構焊接過程中必須將操作流程落到實處。在監管中需嚴格控制焊接質量，按照國家與行業標準、規范進行，結合管理辦法與企業定期開展基礎設備檢修工作，確?；鹆Πl電廠鍋爐受熱面能根據設計方案實行。為達到防磨防爆要求需科學確定燃料配比，確保燃料內氯、釩、硫等元素成分處于最低水平，可避免管道內進入有害物質。此外還要對煙道截面進行科學設置，讓煙氣流速得到有效控制，減少運行風量，從而降低出現鍋爐受熱面泄露的概率。進行檢修、停爐的過程中要做好鍋爐受熱面日常檢查工作，及時開展保養與維護工作，讓鍋爐在停止運行后由專人負責檢查受熱面，查看有無漏風問題，及時更換埋管防磨片，避免煙氣走廊發生。

2.2 改造汽源，應用吹灰器故障在線監測裝置

對吹灰汽源進行改造，將溫度測點設置在吹灰器鵝頸閥后，促進吹灰蒸汽溫度信號傳輸，并通過吹灰器汽源在線檢測系統進行監視，并在系統屏幕上完整呈現相關信息[3]。監測中可防止發生受熱面吹損、爆管等問題，讓機組運行更加安全與可靠。這樣受熱面、吹灰器壽命將大大延長，吹灰汽源也能節省，機組運行可獲得更大的經濟效益。此外還可控制吹灰器閥門磨損、泄漏等問題，避免維護人員處于高勞動強度下，對吹灰器內漏、卡澀等進行全天候監測達到無人巡檢的目的，讓機組運行更加安全性與經濟性，吹灰器管理效率也能提升。

2.3 注重超溫控制，實行雙重保護機制

超溫控制鍋爐在初期運行后，由于超溫運行會帶來泄漏爆管的問題，要加強對超溫的控制，達到防止泄漏的目的[4]。要結合材料設計的最大壁溫將超溫控制點確定下來。在機組方面要執行啟停曲線操作，加強對鍋爐參數、過熱器管壁溫等調整，確保不超出允許范圍，對蒸汽參數、蒸發量和水位等數據進行監測，避免發生超溫超壓、滿水、缺水等問題。要合理進行燃燒調整，解決火焰偏斜問題，加強對煤粉細度等控制，科學用風、避免發生結焦，控制熱偏差、消除尾部再燃燒現象，加強吹灰、減少受熱面嚴重積灰等。

火力發電廠要實行雙重保護措施，有效避免缺水問題出現，這樣一種方法無法產生作用的情況下可以使用另外保障機制，讓鍋爐運行更加穩定可靠?；鹆Πl電廠在煙氣溫度超出固定值且帶來水蒸汽過量蒸發的情況下將引起缺水問題，要發揮自動停機裝置的作用，避免發生泄露、爆破等現象。

2.4 防范氧腐蝕與低溫硫腐蝕，防止鍋爐結焦

要提高鍋爐給水的水質，嚴格開展管理工作，對爐水內氧氣、二氧化碳等數據進行測定，明確警戒含量，在發生異常的條件下，借助化學除氧、除氧器等設備在最短時間內降低氧含量。在低溫硫腐蝕解決措施中關鍵在于從硫來源進行控制，選用低硫燃料與自備脫硫工藝可降低硫的數量，避免發生低溫硫腐蝕問題?；鹆Πl電廠還要適當對排煙溫度提高，這也是控制三氧化硫形成的有效手段。

燃料內有較大含量的灰分，灰分在較高溫度條件時且爐膛內中氧氣不足，這讓很多灰分均可能被熔化為液態、也經常會變得軟化?；曳譃檐浕癄顟B下，在與鍋爐受熱面接觸后因溫度的突然降低所以會快速硬化，受熱面上大量黏結，最終引起結焦的問題。尤其針對燃煤堿金屬處于高含量情況下，飛灰將形成硫酸鈉、硫酸鉀等沉積物，若是情況過于嚴重也會產生結焦，分隔屏過熱器與末級過熱器吸熱量將受到影響，煙氣溫度也會隨之提升，管排內產生結焦[5]。結焦的出現容易引起鍋爐煙溫、汽溫等變高，情況若是過于嚴重將帶來管壁超溫的現象，這是讓鍋爐受熱面管道發生泄漏故障的重要因素。

例如：在一次鍋爐受熱面泄露事故中，從樣品上鉆取金屬屑，分別采用CS230對C、S采用Optima 8300DV，對Cr、Mo、V、Mn采用7230G分光光度計對P進行化學成分測定分析；采用合金分析儀對樣品進行化學成分測定分析，其結果如表1所示。根據GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中化學成分相關規定，3種樣品化學成分達到了相關標準，其中編2的樣品中S、P元素比標準成分更高。

表1 末級過熱器化學成分分析

因此在解決鍋爐結焦問題上要做到三點：均勻煤質，讓煤質盡可能滿足規定要求，讓主輔機保持良好運行狀態，實現高效的目的；控制爐內沾污、結渣的速度，避免排煙溫度超過標準值；讓火焰維持穩定，減少飛灰可燃物，保證鍋爐燃燒更加高效。

2.5 加強機組運行監控，落實責任制

對火力發電廠鍋爐日常運行來說，需做好機組運行狀況加大監控力度，加大對煙氣流速、燃料和脫硫劑等粒徑和物料成分等控制，讓鍋爐受熱面保持適當的溫度，將鍋爐受熱面磨損量降到最低。進行維護與停爐過程中還要將防磨、防腐等措施落實，特別是在鍋爐關鍵處進行檢查，掌握管子使用狀況，針對缺陷的地方做好維護工作。要積極引入先進工藝手段讓設備使用壽命得到延長，并完善泄露責任制[6]。要有明確的指導方針，從火力發電廠管理規定出發，嚴格執行防漏防爆管理制度，發揮考核管理措施的作用，班組則結合考核要求，將責任人、考核細則等確定下來，將預防制度真正落實?；鹆Πl電廠要從宏觀檢查到成分檢驗，提高檢查、保養等工作效率，解決鍋爐受熱面管泄漏問題。

3 結語

總之，在火電廠長期運行下，若是鍋爐受熱面管發生泄露問題，對鍋爐性能、運行安全等影響很大，嚴重的情況甚至將產生巨大的經濟損失。為解決鍋爐受熱面管泄露問題，要積極引入新設備、采用先進的工藝手段，不僅要科學設計受熱面管、提高安裝質量，也要定期管理與維護、保障設備正常運行，還要根據實際問題進行分析，對導致泄露原因采取有效預防措施，這樣火電廠鍋爐運行的安全性與可靠性才能實現提高。