锅炉水冷壁爆管原因分析及解决措施

李 丽， 李延磊

(1. 陕西未来能源化工有限公司， 陕西榆林 719000；2. 陕西时代能源化工有限公司， 陕西榆林 719000)

1 机组概况

某公司选用3×480 t/h高温高压煤粉锅炉，型号为HGG-480/9.82-YM，四角切圆燃烧、自然循环汽包炉。设计燃用混煤、掺烧燃料气，采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁，炉膛出口处布置屏式过热器。水平烟道装设两级对流过热器，炉顶、水平烟道转向室和尾部包墙均采用膜式管包覆，尾部竖井烟道中布置省煤器并配2台三分仓回转式空气预热器。为了能及时清除受热面的积灰，以保证锅炉出力，根据各受热面不同特点装设了蒸汽吹灰和声波吹灰设备。

整台锅炉共布置42台蒸汽吹灰器，其中炉膛布置22台IR-3Z型蒸汽吹灰器，过热器处布置6台IM-530型长伸缩式蒸汽吹灰器，回转式空气预热器处布置2台IK-525-DM型蒸汽吹灰器，省煤器处布置12台声波吹灰器。其中，炉膛的22个蒸汽吹灰器分布俯视图见图1，1～8号蒸汽吹灰器(IR 01～08)布置在炉膛标高22.5 m处，9～16号蒸汽吹灰器(IR 09～16)布置在炉膛标高24.5 m处，17～22号蒸汽吹灰器(IR 17～22)布置在炉膛标高26.5 m处。

图1 炉膛蒸汽吹灰器分布俯视图

2 爆管过程

2020年2月25日14：13：00，1#锅炉发出“负压异常”报警，伴随主蒸汽质量流量下降、主给水质量流量升高，且两者差值约100 t/h，怀疑水冷壁泄漏。经现场确认，锅炉4#角20#短吹处异响明显，初判此处水冷壁可能泄漏，故做紧急停炉处理。

3 爆管点确认

锅炉停炉、降温、工艺处理完成后，检查发现水冷壁爆口位置在炉膛右墙IR20左上方处，右墙从下至上在20 m高度上方可见管屏向炉内凸出，IR20左侧9根水冷壁管表面冲刷痕迹明显，且管道圆面被冲刷成平面。其中，左侧第3根水冷壁管发现长约2 cm喇叭形爆口，边缘锋利，测量周围管道厚度均在3.8 mm左右，紧邻爆口左侧管道壁厚2.87 mm，爆口位置厚度低至2.07 mm，确认为水冷壁局部变形，蒸汽吹灰时蒸汽冲刷水冷壁管道造成管壁减薄发生爆管事故。

4 爆管原因排查

根据现场情况查找造成该管道爆管的原因，重点从炉膛飞灰磨损、水冷壁管屏变形、管道壁厚和蒸汽吹灰器4个方面排查。

4.1 飞灰磨损

锅炉水冷壁的磨损主要是灰粒对管子的磨损，飞灰在烟气涡流局部区域磨损严重,灰粒的平均直径越小，灰粒的磨损性就越小[1]。2019年锅炉进行热态燃烧调整试验，利用煤粉取样装置按照等截面圆环法在磨煤机出口煤粉管道上进行煤粉取样，然后筛分煤粉细度。测试结果为4台磨煤机煤粉细度R90在15%～20%，煤粉颗粒较小，均匀性较好，有利于煤粉着火燃尽，磨损较小。

4.2 水冷壁管屏变形

锅炉炉膛设计为正方形，深度和宽度均为10.86 m，炉膛四周由Φ60×5(直径为60 mm、壁厚为5 mm)、节距为80 mm的管子焊成膜式水冷壁，炉膛前、后和两侧墙各有135根上升管，每面水冷壁沿宽度分成6个管屏,对应6个下集箱，减少炉膛四角燃烧器在宽度方向温度不同时水冷壁管吸热不均，避免锅炉水冷壁变形[2]。而在实际运行过程中会出现局部水冷壁管屏变形的情况，经过检查发现右墙水冷壁管屏出现轻微变形，其他三面水冷壁管屏无明显变形。

4.3 管道壁厚

重点对蒸汽吹灰器周围管道壁厚进行全面测量，要求在每个蒸汽吹灰器吹灰孔附近1.5 m范围内对水冷壁管道进行测厚，而对水冷壁表面存在冲刷痕迹的管道扩大范围进行测量，发现另外7个蒸汽吹灰器处水冷壁管壁减薄，其中右墙变形，6个蒸汽吹灰器中4个蒸汽吹灰器处管道减薄(包含IR20)。

4.4 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器的工作原理是从伸缩旋转的吹灰枪管端部的喷嘴中喷出蒸汽，持续冲击、清洁受热面。蒸汽吹灰器启动后电动机驱动跑车沿着导轨前移，吹灰枪管匀速进入炉膛内部，喷嘴中心至水冷壁向火面38 mm后，跑车碰触行程开关开启提升阀门，喷嘴顺时针转动360°+90°对周围水冷壁进行吹灰，从喷嘴出来的蒸汽在0°～90°区域2次吹扫水冷壁管壁。由于喷嘴开口在安装时有朝上和朝下2种不同的安装方向，吹扫重复区域位置不同。

4.4.1 设备情况检查

逐一检查蒸汽吹灰器周围浇注料，并在蒸汽吹灰器冷态下进行调试检查喷嘴和枪管的水平情况。检查发现22个蒸汽吹灰器周围的浇注料全部脱落，导致锅炉运行时炉膛内热量传导至蒸汽吹灰器轴承造成缺油卡涩，经常发生故障。冷态调试时发现其中2个蒸汽吹灰器喷嘴脱落和4个蒸汽吹灰器枪管变形向上弯曲，喷嘴脱落的蒸汽吹灰器周围未发现管壁减薄现象，枪管弯曲变形的蒸汽吹灰器附近管道均出现管壁减薄情况。一般减薄的水冷壁管只分布在蒸汽吹灰器处一侧，由重复冲扫造成。

4.4.2 蒸汽吹灰疏水

蒸汽吹灰器的蒸汽引自低温过热器出口集箱，通过压力调节阀组控制蒸汽吹灰压力。吹灰前需要进行管道暖管疏水至疏水末端温度达到220 ℃，吹灰时关闭疏水阀，调整蒸汽压力自动控制在2.0 MPa，蒸汽吹灰器进到位提升阀开启后蒸汽压力降低，蒸汽压力调节阀自动跟踪调整开度保持压力稳定。查饱和蒸汽压力对照表中2.0 MPa蒸汽的饱和温度在213 ℃，蒸汽吹灰器蒸汽只有7 K的过热度。蒸汽吹灰器蒸汽疏水不彻底，吹扫过程中汽水混合物更易造成管壁冲刷减薄，拆检IR20喷嘴内部已出现冲刷的凹面。

5 解决措施

针对排查的故障原因，从管壁减薄和蒸汽吹灰器2个方面进行处理。

5.1 更换部分管道并局部喷涂耐磨层

根据规范要求将水冷壁管道壁厚减薄30%以上(即壁厚为3.5 mm以下)的全部更换，合计更换26根水冷壁管道。为保证锅炉运行水冷壁的强度和安全，对蒸汽吹灰器周围直径2 m内水冷壁管道进行耐磨层喷涂，喷涂要求厚度增加0.5～0.6 mm。

5.2 加强蒸汽吹灰器的运行维护

蒸汽吹灰器运行维护不及时也是事故的主要原因[3]。原蒸汽吹灰器发生故障时只是简单更换轴承和轴承补油，未全面检查内部喷嘴及枪管情况。因此，逐一修复蒸汽吹灰器孔周围耐磨浇注料，减少蒸汽吹灰器故障次数。制定专项检查维护制度保证锅炉运行周期内全部蒸汽吹灰器每2个月加油拆检1次。

5.3 调整蒸汽吹灰器吹灰压力和频次

根据蒸汽吹灰器设备要求的蒸汽压力，降低蒸汽吹灰器蒸汽压力，炉膛22个短吹(IR-3Z)、空气预热器长吹(IK-525DM3)和过热器6个长吹(IK-530)的蒸汽压力由2.0 MPa降低至1.5 MPa，增大吹灰蒸汽的过热度，减少吹灰过程中冷凝液的产生[4]。将炉膛、过热器处蒸汽吹灰频次由8 h 1次调整至24 h 1次，空气预热器处蒸汽吹灰频次不变。

6 结语

1#锅炉从启炉至发生事故时已连续运行7个月，运行期间忽视对蒸汽吹灰器的维护和检查，停炉期间也未全面检查测量水冷壁壁厚。为避免同样事故发生，其他2台锅炉在定检期间进行了全面的排查，同样发现了水冷壁减薄、蒸汽吹灰器喷嘴和枪管故障、浇注料脱落现象。建议设置蒸汽吹灰的锅炉在停炉期间定期测量炉膛水冷壁壁厚，加强蒸汽吹灰器的运行维护力度。