火力发电厂锅炉受热面管泄漏原因分析

内蒙古鄂尔多斯高新材料有限公司 王 凯 蒋建军 滕学军 张 超 内蒙古鄂尔多斯电力有限责任公司 杨 福

锅炉受热面是火力发电厂锅炉中的核心内容，受热面管主要有省煤器管、水冷壁管、过热器管及再热器管等，长期处在恶劣复杂环境下。由于泄漏现象的存在对火力发电厂安全运行影响很大，其中受热面管损坏是最主要的形式，超过机组非停事故的50%、甚至高达80%。引起受热面管失效的因素较多，如过热、磨损、应力、疲劳、腐蚀、焊接缺陷与材料原始缺陷等。

1 锅炉受热面管泄漏原因分析

设计问题。在火力发电厂锅炉设计中经常出现理论联系实际不密切现象，包括炉膛结构难以达到煤种变化等要求，引起过热器超温爆管问题。缺乏足够设计经验，一些重要参数选择不合理，尤其是受热面系数设置存在问题将导致炉膛出口烟温偏差较大，炉膛高宽比无法满足要求、高度偏低带来超温问题。在结构设计、受热面布置方面，造成流量偏差、热偏差等问题因素也很多，如进出口集箱引入、引出布置不合理，两级过热器中部缺少混合集箱，容易带来超温的情况。此外，设计问题还表现在材质选用不合理等方面，锅炉受热面是火力发电厂中不可或缺的部分，关系着热能是否有效利用，在结合参数极限值进行选择过程中，不仅要满足高温、高压和塑性等规定，也要按照相关标准确定冲击韧性、耐蠕变性、耐腐蚀性等。若是材质耐高温性能不达标，将让锅炉温度偏差增加，存在管道材料蠕变情况并最终加大了泄漏的风险。

安装与焊接质量问题。若是安装质量不合格，不仅会引起泄漏问题还会导致发生锅炉意外故障，不利于锅炉日常安全稳定运行。安装若是存在缺陷，锅炉受热面承受能力将面临影响，锅炉受热面管出现泄漏故障的数量也会增多，不能保证火力发电厂生产的安全。在焊接质量不合格将为锅炉受热面管设计规范性带来影响，这是因为受热面管长时间在高温高压条件下，当焊接质量无法满足规定标准时将导致受热面运行无法保持可靠性。焊接工艺落后、焊接质量不达标将在焊接中引起未熔合、咬边和未焊透等问题，最终让锅炉受热面管运行时存在泄漏。

受热面超温，缺水严重。火力发电厂锅炉受热面所在烟气温度过高，将带来短期超温与长期超温的现象。短期超温主要是壁温超出了受热面材料下临界温度，从而降低了材料许用应力，带来面管爆裂问题[1]。对长期超温来说，管壁温度未超出材料下临界温度、只比材料设计温度高，运行期间过热时间很长，温度值较高导致锅炉受热面管蠕变加速，内部组织也将出现改变，引起受热面管薄弱处破裂。管道若是缺水容易引起管道过热、受热变形和锅炉爆炸等情况，在锅炉运行中若存在异物堵塞或是热负荷过高的地方，均可能出现缺水问题。在异物堵塞后水循环无法保持平衡，局面水温会升高、热负荷较大，管子无法提供足够的水，管壁内流动水形成汽化问题，温度达到临界值后会将管道烧坏。

管壁结垢，使用磨损。在锅炉高温运行中会形成水垢，这种产物必然存在，且导热系数与受热面管更大，不仅提高了管道热阻还影响了传热效果，引起管壁局部过热、鼓包及泄漏等问题，甚至为火力锅炉的安全产生巨大隐患。随着管壁内水垢的增加排烟温度也会越来越高，对燃料的消耗量也更大，否则将无法保持正常水温。对锅炉受热面管使用磨损来说，具体反映在机械磨损、飞灰磨损等方面，其中前者主要为屏间夹持管与管子间的地方，在长时间温度较高条件下会发生形状变化问题，在运行中受到炉膛烟气影响将剧烈晃动，导致管子振动和管卡相磨的问题，管壁也会变薄。随着管壁越来越薄，至一定程度后受到内压影响泄漏问题也会出现。而对后者来说，主要是锅炉超负荷运行状态下，在锅炉构造、受热面设置、烟气流速与方式、烟气含尘浓度等影响下不仅会形成飞灰、也增加了烟气流速，受热面磨损也越来越大。

受热面管腐蚀。锅炉受热面一般存在碱性腐蚀、低温硫腐蚀和腐蚀水侧氧腐蚀等问题。对碱性腐蚀来说，主要是炉管中出现氯化物、硫酸盐后，若是氢氧化钠、水垢等清理不及时将引起管道水收缩的情况，并形成高浓度的氢氧离子、带来碱性腐蚀现象；对低温硫腐蚀来说，通常在省煤器外壁、烟道尾部低温受热面出现，原因是排烟温度不高，管壁温度未超过烟气露点，省煤器外壁低温硫含量较大[2]；对水侧氧腐蚀来说，由于补给水占据着较大比重，因此含氧量处于较高水平，在受热面溶解度降低后管道内溶解氧气将大量逸出。蒸汽锅炉若是除氧不及时，水环境中金属将逐步被腐蚀。

2 火力发电厂锅炉受热面管泄漏解决措施

2.1 提高焊接质量，严控防磨防爆

由于锅炉组件、结构等非常复杂，因此在组件与局部结构焊接过程中必须将操作流程落到实处。在监管中需严格控制焊接质量，按照国家与行业标准、规范进行，结合管理办法与企业定期开展基础设备检修工作，确保火力发电厂锅炉受热面能根据设计方案实行。为达到防磨防爆要求需科学确定燃料配比，确保燃料内氯、钒、硫等元素成分处于最低水平，可避免管道内进入有害物质。此外还要对烟道截面进行科学设置，让烟气流速得到有效控制，减少运行风量，从而降低出现锅炉受热面泄露的概率。进行检修、停炉的过程中要做好锅炉受热面日常检查工作，及时开展保养与维护工作，让锅炉在停止运行后由专人负责检查受热面，查看有无漏风问题，及时更换埋管防磨片，避免烟气走廊发生。

2.2 改造汽源，应用吹灰器故障在线监测装置

对吹灰汽源进行改造，将温度测点设置在吹灰器鹅颈阀后，促进吹灰蒸汽温度信号传输，并通过吹灰器汽源在线检测系统进行监视，并在系统屏幕上完整呈现相关信息[3]。监测中可防止发生受热面吹损、爆管等问题，让机组运行更加安全与可靠。这样受热面、吹灰器寿命将大大延长，吹灰汽源也能节省，机组运行可获得更大的经济效益。此外还可控制吹灰器阀门磨损、泄漏等问题，避免维护人员处于高劳动强度下，对吹灰器内漏、卡涩等进行全天候监测达到无人巡检的目的，让机组运行更加安全性与经济性，吹灰器管理效率也能提升。

2.3 注重超温控制，实行双重保护机制

超温控制锅炉在初期运行后，由于超温运行会带来泄漏爆管的问题，要加强对超温的控制，达到防止泄漏的目的[4]。要结合材料设计的最大壁温将超温控制点确定下来。在机组方面要执行启停曲线操作，加强对锅炉参数、过热器管壁温等调整，确保不超出允许范围，对蒸汽参数、蒸发量和水位等数据进行监测，避免发生超温超压、满水、缺水等问题。要合理进行燃烧调整，解决火焰偏斜问题，加强对煤粉细度等控制，科学用风、避免发生结焦，控制热偏差、消除尾部再燃烧现象，加强吹灰、减少受热面严重积灰等。

火力发电厂要实行双重保护措施，有效避免缺水问题出现，这样一种方法无法产生作用的情况下可以使用另外保障机制，让锅炉运行更加稳定可靠。火力发电厂在烟气温度超出固定值且带来水蒸汽过量蒸发的情况下将引起缺水问题，要发挥自动停机装置的作用，避免发生泄露、爆破等现象。

2.4 防范氧腐蚀与低温硫腐蚀，防止锅炉结焦

要提高锅炉给水的水质，严格开展管理工作，对炉水内氧气、二氧化碳等数据进行测定，明确警戒含量，在发生异常的条件下，借助化学除氧、除氧器等设备在最短时间内降低氧含量。在低温硫腐蚀解决措施中关键在于从硫来源进行控制，选用低硫燃料与自备脱硫工艺可降低硫的数量，避免发生低温硫腐蚀问题。火力发电厂还要适当对排烟温度提高，这也是控制三氧化硫形成的有效手段。

燃料内有较大含量的灰分，灰分在较高温度条件时且炉膛内中氧气不足，这让很多灰分均可能被熔化为液态、也经常会变得软化。灰分为软化状态下，在与锅炉受热面接触后因温度的突然降低所以会快速硬化，受热面上大量黏结，最终引起结焦的问题。尤其针对燃煤碱金属处于高含量情况下，飞灰将形成硫酸钠、硫酸钾等沉积物，若是情况过于严重也会产生结焦，分隔屏过热器与末级过热器吸热量将受到影响，烟气温度也会随之提升，管排内产生结焦[5]。结焦的出现容易引起锅炉烟温、汽温等变高，情况若是过于严重将带来管壁超温的现象，这是让锅炉受热面管道发生泄漏故障的重要因素。

例如：在一次锅炉受热面泄露事故中，从样品上钻取金属屑，分别采用CS230对C、S采用Optima 8300DV，对Cr、Mo、V、Mn采用7230G分光光度计对P进行化学成分测定分析；采用合金分析仪对样品进行化学成分测定分析，其结果如表1所示。根据GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》中化学成分相关规定，3种样品化学成分达到了相关标准，其中编2的样品中S、P元素比标准成分更高。

表1 末级过热器化学成分分析

因此在解决锅炉结焦问题上要做到三点：均匀煤质，让煤质尽可能满足规定要求，让主辅机保持良好运行状态，实现高效的目的；控制炉内沾污、结渣的速度，避免排烟温度超过标准值；让火焰维持稳定，减少飞灰可燃物，保证锅炉燃烧更加高效。

2.5 加强机组运行监控，落实责任制

对火力发电厂锅炉日常运行来说，需做好机组运行状况加大监控力度，加大对烟气流速、燃料和脱硫剂等粒径和物料成分等控制，让锅炉受热面保持适当的温度，将锅炉受热面磨损量降到最低。进行维护与停炉过程中还要将防磨、防腐等措施落实，特别是在锅炉关键处进行检查，掌握管子使用状况，针对缺陷的地方做好维护工作。要积极引入先进工艺手段让设备使用寿命得到延长，并完善泄露责任制[6]。要有明确的指导方针，从火力发电厂管理规定出发，严格执行防漏防爆管理制度，发挥考核管理措施的作用，班组则结合考核要求，将责任人、考核细则等确定下来，将预防制度真正落实。火力发电厂要从宏观检查到成分检验，提高检查、保养等工作效率，解决锅炉受热面管泄漏问题。

3 结语

总之，在火电厂长期运行下，若是锅炉受热面管发生泄露问题，对锅炉性能、运行安全等影响很大，严重的情况甚至将产生巨大的经济损失。为解决锅炉受热面管泄露问题，要积极引入新设备、采用先进的工艺手段，不仅要科学设计受热面管、提高安装质量，也要定期管理与维护、保障设备正常运行，还要根据实际问题进行分析，对导致泄露原因采取有效预防措施，这样火电厂锅炉运行的安全性与可靠性才能实现提高。