火电厂锅炉四管泄漏原因分析及防范措施

石 川

（国电汉川发电有限公司，湖北武汉 431614）

0 引言

锅炉四管包括过热器、省煤器、水冷壁和再热器。四管泄漏是指这些受热面因过热、腐蚀和磨损等原因引起破裂、泄漏，导致炉管失效，甚至引起锅炉事故停机。四管安全是锅炉安全运行的重要保障。根据公司非停事故统计分析，50%以上的事故发生是因为锅炉四管泄漏。轻视锅炉防磨防爆工作和检修工艺是四管泄漏的根本原因。近年，随着公司创建一流火力发电企业，对机组运行可靠性提出了更高要求，锅炉四管防磨防爆尤为重要。爆口特征判断法是现场确定爆管原因的重要手段，爆口特征主要有以下方面。

（1）爆口位置。位于受热面的具体部位是向火侧。

（2）爆口形状。①断口面是否垂直于轴向；②爆口边缘有无明显变薄情况，是锐边还是钝边；③爆口内壁有无积垢，外壁氧化情况，爆口附近宏观裂纹；④爆口附近内外壁有无明显的腐蚀坑；⑤爆口附近内外壁上的裂纹走向。

（3）爆口附近的金相。包括组成、数量、形态、大小和分布，以及各类金相裂纹（性质、大小、形态、走向及其与显微组织的关系等），显微孔洞的大小和分布，珠光体球化程度和石墨化程度，脱碳、过烧、过热等。

1 省煤器泄漏

锅炉省煤器泄漏的原因较为复杂，主要因磨损、腐蚀引起。省煤器设备产生泄漏的原因，多数都是由于设备产生磨损。因此，设备管理人员要重点研究省煤器出现磨损的原因，以及避免省煤器磨损的方法，加强锅炉检修。

1.1 磨损机理分析

锅炉内部受热面的烟气有一定流速，且呈不规则形状。烟气中的颗粒物会直接对受热面产生较大冲击，长此以往，就会将受热面削薄。烟气通常以45°左右夹角冲击受热面，造成受热面磨损严重。省煤气的磨损多为均匀磨损或者局部磨损。省煤器内部出现局部磨损就会造成煤气泄漏，在省煤器设备中的弯头位置和靠近墙壁的弯头位置以及排管处也会产生一定磨损。

1.2 防磨损措施研究

为防止锅炉内省煤器装置产生磨损，要求设备管理人员尽量控制烟气对受热面的磨损速度。设备管理人员在锅炉的转弯竖井位置，安装百叶窗的除尘设备。在过热器中安装飞灰分离装备，在转弯位置安装离心式的分离装置。这些装置都可以延缓烟气对锅炉省煤器的磨损。

调研分析发现，影响设备磨损程度的关键因素是后烟井内部的烟气流速。如果烟气流速过快，会给受热面产生较大冲击力，造成受损面程度严重。烟气流速与设备磨损成正比，磨损速度与烟速的三次方成正比。随着烟速提升，磨损速度也会大幅度加快，甚至会加速磨损。应用国外设备，可以在不同因素状况下开展磨损测试。在烟速14 m/s，运行600 h，产生的磨损量与烟速在35 m/s 情况下运行20 s 产生的磨损量基本一致，这表明烟速越快，产生的磨损程度越大。设备管理人员要尽量扩大烟道内部直径和烟气流通面积，同时要减少排烟管道，增大管道内的横截面积。在保持纵向截距不变情况下，将单管道逐步改变为加长的双管圈管道，着重消除烟道拐弯处的受损。

2 水冷壁管泄漏

2.1 磨损

水冷壁管道出现磨损，多数发生在炉膛短吹灰器喷口周围。由于吹灰枪含水或起吹点位置不正确，吹灰时对水冷壁冲刷造成吹损。

2.2 腐蚀

高温燃气炉内部氧气与容器壁发生比较复杂的化学反应，通常产生硫化物、硫酸盐或者氯化物等各类腐蚀物。大量研究表明，当水冷壁管产生高温时有一定规律性。大部分发生在燃烧的供应区及部分热负荷比较高的高温区域。在燃烧区附近，由于其温度明显要高于周边温度，其高温腐蚀就会显现出来。如果产生高温腐蚀的管道在向火一侧，正风速度加快，管壁会减薄；在背火一侧，则不会发生高温腐蚀。高温腐蚀主要有以下原因。

（1）产生火焰冲墙是由于经常存在水冷壁高温腐蚀，在锅炉内部会使火焰倾斜，出现火焰冲墙及一些环形气体，进而发生高温腐蚀现象。

（2）高温火焰直接冲刷水冷壁，其内部含有很大煤粉，煤粉浓度较高，高温火焰会直接冲击到水冷壁管。此时，腐蚀会进一步加大，加速管道破裂。火焰中还有一些没有燃尽的煤灰在水冷壁管，周围就会出现一些缺氧燃烧现象，出现许多还原气体，加快管道腐蚀。

（3）由于火焰燃烧未烧尽，煤灰水会在水冷壁管内部再次燃烧，发生化学反应形成堵塞区域。在锅炉附近，会形成一氧化碳、硫化氢等腐蚀性气体。通过研究分析，其中一氧化碳浓度越大，腐蚀更加严重，硫化氢气体的浓度也会大于0.01%。这样就会给现有管材带来较大腐蚀，当含氧量超过20%，就会产生高温腐蚀现象。

（4）管道品质差是目前重要的因素，管道内部有硫元素、碱金属元素和一些氧化物元素。这些元素含量较大，腐蚀性也强，会出现高温腐蚀现象。高硫煤散发出二氧化硫、三氧化硫，硫化物对壁管的氧化剂保护膜带来较大腐蚀，有可能还会侵蚀管壁，使管壁不断变薄，最终出现爆管事故。燃烧使得火点温度较高，燃烧比较困难，容易产生不完全燃烧的现象。使得火焰逐步拓展在管壁附近，形成环形气体，进而增大对管壁的腐蚀程度。煤灰粉颗粒越大，则燃烧不够充分，比较容易形成环形机体。这时高温腐蚀颗粒物对管壁面的磨损程度会加大，引起内部腐蚀速度进一步加快，而且腐蚀物质直接与管壁接触反应，加剧了腐蚀。

（5）运行因素的影响是在锅炉内部产生负荷的变化期间。当锅炉运行不当，就会出现燃烧不够稳定，产生更多的还原性气体，造成烟气冲墙，进而发生高温腐蚀。

2.3 防范措施研究

增强对燃料的控制，可以直接在煤炭燃烧的前期、中期、后期分别去除硫，降低燃料含硫量。使用合适的煤粉细度，尽可能减少含硫燃烧，使得煤粉浓度分布均匀，要加强对水的控制，适当提高水冷壁管的水流速度，降低管壁温度，严格控制给水品质。应用热喷涂或者激光镀膜的方式涂抹表面，进一步降低腐蚀速度，加强燃烧速度，合理配方，进一步减少水冷壁管附近还原性气体，避免烟气直接冲刷水冷壁管。

3 过热器和再热器的泄漏分析

3.1 超温

3.1.1 火焰中心逐步上移

产生锅炉内部火焰中心上移的原因较多。例如，有些锅炉机组出现漏风，煤粉细度调整不合适，颗粒变粗，空气动力场出现倾斜都会造成火焰中心上移。锅炉炉膛内烟温过高，煤灰中含碳量增多，就会给过热器带来超温问题。烟气直接通过过热器的各个位置，造成过热器磨损，使得排烟温度偏高。火焰温度对过热器装置内部的烟气温度有较大影响。有些大型锅炉设备使用燃烧装置，科学调节内部的过热器烟气温度。通常情况下，可认为燃烧器喷嘴角度产生1°变化，过热器内部的烟气温度就会产生2 ℃变化。如果锅炉烟气温度过大，就会给整个锅炉设备的运转带来较大威胁，不利于锅炉使用。

3.1.2 氧化皮堆积

管道的氧化皮破损后，就会在管道的弯头部位沉积，引发管道高温，还有可能出现过热爆管。使用高温过热器，当氧化皮脱落时，都会集中到管道的最底部，使得气体流通面积减少，也会给蒸汽的流通带来很大阻碍。在管道内部，蒸汽流动阻力减小，会进一步弱化对管道的冷却效果，造成高温过热器或者再热器的管道在超临界锅炉运行时，出现氧化皮脱落，导致锅炉受热面被动，在短期出现爆管问题。

高温的蒸汽管道内部形成氧化膜，这是一个自然过程，氧化膜形成后就会使氧化速度降低。在超温温度下，压力距离不同，这是由于管道内部的氧化膜受热能力不同，表面的氧化膜会产生一些裂纹，使得管道暴露。在外界氧化环境中，使得管道氧化速度加快，也会出现多层氧化。随着锅炉设备运行时间提升，此时锅炉上的氧化膜会逐步增厚。若锅炉出现频繁的压力变化，此时锅炉升降负荷中，管道内部的温度也会出现较大变化。由于受力不同，对表面氧化物会产生过压作用，导致氧化膜开裂。破落氧化皮掉入到管道内部，氧化皮的杂质积累到一定程度后会堵塞通道，使得管道内部温度升高，出现爆管。

3.2 磨损

过热器装置磨损较大，是由于管道内部飞灰带来的冲刷磨损。这种磨损会出现在烟气管道里烟速突变位置。例如，管道的蛇形弯头位置和穿墙管位置，这些地方都容易产生冲刷磨损。在锅炉维修期间，要加大对过热器装置的检查力度。着重分析检查过热器的烟气走廊、穿墙管，还要检查蛇形管中间位置是否出现异物。如果烟气管道内部有异物，就要认真检查异物周围的磨损状况，及时取出异物。对于水平的烟道垂直式过热器排管，检查分析竖井上部和再热器蛇形管道上的磨损情况，做好磨损的数据记录。

3.3 腐蚀

过热器装置经常会在高温状态下产生较大腐蚀，高温会使管道中烟气与排烟管道中的金属产生反应，造成管道金属腐蚀。在燃料燃烧期间，碱金属（如钠和钾）经常会与氧气产生化学反应，生成氧化物。氧化物凝结在管道外壁和内壁上。例如，燃烧中会与氧形成二氧化硫、三氧化硫。二氧化硫与氧化钠形成硫酸钠，硫酸钠的熔点较低，经常会附着在管壁上，被灰吹走后变成颗粒物，造成管壁受到较大损坏。其中，管道中含有较大的氧化铁，氧化铁可以与二氧化硫产生硫化铁、硫酸铁，成为复合盐。这种复合盐的熔点也比较低，在580 ℃就会被熔化，破坏管道壁上的氧化铁保护膜，损坏管道。

3.4 防范措施

加强运行监控，发现爆管问题，要及时分析原因，快速处理锅炉内部出现的燃烧。还要做好化学清理，去除杂物和沉积物。硬管寿命达到设计数据时，要及时更换设备。

4 结束语

为防止锅炉四管泄漏，应建立防磨防爆制度与检查组，“逢停必检”。加大对锅炉四管的全面检查力度，防止锅炉四管产生泄漏或者出现爆管，提高设备使用寿命。