“四管”江湖之水冷壁高温腐蚀

“四管”江湖之水冷壁高温腐蚀 -锅炉水冷壁管高温腐蚀原因分析及前控建议关键词：四管泄漏、水冷壁、高温腐蚀、爆管摘 要：火力发电厂运行中，影响机组安全、稳定运行的各类因素中，锅炉“四管”泄漏所占比重一直比较大，笔者追踪业内60MW、135MW、330MW各类型近百台机组（配套均为燃煤锅炉）连续15个月的运行情况，梳理发现观察期内机组发生各类非停中“四管”因素造成主机非停占比高达47.7%，而四管非停之中因水冷壁泄漏造成的非停又占四管非停的38.1%，由此可见锅炉水冷壁泄漏以其所占比重大、检修工期长等特点已经成为影响火力发电机组安全、经济运行的重要不利因素之一，在此重点结合一起350MW贫煤炉典型的水冷壁高温腐蚀爆管案例，与大家共同对常见锅炉水冷壁管泄漏的异常进行分享学习。一、系统简介 某350MW贫煤锅炉火力发电厂，锅炉为亚临界自然循环汽包锅炉，制粉系统采用三台双进双出钢球磨正压冷一次风机直吹式制粉系统；燃烧器采用大风箱、大切角固定式直流水平浓淡燃烧器，正四角布置，炉内形成双切圆燃烧；采取尾部双烟道布置；水冷壁管采用SA106B材质，管子外径×壁厚为60.3mm×7.5mm；设计煤种收到基低位发热量21642kJ/kg，干燥无灰基挥发分14.0%，收到基全硫2.31%，可磨系数68HGI。该炉为保护水冷壁管，此前对锅炉燃尽风下部燃烧器周围水冷壁管12.55m高度区域采用超音速电弧喷涂了耐磨损、耐腐蚀合金材料（45CT）的防护层。截至当前累计运行时间为33216小时，上次四管检查至今连续运行近3940小时，此期间锅炉主汽流量平均在820-850t/h左右。 二、异常经过简介 2017年03月某日该炉炉膛负压突然由正常值升至1300Pa以上，火焰监视器变暗，机组跳闸，首出“全炉膛无火”保护动作，锅炉灭火后补水量达到200t/h，仍无法维持汽包正常水位，就地检查发现炉膛33米以下各孔洞处均有大量蒸汽冒出，初步分析灭火原因为水冷壁突然爆管，造成燃烧恶化，锅炉灭火。机组转为状态检修，条件允许后工作人员进入炉膛内检查，发现水冷壁右墙处有一根水冷壁管爆管，如下图：水冷壁爆管部位清洁后爆管部位特征 由上图可看出，爆管部位破口凹凸不平，附近管壁明显减薄，爆口呈明显拉裂状，裂口韧性断裂，高温腐蚀特征明显。另外在其附近清晰可见存在大片腐蚀区，如下图：爆管附近其他大面积腐蚀区域腐蚀部位喷涂层大片脱落，测壁厚减薄严重 检查中发现燃烧器区域喷涂层存在大面积脱落的情况，水冷壁管高温腐蚀减薄严重，对炉膛内其它部位水冷壁管进行检查，共发现200余根水冷壁管已减薄至原壁厚73.3%以下需进行更换处理，下图为水冷壁喷涂层对比情况：喷涂层大面积脱落部位喷涂层较好部位三、具体原因分析结合本次异常情况，笔者与多位业内技术人员进行交流，汇总出造成水冷壁爆管、泄漏的主要原因重点有以下几方面：1、 高温腐蚀是造成水冷壁泄漏的一个重要原因 1.1.燃烧调整不当，造成高温腐蚀。如以上案例，该锅炉自投产以来就暴露出对于煤种的适应性较差、锅炉结焦掉焦严重的问题，为控制结焦，日常运行中含氧量控制偏低，近半年平均含氧量为3.28%左右，最低时甚至到2.8%，致使炉内产生还原性气氛增多，在局部空气不足着火推迟时，煤粉燃烧的过程加长，未燃尽的煤粉在炉管附近分离，使碳和硫聚集在边界层中，未燃尽碳进一步燃烧时又形成局部缺氧，使水冷壁附近的烟气处于还原性气氛，H2S（硫化氢）与受热面发生反应，使受热面高温部位产生高温蚀。1.2.制粉出力不足造成炉内燃烧切圆变化，加剧高温腐蚀。经查阅该炉历史数据，其一次风速基本维持28-32m/s,煤粉细度R90在1.95%-21.48%波动极大，因其制粉出力长时间偏低，为提高机组带负荷能力，运行中磨煤机容量风门开度调至55%以上，一次风机最大出力运行，此情况导致一次风速升高，使煤粉细度、均匀性进一步变差，最终导致炉内火焰中心拉长产生上移；同时导致炉膛切圆增大，造成煤粉气流贴墙，炉内空气动力场倾斜，燃烧区域出现火焰冲墙和还原气氛，从而进一步加快了燃烧器上部区域高温腐蚀。下图可清楚看出火焰中心上移造成炉内水冷壁管横向水平高温腐蚀情况：左右两图可清楚看出水冷壁高温腐蚀区域高度集中于燃尽风以上2米左右区域，明显是火焰中心上移至此处所致 1.3.锅炉水冷壁结焦使高温腐蚀进一步增加。该锅炉为亚临界锅炉，燃烧器区域的水冷壁管内汽水温度约在360左右，水冷壁管结焦后换热减少，蒸汽流速慢，使局部水冷壁管壁温度过高，引起腐蚀性的低熔点化合物粘附在金属表面，更进一步促进了管壁高温腐蚀，同时水冷壁分担热负荷各不相同，热负荷的分布不均造成了水循环不良，也间接的加重了腐蚀的发生。1.4.锅炉检修质量管控不足，致使高温腐蚀发生。该机组上一次状态检修时，已发现防护涂层脱落较多，水冷壁燃烧器与燃烬风连接焊口处高温腐蚀较严重，也对高温腐蚀减薄超标的管子进行了更换，但因各种原因，只对脱落的水冷壁喷涂层进行补喷，没有认真检查前期水冷壁喷涂质量，也没有考虑到火焰中心上移，造成高温区域变化的影响，导致本次小修周期内，出现涂层进一步严重脱落，且上部防护不足，使水冷壁失去保护，造成高温腐蚀加剧，最终引发爆管。2、造成水冷壁泄漏的其他原因简介 2.1.焊接质量不良，造成水冷壁泄漏。从近15个月水冷壁泄漏异常来看，焊接质量不良主要表现在集箱管座焊接工艺差、吹灰器处弯管安装时焊接吊点造成应力集中、存在咬边以及割管损伤等方面。 2.2.风粉磨损、结焦造成水冷壁泄漏。主要包括短吹区域磨损泄漏、燃烧器让管风粉吹损等方面。另外水冷壁结垢速率过快，也易引发水冷壁局部过热、鼓包泄漏。 2.3.密封板、鳍片部位缺陷造成水冷壁泄漏。如打焦孔、看火孔以及人孔门区域密封板安装工艺不良，出现裂纹，延伸至水冷壁引发泄漏；鳍片密封不严或风道与水冷壁交界处存在漏风，导致水冷壁吹损泄漏。 引发水冷壁泄漏原因，其实远远不止以上几点，笼统说起来虽然看似简单，但实际运行中每次水冷壁泄漏一般都是几个不利因素累加的结果，还需要我们在日常运行、检修中细心观察总结。四、预控、预防建议措施 “四管”泄漏始终是困扰燃煤电厂安全、经济、稳定运行的一大难题，而其中水冷壁泄漏又最为常见，如何减少水冷壁泄漏，笔者认为前控措施的落实至关重要。针对以上造成水冷壁泄漏的各类原因，重点对高温腐蚀前控措施建议如下：1、减少高温腐蚀主要前控建议1.1.严控运行参数调整，确保锅炉日常运行参数合理1.1.1.首先在保证氧量表计准确的前提下，严格按设计控制氧量在规定范围以内，运行中氧量控制不应低于3.0%（各炉型不同此数值也不尽相同），防止缺氧燃烧；同时加强制粉系统检修与日常维护，确保制粉出力，始终保持底层粉磨煤机出力略大于中、上层磨煤机出力，降低火焰中心位置，防止主燃烧区上移；并根据锅炉就地燃烧情况，做好一次风煤粉气流的调整，尽可能使各燃烧器煤粉流量均衡，保证燃烧器出口气流的煤粉浓度均匀分布，防止火焰中心偏斜，以减少煤粉气流对水冷壁的冲刷。1.1.2.配风方面通过燃烧调整试验，合理配风并强化炉内气流的混合过程，减少燃烧器、空预器及炉墙等设备的漏风，保持二次风压在合理区间，改善燃烧区的还原气氛，开大主燃烧区域侧边风，在水冷壁附近形成氧化气氛，以改善燃烧区的氧量，避免出现还原性气体，缓解高温腐蚀的发生。1.1.3.水冷壁超温控制方面，加强对给水品质控制，同时减少水冷壁结焦，保证受热面清洁，增强换热能力，降低水冷壁管壁超温情况发生，减少局部高温腐蚀的出现。1.2.严格管控燃煤品质，确保燃煤各项参数符合设计要求1.2.1.根据本单位用煤数量、进煤途径、季节性存煤情况等因素，综合布控，燃料分厂与运行部门加强配合，加大对入厂煤抽检力度，根据化验结果中硫分含量高、低细化供煤客户，分类建档，不同煤种进厂划区域分类存放，确保运行人员掌握各取煤点具体布置，同时尽量控制高硫分燃煤进厂。1.2.2.分厂根据来煤情况，结合锅炉燃烧、环保数据综合分析找出适应煤种，并积极与各部门协调，制定适合本厂炉型的最佳煤质管控参数，同步做好燃料分厂煤质掺配前控工作，保证燃煤挥发分、硫份及发热量等指标稳定，分厂、运行管理部门加大煤质抽查与对比分析，保证磨煤机出力正常及锅炉燃烧稳定。1.3.强化喷涂防护管控与检查，确保喷涂质量对水冷壁进行防磨、防高温腐蚀喷涂仍是防止水冷壁管磨损及高温腐蚀的重要前控措施，结合以往喷涂方面出现的涂层短期脱落、涂层厚度不足、涂层高度不够等问题，建议从以下几方面做好前期管控：1.3.1.充分利用每次机组停运机会，对水冷壁喷涂层进行全面细致检查，并合理安排检修工期，确保水冷壁易发生高温腐蚀区域全面喷涂，同时根据上例火焰重心上移情况，增加喷涂区域至燃尽风层以上合理范围，扩大防护范围。1.3.2.首次喷涂或后续修补，必须做好喷涂质量的前控管理。相关技术协议、合同必须明确质保使用年限、涂层厚度、选用材质、施工工艺等细节问题，同时特别注意涉及孔隙率、沉积率及硬度等硬性指标必须符合国标（或行业标准）要求，确保喷涂质量。1.3.3.充分利用机组检修机会对燃烧器喷口进行检查，燃烧器有破损变形时及时修复或更换，同时做好空气动力场，调整燃烧器切圆不高于设计值。提高水冷壁换管标准，确保每次检修后设备均能满足一个检修周期的基本要求。2、水冷壁管泄漏其他预控措施2.1.日常检修及运行中加强水冷壁管前期预控，特别是对水冷壁管减薄速率的预评估计算必须结合实际运行工况，确保数据可靠，并根据预判结果合理划分各台炉运行状态，及时安排处于危险级别锅炉停运检修。2.2.严格做好日常除焦、看火工作，根据锅炉结焦情况、掉焦频率及焦块大小，从煤质、燃烧调整两方面及时调整，同时对冷灰斗区域水冷壁加装防砸伤装置，防止水冷壁管出现机械损坏。2.3.强化设备验货、现场安装质量、定期检修质量等方面的管控，特别是对厂家焊缝、所用材质等方面严格把关，通过金相分析、无损探伤等手段在设备、材料源头上做好管控；安装、检修期间除严控水冷壁管焊接质量，所有焊口100%射线检测外，还应重点对作业单位吊挂点设置、密封板、鳍片等部位焊接质量进行全面管控，杜绝出现密封不严、应力集中、传热受阻等不利因素引发水冷壁泄漏。结束语对于大多数贫煤锅炉电厂来说，锅炉四管泄漏已成为影响机组安全、经济性的关键因素，特别是对于自备电厂来说，机组日常均处于满负荷状态，检修周期存在拉长、检修时间受电网影响相对较短的情况，加上燃用煤质波动大、与设计值偏离大等不利因素影响，使四管泄漏问题更加突出，针对这一运行实际，前期预控、预防工作显得更为重要，限于篇幅原因，在此仅对水冷壁泄漏进行浅显分析，希望此文能给大家一点启示，真正将四管管控前置化，确保机组运行安全。