華電內蒙古能源****卓資發電分公司劉曉
摘要：火力發電廠鍋爐「四管」（省煤器管、水冷壁管、過熱器管和再熱器管）的漏洩是造成發電裝置可靠性差的乙個主要因素，同時鍋爐四管漏洩造成主機非計畫停運次數佔火力發電機組非計畫停運總次數的比例很大，造成的損失也很大。可見，防止鍋爐四管漏洩是提高火力發電機組可靠性的需要，是提高發電裝置經濟效益的需要，也是建立一流火力發電廠的需要。
通過對省煤器、水冷壁、過熱器和再熱器漏洩原因及防止措施的分析與研究，根據發電廠實際情況制定了嚴格的防止鍋爐四管漏洩措施，予以實施之後，鍋爐四管漏洩現象明顯減少，為發電廠帶來了很大的經濟效益。
1.引言
隨著近年來火電機組的不斷投產，鍋爐管排洩漏一直是影響機組安全執行的一大因素，因此，在生產中，預防鍋爐「四管」洩漏顯得尤為重要。我廠鍋爐系無錫鍋爐廠製造生產，型號為ug-670/13.7-m型。
超高壓一次中間再熱、自然迴圈固態排渣煤粉爐。自05年投產以來先後發生多次洩漏事件，現針對「四管」洩漏分別進行分析。
2.省煤器磨損漏洩原因及防範措施
2.1 磨損機理
省煤器的故障主要是磨損，尤其是燃用劣質煤的鍋爐。
由於流過鍋爐受熱面的煙氣具有一定的速度，在煙氣中又含有形狀不規則的固體顆粒，這些顆粒流經受熱麵時，就會對受熱面產生撞擊和磨擦。當撞擊角等於30度-50度時磨損最嚴重。磨損主要是由於灰粒對管壁撞擊和磨削引起，磨損之所以多發生在衝擊角為30度-50度的部位，是由於煙氣速度、飛灰濃度、粒度隨時都在變化的結果。
2.2 省煤器易磨損的部位
省煤器的磨損，主要表現為區域性磨損和均勻磨損兩個方面，尤其是區域性磨損易引起省煤器漏洩，其位置多發生在省煤器左右兩組的中部彎頭、靠近前後牆的幾排管子、錯列省煤器順煙氣流向的第二排管子以及管卡附近的管子和區域性防磨損措施不當易引起其附近管子磨損的部位等。
2.3 飛灰磨損的主要影響因素
飛灰濃度、灰粒的物理化學性質、煙氣流速以及受熱面的布置與結構特性，此外，還與執行工況有關。同時灰濃度大，容易引起強烈的磨損。因此，煤粉爐尤其是燒多灰燃料時，磨損問題更為嚴重。
此外，如果在煙道區域性地區造成飛灰濃度集中，例如煙氣走廊，也會引起嚴重磨損。如果燃料灰粒中多硬性物質，灰粒粗大而有稜角，受熱面所處煙溫較低而使灰粒變硬，則灰粒的磨損性也加大。
煙氣流速的影響最為嚴重，磨損量與速度成三次方關係。因此，布置受熱麵時，應使煙氣流速不太大，更應避免區域性地區流速過大。在水平煙道的過熱器兩側及底部、下降煙道的省煤器靠後牆處，均易發生磨損破壞。
這是由於這些地方有煙氣走廊，煙氣流速特高，有時可比平均流速大3-4倍，這樣磨損就要大幾十倍。這些地方的飛灰濃度也隨煙氣流速增大而增大，尤其是在省煤器區，煙氣溫度低，灰粒變硬，磨損就更嚴重。
鍋爐負荷增加，煙氣流速也就增加，飛灰磨損就加快。煙道漏風增加，也將使煙氣流速增高而加快磨損，執行中燃燒不良，飛灰含碳量大量增加時，因焦碳粒比灰粒硬而加快磨損。又如受熱面發生區域性結渣堵灰現象，將使煙氣流偏向一側而加快這一側受熱面的磨損。
2.4 防磨措施
防止省煤器磨損的途徑有兩個方面，一是消除磨損源，二是限制磨損速度。在目前採用的防磨措施中，主要是限制磨損速度，方法有如下：
2.4.1降低煙氣流速
實踐經驗告訴我們，影響磨損的關鍵因素是煙速，嚴格地說，應該是煙氣中飛灰顆粒的速度。關於煙速對磨損速度的影響有不少計算公式，絕大多數公式表明磨損速度與煙氣速度的三次方成正比，有的則認為隨著煙速的進一步提高，磨損速度會超過三次方的關係。由此可以看出，降低煙速，對防止磨損的重要性。
在實際工作中，降低煙氣速度的方法有：
1）擴大煙道，增加煙氣流通面積
2）橫向截距s1取極值
所謂s1取極值，就是當s2（縱向截距）為某一給定值時（一般s2=45mm），s1取值是以斜向煙速不大於進口煙速的極大值。
3）減少管排，增大流通截面。
將省煤器的管排數，每隔三排或四排減少一排，這樣可以增大流通面積，降低煙速。實踐證明這是簡單易行的辦法，但不足之處是排煙溫度會公升高。
4）加大管排橫向截距，保持縱向截距不變，改短單管圈為長雙管圈。
5）消除中間彎頭處的走廊，降低煙速。
為了減少中間彎頭處的磨損，在省煤器改造中，常採取交錯管圈，使左右兩組管圈相互錯開，達到消除中間走廊，減少磨損的目的。
6）採用防磨裝置。
一般常使省煤器蛇形管平行於前牆布置，這樣使磨損只在靠後牆的少數管圈上有可能發生，在這幾排管圈上加防磨板保護。
2.4.2 採用鰭片式省煤器
鰭片式省煤器具有以下一些優點：
能合理地選取橫向截距s1、縱向截距s2，以降低煙氣速度；
可以避免氣流斜向沖刷管束，同時由於管子和鰭片的繞流作用，改變了煙塵的速度場、粒度場、濃度場，從而大大地降低了磨損速度；
節省鋼材，降低成本；
占有空間小，省煤器的總高度大約降低40%；
工質側及煙氣阻力可以在設計中調整。
2.4.3 鍋爐執行中，應保證合格的煤粉細度，注意調整燃燒，減少飛灰中的含碳量，同時要嚴格控制鍋爐本體、空氣預熱器和製粉系統的漏風量，尤其是爐底漏風，這對防止受熱面的磨損和超溫具有相當重要的意義。
3.水冷壁管漏洩原因及防範措施
水冷壁產生漏洩的原因除設計、製造、安裝的原因外，主要由磨損、腐蝕和膨脹不暢三個方面的問題引起。此外，還有急冷，水迴圈不良等引起的漏洩。
3.1 磨損
水冷壁磨損的部位主要是在一次風口周圍的水冷壁管，因風粉流沖刷磨損和吹灰器吹掃時的沖刷磨損等引發。
一次風噴口周圍水冷壁管的磨損，是因為一次風粉混合物噴進爐膛時，如果噴燃器安裝角度不恰當、設計切圓過大、噴嘴在執行中燒壞或變形以及穩燃設施布置不當等，都會使煤粉氣流沖刷水冷壁管，引起管壁磨損減薄，以至漏洩。穩燃設施一般布置在一次風管出口附近，使高溫煙氣產生回流，如果布置不當，很容易使一次風射流貼壁，引起水冷壁磨損和結焦。
3.2 腐蝕
3.2.1 水冷壁管外壁高溫腐蝕
高溫腐蝕發生的部位主要是高溫高壓鍋爐熱負荷高的區域，也就是噴燃器附近。產生腐蝕的原因主要是煤中含硫。
3.2.2 減輕水冷壁管外壁高溫腐蝕的方法
主要是設法不產生能腐蝕管壁金屬的產物或防止發生腐蝕作用的狀態產生。這可用下列措施來得到：首先應從改善燃燒著手，煤粉顆粒要細，火焰不直接沖刷管壁，過量空氣係數不宜過小。
有時為了使爐膛貼壁處有一層氧化性氣膜，以沖淡煙氣中so3濃度，使結積層中分解出來的so3向外而不向內擴散，甚至特意加入一股空氣來保護水冷壁。此外應控制爐管壁溫，這主要由蒸汽引數所決定，但管內結垢與爐膛受熱面熱負荷區域性過高亦會引起爐膛管壁溫度過高，使腐蝕區加大，加速腐蝕。
3.2.3 水冷壁內壁腐蝕
當水冷壁管內有沉積物時（垢或水渣），在這些沉積物下面會引起水冷壁腐蝕，這種腐蝕稱為酸、鹼腐蝕。這是因為爐水中的酸性、鹼性鹽類破壞了金屬保護膜的緣故。
在正常執行的條件下，水冷壁管內壁常覆蓋著一層fe3o4的保護膜，它具有良好的保護效能，使水冷壁免受腐蝕。但如果爐水ph值超標時，就會使保護膜遭到破壞。當ph值為9-10時，水冷壁管腐蝕速度最小，此時保護膜穩定性高。
ph值過高或過低都會使腐蝕速度加快。當ph值過高時，易發生鹼性腐蝕。ph值過低時，易發生酸性腐蝕。
所以在正常執行條件下，要求爐水ph值保持在9-10的範圍內。
當爐水中含有游離的氫氧化鈉時，就會使爐水中的ph值公升高，引起鹼性腐蝕。凝汽器漏洩會將冷卻水中的mgcl2、cacl2帶入鍋爐，在爐水中生成鹽酸，引起水冷壁管的酸性腐蝕。
為防止水冷壁管的垢下腐蝕，首要的任務是加強化學監督提高給水品質。儘量減少給水中的銅、鐵含量，降低給水的碳酸鹽鹼度，減少爐水中游離的氫氧化鈉。為此，必須防止凝汽器漏洩。
此外，還必須保持鍋爐良好執行方式，保證連續排汙、定期排汙的正常執行，控制爐膛區域性熱負荷不要過高，過於新投運和執行一段時間後的鍋爐，應按規定進行化學清洗等。
3.2.4 膨脹受阻
水冷壁因膨脹受阻而拉裂的現象時有發生，被拉裂的重點部位是爐膛四角和噴燃器附近，尤以直流噴燃器更為突出。被拉裂造成漏洩的具體部位，多數是大滑板與水冷壁管焊接處，該處的焊點大部分是由於安裝時焊接質量不高，加之執行中大滑板與水冷壁膨脹不一致，經多次啟停爐後，就從焊點處拉裂漏洩。
4.過熱器、再熱器漏洩原因及防範措施
過熱器分輻射、半輻射和對流三種形式，而再熱器多為對流式。由於過熱器、再熱器的工作條件和漏洩原因比較相近，故將兩者放在一起來分析討論。引起過熱器漏洩的原因主要是超溫，磨損和腐蝕引起的漏洩現象也時而有之。
4.1 超溫
在過熱器的臨修中，超溫爆管佔的次數最多，超溫的原因歸結起來有以下三個方面：煙氣側溫度高；工質側流速低和管材的耐熱強度不夠。出現以上三種情況的原因有：
4.1.1 火焰中心上移
造成火焰中心上移的原因特別多，如鍋爐機組的漏風（爐底、燃燒器區域、空氣預熱器漏風、製粉系統漏風等）、燃燒調整不當、煤質變差、煤粉變粗、空氣動力場偏斜、爐膛結焦、高加未投等都會造成火焰中心上移，爐膛出口煙溫公升高，飛灰含碳量增加，由此帶來的過熱器、再熱器超溫，並使煙氣通過的各部位磨損加劇，排煙溫度公升高。所以控制火焰中心，對鍋爐安全經濟執行具有十分重要的意義。
4.1.2 鍋爐啟動和低負荷時，因工質質量流速偏低，如果操作不當容易引起超溫爆管，尤其是屏式過熱器。
4.1.3 熱偏差
在過熱器工作過程中，由於煙氣側各種因素的影響，各平行管中工質的吸熱量是不同的，這種平行管列工質焓增不均勻的現象稱為熱偏差。過熱器的熱偏差決定於管子的熱力特性、水力特性和結構特性。
在現代大型鍋爐中，由於鍋爐尺寸很大，煙溫分布不易均勻，爐膛出口處的煙溫偏差200—300℃，而蒸汽在過熱器中的焓增又很大，致使個別管圈的汽溫偏差可達50-70℃，嚴重時右達100-150℃以上。
為了減小過熱器的熱偏差，可以將過熱器受熱面分成幾級，並在各級之間用中間集箱進行充分的混合。因為在同樣熱偏差的情況下，分級以後，由於每一級中工質的平均焓增減小，而使焓增偏差的絕對值減小，因而使熱偏差的影響減小。將過熱器分級後，在蒸汽過熱的過程中，隨著蒸汽溫度增加，其比熱容不斷下降，因而在最末級過熱器中，工質的比熱容最小，使得在同樣熱偏差的條件其溫度偏差最大，而最末級過熱器的工質溫度又最高，工作條件最差，因而末級過熱器的焓增更要小些，這樣對減小末級過熱器汽溫調節的慣性也有好處。
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