“四管”江湖之水冷壁高温腐蚀
6页1、“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60.3mm7.5mm;设计煤种收到基低
2、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
3、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28-32
4、m/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
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