锅炉受热面管失效原因及防治措施

刘永杰

（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150046）

锅炉受热面作为锅炉的基础组成部分，由多个管构件组成。在生产活动中担负着给汽、水几面提供烟气热量的作用。所处环境复杂、恶劣，即使当代科学技术如此发达，在发明了如此多种类的新材料、新技术、新设备的情况下也只能缓解锅炉受热面管的失效问题，并不能直接解决。因此，我们需要深入地分析锅炉受热面管失效的成因，如此才能提出并实施预防和解决措施。

1 锅炉受热面管失效的原因

1.1 管壁结垢。水垢会增加管道的热阻，尤其CsSO4、MgSO4、CaSiO4、含铁水垢等威胁更大、传热效果更差。水垢作为盐类的高温产物，它的导热系数自然比导热性能强的金属的导热系数小很多。如若水垢附着在管壁上，自然会导致管壁的传热效果降低，排烟温度升高。水垢1mm 厚度时就要多消耗2～3%的燃料，而且水垢可能会导致部分管壁过热，造成鼓包、爆管，严重威胁锅炉安全。

水垢的主要成因是：在省煤器和锅筒中，水温不断升高，一部分物质在温度变高的情况下溶解度也会随之变低。锅炉的水垢的主要成分为钙、镁盐类，这类物质正好符合这一特性。锅炉水在锅炉中不断蒸发浓缩，到达溶解极限之后钙镁盐就会以沉淀的形式析出。而这些钙镁盐析出后还会在高温的作用下发生反应变成更难溶解的沉淀。

1.2 水循环故障。水循环故障通常只发生在水循环不利的管子（热负荷最大、热负荷最小、异物堵塞)上。因水循环故障而爆破的管子一般不多，内部一般也没有水垢。故障原因是：热负荷极大的取悦产生蒸汽，供水不足，使水管内壁上的流动水汽化，得不到充分冷却而烧坏管道。长期超负荷运行锅炉导致的受热最差的水冷壁管破裂。异物堵塞造成了水循环的破坏而导致水管冷却不足而使水管被烧坏。

1.3 磨损现象。根据磨损的成因不同，可以分为三种：（1）烟气流速过快导致的磨损。锅炉严重超负荷运行时需要燃烧更多的燃料。烟气的含量和燃料成正比，燃料的大量投入必然导致飞灰的大量产生。飞灰磨损的增加和负荷增加的三次方成正比。磨损的严重程度还和飞灰的流动速度有关，飞灰的流动速度越大，对受热面的磨损也就越大，燃煤锅炉的气流速度不赢高于10～15m/s。这种磨损常常出现在流化床锅炉的埋管、炉膛出口的凝渣管等。（2）灰粒特性造成的磨损。为了节省费用，有很多企业将锅炉改为燃用谷壳的锅炉。因为技术不精或其他原因改造方法一般并不得当，不会加入合理的防护措施。燃烧谷壳所产生的灰粒会对烟管产生极大的磨损，平均下来1 年左右就会发生漏水现象。燃用谷壳锅炉的磨损在火管锅炉上更为明显。DZ 型锅炉中，热解谷壳灰分的SiO2的含量高，SiO2等颗粒有极高的硬度，对管道有极大的损害。（3）机械磨损。DZ 型锅的拔火门一般用来观察火焰颜色、炉内部件情况等。炉内位于拔火门处的管子常常因为拔火过程中操作不当而发生磨损。

1.4 缺水现象。缺水是锅炉中最为普遍和危险的事故之一。管道受热变形、过热、爆破甚至是锅炉爆炸都很有可能是缺水导致的。缺水会直接导致钢管的局部或大部分难以冷却，使管道壁温度急剧升高，抗拉能力降低。管内汽压超过应力极限，使管道变形、鼓包，直至爆破。

1.5 受热面管腐蚀。腐蚀分为氧腐蚀和低温硫腐蚀。氧腐蚀多成因于蒸汽锅炉的除氧不净，水中溶解的氧气由于受热溶解度变低而逸出，进而与金属在水环境下发生腐蚀。一般的锅炉使用企业都没有做好除氧工作，使得省煤器内壁、入口端极易被氧腐蚀。补给水的占比越大，管道中水的氧含量也就越大，氧腐蚀也就越严重。锅炉停用导致的空气流入也会导致管内水膜的氧含量增高从而发生氧腐蚀。氧腐蚀常出现于钢管省煤器、给水管附近、上部烟管和下降管。

低温硫腐蚀只发生在省煤器外壁。成因为排烟温度过低，关闭温度低于烟气露点，省煤器外壁低温流含量过高。含硫量高和过热空气系数大都会到时烟气露点温度升高，从而使腐蚀的概率升高。

2 防止锅炉受热面管失效的有效措施

2.1 确保水质达标，防止管壁结垢。锅炉水就好比人的血液，锅炉水质就好比人的血质。提高锅炉水质是直接降低管壁结垢概率的方法。在我国，锅炉水质有一套行业规定的标准：无论是锅外化学处理还是锅内加药都要让水质达到GB1576-2001《工业锅炉水质标准》，争取锅炉无垢运行。锅外的化学处理是目前锅炉水处理的主流方式，能有效降低水中的Ca2+、Mg2+，从根本上解决水垢产生的源头。而常用的化学药剂为纯碱、磷酸三钠的除垢方式是维持水中有过剩的CO32-或者PO43-来形成松散的水渣，从而达到除垢的目的。

注意，纯碱法应控制压力，否则容易产生Mg（OH）2变成附着软垢，反而增加了管道中的水垢。

2.2 确保水体的运动压头，保持回路高度。预防水循环故障的重中之重就是确保锅炉中水体具有一定的运动压头，保持一定的回路高度，就能确保水循环的可靠性。我们需要着眼于结构对其本身产生的影响，需要布置足够的下降管和蒸汽引出管。使下降管的总截面积约为上升管的30%左右，下降管应绝热，尽量从汽包最下方引出；减少壁管的急转弯，避免水平受热面，要大于15°。

2.3 加强煤炭质量管控，防止磨损现象。普遍的减少磨损现象的方法：使用高质量的煤炭。一些高质量煤炭具有燃烧后烟尘较少的特点，这正好符合我们锅炉对于烟气的低烟量的要求。正确计算布置烟道截面，运行的时候风量不宜过大，合理控制烟气流速。定期检查保养，埋管防磨片要定期更换。加强对流管隔烟墙的漏风检查。吹灰器不要正对管子。

对于改烧谷壳的DZ 锅炉，有如下方法：谷壳的送入方式改为用链条炉排送入炉膛，前文已经提到，飞灰的量和燃料的过投入比有关，减少高负荷运行时间就能减轻磨损。由于烟气具有入口效应，一般距离管端50mm 左右磨损最为严重。将管端设计成管套模式，经常更换可以有效的减少磨损。消除水垢，防止水垢的松散对管体的磨损和伤害。

2.4 双重保护机制，防止缺水。对于缺水情况，我们要采取双重保护、多重保护相结合的方法。保证在一种方法失灵的时候另一种保护机制可以及时、有效的投入使用。首先使用多重的水位保护机制，再设置排烟温度过高锅炉自动停机的保护装置。这是因为在烟气温度过高时极易产生蒸汽含量过高而使水分散失的状况，为了避免这一情况而设置自动停机装置。

2.5 受热面管腐蚀防范措施。（1）氧腐蚀的防范措施。锅炉中的氧腐蚀的主要来源是锅炉用水中的氧。这部分氧很难去除，必须要同时使用化学除氧和除氧器结合的办法。常见除氧器的工作原理是通过增加水的温度，降低氧化性物质在水中的溶解度，使其逸出。现在还有一些诸如真空除氧和解析除氧的方法由于成本和本身的技术问题并未推广。化学除氧由于所用药剂的成本过高，一般作为除氧器的辅助方法使用。将化学药剂如：联胺、DMKO 等加入水中达到除氧效果。（2）低温硫腐蚀的防范措施。低温硫腐蚀的防范主要在于控制硫的来源。在锅炉中，硫元素的主要来源是燃料，使用低硫燃料或者自备脱硫技术可以有效地减少低温硫腐蚀现象。与此同时我们还要控制过量空气系数，将过量空气系数控制在1.05～1.1 之间可以有效地减少SO3的生成。提高排烟温度，配合露点以上的排烟温度（180～250℃）可以防止省煤器被低温硫腐蚀。

3 结论

受热面管是锅炉当中的十分重要的组成部分，保证受热面管的稳定运行就是保障锅炉的稳定、安全。为了这一点，相关的工作人员要严格按照规定、指标来对锅炉受热面管进行安装、检查、使用、维护，保证锅炉的使用寿命和安全。我们相关的专业工作者也要研究实效问题的其发生规律，提出能够切实预防和处理的措施。