超临界W 火焰锅炉水冷壁变形、拉裂问题及对策

王良伟

（国电荥阳煤电一体化有限公司，河南 郑州 450100）

我国无烟煤的存储量在煤炭总储量中占17%。劣质煤的发电技术中，超临界W 型火焰锅炉在燃烧劣质煤、无烟煤方面具有很大的优势，近年来，得到了大力的推广。超临界W型火焰锅炉由于对其自身所具备的特性以及安装、调试、运行对该炉型的特性不熟悉的原因，导致超临界W 型火焰锅炉在投入使用后，水冷壁出现了变形及拉裂的问题，导致水冷壁发生泄漏。对造成此类问题的原因进行分析，并制定相关的预防及解决方案。

1 超临界W 型火焰锅炉水冷壁出现变形及拉裂的原因

这类锅炉水冷壁产生形状变化和拉裂大部分情况下是材料存在质量问题、运行不合理、安装设计生产存在质量问题、水冷壁超温、水冷壁热偏差过大等因素导致的。

1.1 超临界W 型火焰锅炉水冷壁超温及热偏差较大

锅炉水冷壁大部分是膜式壁，为让每个地方水冷壁的热负荷处于平衡状态，一般临近的水冷管壁的温度测量位置的温度差异要低于50℃，而同个墙面同个联箱水冷壁管的温度差异应当不高于80℃。在负荷较大的工况的状况下，水冷壁温度可满足该要求，然而，在负荷较小的状况下，水冷壁温度会有很大的偏差，特别是前墙处，在负荷变动比较显著亦或干湿状态转变的时候，锅炉的水冷壁较易产生局部温度超标的问题。

（1）锅炉在启动及低负荷工况。超临界W 型火焰锅炉在运行和负荷较小的状况下，仅有一些燃烧器与磨煤机在工作，然而，因为锅炉的架构比较独特-炉膛比较宽，为此致使横向热负荷分布特别不匀称，导致了锅炉水冷壁的热偏差较大，也是造成锅炉水冷壁出现拉裂泄漏的本质因素。

（2）锅炉变负荷工况。超临界锅炉，是利用对煤水比的管控来达成负荷的变动的，W 型火焰锅炉内的燃烧器，是前墙与后墙匀称布设的，进到炉膛的燃料量产生很大变动时，需将磨煤机切掉。另外，可磨系数数值较小的无烟煤，一般运用钢球磨煤机，而新使用的磨煤机内部的筒中存在之前所剩的煤粉，在运行过程中，煤粉会快速流到炉膛然后燃烧，导致燃烧器周边的水冷壁局部的热负荷较大。这就影响了炉膛水平方向上热负荷的均匀性，会致使热偏差较大，极易造成水冷壁出现拉裂的现象。

（3）锅炉干湿态转换时超温。超临界W 型火焰锅炉中，水冷壁管内部最上端为液体，最下端为蒸汽，中间部位是水和蒸汽的混合物，工质的相变点地点，伴随负荷的变动而变动。因为蒸汽与水的密度有一定差异，在同根水冷管中，工质流量会依据各个时刻负荷的变动而产生变化，同时，会导致水冷壁的温度产生变动，致使水冷壁壁管热应力产生变化，出现金属疲劳，在气体与液体两相区，同种压力差下，同个组别的热负荷和水冷壁管架构是相同的，然而，每根水冷壁管的流量有一定差异，为此流量比较小的壁管较易产生温度超出要求的问题。

1.2 超临界W 型火焰锅炉水冷壁集箱出入口及截流孔圈堵塞的问题

新安装的机组，会通过酸洗或者吹管对管内存在的焊渣、氧化皮等滞留物进行清理，但清理得不够彻底，机组在投入运行后，存在滞留物的水冷管壁内的工质流通减少，传热恶化，导致锅炉水冷壁管超温，情况严重时，会导致爆管的现象。

1.3 超临界W 型火焰锅炉水冷壁制造设计及安装上存在的缺陷

超临界W 型火焰锅炉水冷壁在进行设计时，中间过渡集箱选取的地点不科学，导致上端水冷壁管屏的温差过大。在使用的过程中，导致水冷壁出现变形及拉裂的现象。

安装上的缺陷也是造成超临界W 型火焰锅炉水冷壁出现变形及拉裂问题的重要原因之一。安装上的缺陷主要是因为：首先，焊接工人在施工期间，操作不恰当亦或未全面依照焊接工艺的要求焊接，导致焊缝的质量不达标。其次，装设刚性梁的过程中，为依照安装图实施安装作业，致使管屏在热态的情况下膨胀受到阻碍，制约水冷壁的膨胀，仅可以依托水冷壁管管屏本身形状的变化将应力全部吸收，从而导致水冷壁管产生拉裂问题。

1.4 超临界W 型火焰锅炉运行不当

因为该种类型的锅炉的水冷壁较易产生温度超标和形状变化、拉裂等诸多问题，为此，锅炉在开启、负荷改变与负荷较低的状况下，应当注意风的配置，特别是在切磨操作的过程中，应当对风量和给没量的变动速率加以科学管控，从而对热偏差进行管控，防止出现超温的现象。然而，锅炉的实际的运行过程中，未能对其进行严格的控制，更是加剧了水冷壁超温现象的发生，促使其出现变形及拉裂的出现，严重时会出现泄漏的现象。

2 防止超临界W 型火焰锅炉水冷壁出现变形、拉裂的措施

超临界W 型火焰锅炉水冷壁的变形及拉裂现象，对机组的安全运行造成直接地影响。而导致水冷壁出现变形及拉裂的主要原因制定预防措施时，也应结合设计、安装及运行等方面的情况，进行综合的治理。

2.1 增加超临界W 型火焰锅炉水冷壁壁温测点及壁温报警

超临界W 型火焰锅炉在运行的过程，控制炉膛水冷壁的壁管不超温，同时，将沿宽度方向的汽温偏差控制在合理的范围内，可以有效地防止水冷壁出现变形及拉裂的现象。所以锅炉在运行的过程中，对水冷壁的壁温进行密切地监视，对水冷壁的壁温增加测温点，并安装壁温报警装置，当水冷壁出现超温或者温差过大时，可以及时地采取措施进行调整，避免水冷壁出现变形及拉裂的现象。

2.2 在超临界W 型火焰锅炉内增设热应力释放缝

超临界W 型火焰锅炉水冷壁出现变形及拉裂的区域，主要集中在前墙的中部，因此，在该区域增设热应力释放缝，可以将扁钢割开用以释放热应力，是防止超临界W 型火焰锅炉水冷壁因变形及拉裂问题造成泄漏的最有效的措施之一。

2.3 在超临界W 型火焰锅炉内增设卫燃带

在对超临界W 型火焰锅炉各种负荷下壁温及燃烧的情况进行充分掌握后，对极易出现高温区域的部分水冷壁管，增设一定量的卫燃带，减少该区域的吸热量，降低该区域水冷壁管出口蒸汽的温度，进而降低整个水冷壁区域的温度水平，还能减少水冷壁的温度偏差及热应力。

2.4 提高新安装的超临界W 型火焰锅炉机组的清洁度

提高管子的清洁度，是防止锅炉爆管问题出现的重要措施之一。因此，应对新安装的机组管内的杂物进行彻底的清理。在进行清理时，需安排专人对通球实验进行百分百的旁站，以保障管屏的清洁度，同时，对集箱的清洁度采用内窥镜进行检查，使得管子的清洁度符合相关标准。

2.5 提高超临界W 型火焰锅炉水冷壁设计及安装的合理性

由于水冷壁中间集箱可以起到平衡压力及对上水冷壁工质进行再次的分配功能，对水冷壁中间过渡集箱选择合理的安装位置，锅炉制造商在进行锅炉设计时，取消原有的单根混合集箱，在上、下炉膛之间采用中间集箱进行全混合，可以有效地解决因吸热及流量不均而导致的出口工质温度偏差问题，与过渡集箱相比，在稳定运行时，上部水冷壁出口壁温偏差可降低10 ～15℃，非正常运行的情况下，温度偏差也可减小30 ～40℃。在进行安装时，由专业的焊接人员严格地按照焊接工艺进行操作，保障焊缝的质量。刚性梁的安装也严格地按照施工图纸进行，以保障安装主梁符合设计的要求。

2.6 保障超临界W 型火焰锅炉的科学运行

超临界W 型火焰锅炉在启动及变负荷时，极易造成水煤比失调，进而引起水冷壁壁温升高，所以在锅炉变负荷前，可以适当地降低主汽温，结合汽温及水冷壁的壁温的变化来调节给水量及燃料量，优化配风方式，进而控制热偏差，避免水冷壁出现超温的现象。

3 结语

超临界W型火焰锅炉是燃烧劣质煤及无烟煤的重要炉型，在低负荷温燃和燃烧效率方面有着很大的优势，然而，超临界W 型火焰锅炉在投入使用中，水冷壁均出现了变形及拉裂的问题，经研究，造成水冷壁出现变形及拉裂的主要原因是水冷壁超温、水冷壁管间热偏差较大以及膨胀受阻等，结合这些原因制定相应的解决措施，保障超临界W 型火焰锅炉燃烧稳定，将热偏差控制在合理的范围内，进而可以有效地避免水冷壁变形及开裂问题的发生。