火电机组积焦垮塌砸伤水冷壁管事故案例分析与研究

摘要：山东某发电厂应用的1号锅炉焦垮塌砸伤水冷壁管故障严重影响设备的安全高效运行。通过对2024年1月24日积焦垮塌砸伤水冷壁管事故进行分析，查明导致该事故的原因3项，暴露设计和技术问题2项，并针对性地提出10项防范措施。通过对垮塌砸伤水冷壁管事故的研究和分析，为设备的安全可靠运行打下基础。

关键词：火电机组；积焦；垮塌；水冷壁管

水冷壁管概况

山东某发电厂应用的1号锅炉为超临界参数锅炉，型号为SG-1185/25.73-M4416，该型号的锅炉具有单炉膛、一次中间再热、固态排渣等特点，锅炉设计最大连续蒸发量（BMCR）为1185吨/小时，设定额定蒸汽压力为25.83兆帕，温度为574℃。水冷壁材质及结构：1号锅炉的水冷壁采用环形集箱，下集箱外径为324毫米，水冷壁管是前后墙下集箱冷却水的主要路线，冷却水经过螺旋水冷壁管进入炉膛起到冷却效果，水冷螺旋管圈高度约为37.5米，螺旋角度为17.2353°，该系统包含372根水冷螺旋管。水冷壁螺旋管的材质为15CrMoG，型号为32×5.5毫米，水冷螺旋管的间距为48毫米。

事故现象及检查情况

事故现象

2024年1月24日5时50分左右，1号机组的工况如下：机组负荷255兆瓦，主汽压力21.65兆帕，主汽温度561℃，再热汽温565℃，给水流量956吨/小时，主汽流量908吨/小时，均显示较为正常。辅机的运行情况总体较为平稳，A、B、C、D制粉系统运行正常，A、B送风机、引风机、汽动给水泵运行均为正常状态。

1月24日6时01分，给水流量突升至1020t/h，主汽压力降至20.55兆帕。巡检人员就地检查发现前墙冷灰斗水冷壁泄漏，泄漏管为#3角左数第38根、标高约12.5米处。当班值班人员立即申请降负荷降压运行，8时30分机组解列。

事故检查情况

巡检人员就地检查发现前墙冷灰斗水冷壁（7.5米）泄漏后，及时开展对1号机组水冷壁管的现场检查工作，检查情况如下：

（1）现场对冷灰斗水冷壁管排进行检查，发现1处水冷壁管向外泄漏，其余水冷壁管未见吹损减薄、胀粗、过热（该区域不受热）情况；泄漏区域5根管段存在较严重塑性变形；进入炉膛内清除积焦后发现冷灰斗区域水冷壁管有30余处机械损伤情况。

（2）现场查阅1号炉泄漏区域图纸，确认本次泄漏管段的设计材质为15CrMo，规格为32×5.5毫米，与设计相符。

（3）检查泄漏区域对侧（3号角）上方冷灰斗水冷壁发现有重的积焦情况，沿3号角冷灰斗区域积焦高度约5.5米。

（4）对比检查1号机组大屏、高温过热器、高温再热器受热结焦情况，未见明显结焦现象。

（5）调取近两个月入炉煤质报告，入炉煤质化验结果数据较稳定，可以看出实际入炉煤与设计的校核煤2接近，能够满足锅炉设计要求，入厂煤灰熔点在锅炉设计范围内。

（6）通过查阅历史机组运行调整参数，并与运行人员交流确认1号锅炉现有的二次风配风情况为顶层燃烬风开度过大，底层二次风风量偏小，二次风压力偏低。

（7）该锅炉在设计时，为防止冷灰斗1、3号角水冷壁磨损，在1、3号角敷有浇注料，清除积焦后，检查发现该区域浇注磨损严重，部分销钉已外露。

事故原因分析

（1）4号角水冷壁冷灰斗位置泄漏原因为：炉膛3号角积焦垮塌，掉落后砸伤本次泄漏区域水冷壁管，使水冷壁管发生严重塑性形拉裂鳍片与管子焊缝熔合线。

（2）冷灰斗1、3号角在安设过程中敷设部分浇筑料，该浇筑料的存在对积焦有较大影响。浇筑料的存在一方面导致冷灰斗处水冷壁吸热能力减弱，从而大大削弱冷渣效果，导致熔融的焦滴在冷却不充分的情况下落在冷灰斗斜坡面上产生凝结；另一方面浇注料表面粗糙，流动阻力较大，熔焦易在此处凝结堆积，并因此造成恶性循环，导致1、3号角冷灰斗区域积焦严重，从而导致3号角冷灰斗处出现积焦垮塌现象。

（3）炉内配风不佳，主燃区风量小，二次风刚性不足，炉内烧实际切圆过大，熔融态的灰粒撞击壁面概率增加，容易通过贴壁下落到达冷灰斗坡面，加之冷灰斗敷设的浇注料表面摩擦阻力较大，容易在该区域积焦。

（4）采用弱磁扫查法对水冷壁爆口附近及炉膛四面墙水冷壁管进行扫查，对腐蚀严重的部位进行超声波测厚，经检测发现，炉右墙后墙内壁腐蚀较为严重，且内壁腐蚀较为严重部位厚度在4.5毫米左右，但未及时更换。

暴露的问题

（1）锅炉设计时1、3号角冷灰斗区域敷设浇注料时仅考虑到防磨问题，未能考虑积焦风险。

（2）针对锅炉已出现的积焦问题，虽已引起重视，并制定运行措施，但采取的措施不够有力，比如锅炉运行氧量表不准确、二风压力低等问题。

处理及防范措施

（1）根据检查情况，对砸伤区域变形严重的5根水冷壁管进行换，形成10道新增焊口；对140余处机械损伤部位进行补焊，换管及补焊过程严格执行焊接工艺，并对新增焊口采取射线检测方式进行检查，检测率100%。

（2）本次抢修过程中，加强换管过程技术监督，更换管材通光谱验证符合设计要求，严格执行砂轮片割管，严禁电焊烧割，坡口制作时管口封堵，坡口完成时对管内金属异物进行全部清理，杜绝金属等异物进入水冷壁管内。

（3）在后期防磨防爆检查工作中，结合机组实际情况扩大检查，做到举一反三，对发现的机械损伤、变形等异常情况及时处理，消除安全隐患。

（4）本次停机抢修期间在1号锅炉1、3号角冷灰斗区域各加装2只吹灰器。通过2号锅炉改造后运行情况来看，该措施能够明显改善积焦情况。

（5）针对目前锅炉燃烧配风方式，加以调整，建议配风方式可尝试将原来上部7层全部开启的二次风门及缩发风门仅间隔开启3～4层，其他风门关至15%～20%，提高二次风压，使煤粉在燃烧器区域大部分燃尽，避免上部强烈燃烧造成结焦；保持原二次风和29周界风门开度不变，如果效果不好再改回原来的配风方式。底部AA层二次风也建议适当关小（根据炉渣可燃物的量予以变动）。

（6）针对运行人员反映的锅炉氧量表数据不准的问题，及时校验仪表，为运行人员调整提供准确依据。

（7）优化吹灰方式，要求运行管理人员在炉膛及屏区吹灰时注意各层及各墙落渣量的情况，对于掉渣偏多的位置应适当增加吹灰频次，避免结焦偏重区域形成严重结焦。

（8）锅炉在供热期长时高负荷运行后，尝试向调度申请降负荷。短时降低炉内热负荷，有助于已经形成的小面积结焦脱落而降低对锅炉运行的威胁。

（9）开展燃烧调整试验，针对目前再热气温高、后墙悬吊管温高问题，组织优化燃烧，确定合理的运行方式。

（10）采用弱磁扫查法对水冷壁爆口附近及炉膛四面墙水冷壁管进行扫查，对腐蚀严重的部位进行超声波测厚，经检测发现，炉右墙后墙内壁腐蚀较为严重，且内壁腐蚀较为严重部位厚度在4.5毫米左右，根据以上检测结果，须采取换管处理。

结论

通过对山东某发电厂应用的1号锅炉积焦垮塌砸伤水冷壁管故障进行分析，查明导致该事故的原因3项，暴露设计和技术问题2项，并针对性地提出10项防范措施。通过对垮塌砸伤水冷壁管事故的研究和分析，保障了发电机组的安全可靠运行。