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摘要：锅炉水冷壁爆管不但威胁到燃煤电厂的安全运行，而且对燃煤电厂的经济效益造成巨大影响。为此，研究燃煤电厂水冷壁爆管的原因，并给出切实可行的解决措施显得意义重大。
关键词：锅炉；水冷壁；爆管
锅炉受热面管子在运行过程中发生爆管是常见的失效形式。由于水冷壁管直接受炉膛内火焰的高温辐射，当运行工况出现异常时，如管子被堵塞或者水循环不良等，会导致水管部分或全部范围超温。在长期超温或短时过热影响下管子会胀粗变形，最终发生爆管。
某电厂3号锅炉系SG420-13.7-M415型，为自然循环煤粉炉，设计煤种为烟煤，固态排渣，直流燃烧器分布于炉膛四角10～16m标高位置，切圆悬浮燃烧。炉膛前后墙布置水冷壁管120根，左右墙105根。水冷壁管规格60mm×7mm，材料为St45.8/Ⅲ(相当于20G钢)。该炉投产于2013年，在累计运行71470h后，水冷壁发生爆管，导致机组停运。
1、锅炉水冷壁爆管原理
爆破部位经受高温，组织发生变化，珠光体球化、晶粒长大，基体高温性能明显下降，当低于屈服强度时发生变形，向火侧管径胀粗、壁厚减薄，同时向火侧外壁强烈氧化脱碳造成壁厚减薄（氧化作用）、强度降低（脱碳作用），珠光体球化和氧化脱碳进一步作用，使基体到达断裂极限，于是向火侧外壁出现微裂纹，裂纹长大，最后爆破，同时在壁厚减薄过程中造成过烧。
2、爆管的原因分析
通常锅炉管失效多数由以下因素引起的：原材料的质量；结构因素引起的材料损伤(例如由于某些原因引起的管子拉裂)；短时超温使材料性能不足以承受工作压力引起的失效；长时超温造成材料的高温持久蠕变性能下降引起的失效；机械磨损引起的管子壁厚减薄；腐蚀与氧化；氢损伤等，通常还可能是以上几种因素共同作用的结果。其中，最常见的是腐蚀减薄造成的泄漏和由于氢腐蚀损伤造成的爆管。
2.1水冷壁干锅留下隐患
在投产初期，锅炉运行时曾经出现过干锅情况，历时3h，干烧后，膨胀不均造成水冷壁角部鳍片拉裂水冷壁管漏泄。这会对水冷壁造成有不同程度的损伤，给其留下一定的隐患。在工作后期，主要更换了水冷壁前后墙中间管组，并没有更换角偶部分的管子。
2.2新、旧管内壁氧化膜的完整性。
铁-水体系是热力学不稳定体系，极易发生腐蚀。但钢铁与水接触时表面可形成一层不溶性的氧化保护膜。运行中保护膜的完整程度决定了在生产中锅炉内腐蚀的严重程度。新旧两管相隔年限远的话，其内壁氧化膜的完整程度是不一样的，旧管氧化膜较完整。因此，在新、旧两管的连接处极易形成局部腐蚀电池（旧管为阴极）产生局部腐蚀并结垢。且垢下局部区域容易酸化并析氢。产生的氢由于较厚的腐蚀产物和垢层而无法向外扩散，只能向金属内部扩散渗入，促进了氢腐蚀的形成和发展。
2.3燃烧器负荷分配不均匀
每个角的燃烧器煤气流量由运行人员在电脑上调节阀门开度控制，没有每个燃烧器具体的煤气流量显示，特别是在高负荷运行情况下很容易造成一个角的负荷过重，加上燃烧器火焰角度不对，火焰直接喷射在水冷壁上，很容易造成超负荷侧水冷壁超温爆管。
2.4腐蚀与焊缝的关系
内壁的焊缝余高（1～1.5mm）破坏管内水的正常流动产生湍流。水中的杂质在焊缝附近沉积结垢，导致此处壁温上升加速腐蚀。炉水中的游离碱，渗入向火侧管壁处。在垢物及高热负荷的双重影响下，炉水发生浓缩游离碱发生蒸浓，引起碱腐蚀。
2.5运行水位较低
锅炉的水位对建立正常的水冷壁循环有非常重要的意义。一旦水位偏低，就会使水冷壁的水循环性能变差，尤其是对于角偶弱受热区的管子。从目前能查到的最近2次运行记录来看，2次爆管水位是从正常水位（+20mm以上）降低到-100mm以下（-118～-103mm），并且持续了近10min后，就发生了水冷壁爆管事故。从目前所掌握的数据看，锅炉对水位比较敏感，持续低水位会在一定程度上加速爆管。
2.6锅炉燃烧器安装角度不合理
该锅炉为高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气混燃锅炉，所配置的煤气燃煤器采用双旋流煤气燃烧器。燃烧器正四角分两层布置，与炉膛下部蓄热稳燃装置相配合，形成切圆燃烧。燃烧器设计燃气侧叶片与轴线夹角为45°，空气侧叶片为20°，燃气侧和空气侧叶片的旋向一致，且与切向进风后在燃烧器内旋向一致，以保证得到满意的燃烧效果。该锅炉的水冷壁泄漏点第一次集中在三个面，第二次集中在一个面。锅炉水冷壁管道为4面均布，如温度场均匀，水冷壁结垢应该是均匀的，爆管的几率也应相同。检查锅炉燃烧器安装角度，发现只有经过改造调整了的左侧面的燃烧器安装角度比较合理，火焰与蓄热器形成了良好的切向角。其它三面的燃烧器火焰都存在部分直接喷射到水冷壁上的现象，在高负荷情况下特别是在缺水的情况下容易产生局部超温，加速结垢和爆管。
3、避免锅炉水冷壁爆管的措施
为确保锅炉安全稳定运行，建议采取如下整改防范措施：
3.1规范操作规程
严格按照运行规程操作，锅炉启停时严格按启停曲线进行，控制锅炉参数和受热面管壁温度在允许范围内，并严密监视及时调整。严密监视锅炉蒸汽参数、蒸发量和水位，防止超温超压、满水或缺水事故发生。运行中发现燃烧控制不当，火焰角度偏移，炉膛出口烟温高，炉内热负荷偏差大等情况要及时处理，防止出现受热面超温损坏。
3.2严格控制入炉煤的硫分
燃煤中高含量的硫元素是硫化物型高温腐蚀的根源。燃煤中的硫含量越高，腐蚀性介质浓度越大，出现高温腐蚀的可能性就越大。因此，降低燃煤中的硫含量，提高燃煤品质，在很大程度上可阻止腐蚀性介质的生成，从而有效的防止高温腐蚀的发生。另外，入炉煤的热值和挥发分也要适当控制。
3.3加强水质监测
做好锅炉取样装置和在线仪表的维护校验工作，确保在线仪表正常运行，以便及时发现水质异常和调整。加强锅炉水质监督，保证锅炉给水品质和蒸汽品质正常，发现水质异常一定要及时查找原因并严格落实水质异常三级处理原则，在每一级处理过程中，如在规定的时间内不能恢复到正常值时，则应采取更高一级的处理方法。
3.4调整运行工况
（1）合理组织配风，严禁锅炉缺氧燃烧；
（2）适当降低一次风速，使煤粉提前着火；
（3）严格控制煤粉细度。从热力学角度分析，煤粉的粒径增大，煤粒升温速度上升较慢，煤粉接近环境温度所需时间长。煤粉在炉内燃烧时，煤粉颗粒越粗，颗粒燃烧所需要的时间越长，越不易燃尽，导致火焰拖长，当贴近水冷壁壁面燃烧时，局部缺氧造成还原性气氛，易促发高温腐蚀。
（4）控制给水品质，防止水冷壁管内结垢；
（5）加装水冷壁高温腐蚀在线监视装置，实时监测O2、H2S等气体浓度，指导运行人员及时、合理组织炉内燃烧。
（6）建立水冷壁管检查台帐，记录大小修宏观检查、壁厚测量结果，对前后两次检修期间的测量结果，进行比较，计算水冷壁的减薄速率［5］，及时采取应对策略。
3.5调整燃烧器安装角度
请锅炉专业维修单位对三个角的燃烧器重新安调整角度，与蓄热器形成了良好的切向角。保证火焰不直接喷射到水冷壁上。
4、结论
锅炉水冷壁的局部改造在很大程度上提高了运行的可靠性和稳定性，而设备运行周期的延长，提高了设备运行的安全性和经济性。锅炉水冷壁管排局部改造后一直稳定运行，没有发生过一次非停，大大减小了设备非停而引发的社会不良效应。另外，设备缺陷的减少节省了备品备件的消耗费用。
参考文献
[1]马崇,陈韶瑜.电厂水冷壁管腐蚀失效常见形式简介[J].热力发电,2011,38(8):133
[2]李晓平.电厂锅炉水冷壁垢下腐蚀加速机理分析[J].云南电力技术,2013,31(3):7