水冷壁泄露的原因及处理方法

水冷壁泄露的原因及处理方法0引言轩岗电厂一期2X660MW超临界直接空冷机组锅炉采用东方锅炉厂生产的DG2090/25.4-II型超临界变压直流炉、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的门型炉。该炉采用中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统：燃烧器为低NOX型双调风旋流燃烧器，共36只分3层布置在前、后墙上；在前、后墙旋流燃烧器的上方各布置了1层燃尽风，其中每层2只侧燃尽风(SAP)喷口，6只燃尽风(AAP)喷口。燃烧器层间距为4.58m，燃烧器列间距为3.05m，上层燃烧器中心线距屏底距离约为25.1m，下层燃烧器中心线距冷灰斗拐点距离为3.26m，最外侧燃烧器中心线与侧墙距离为3.46m，燃尽风距最上层燃烧器中心线距离为5.98m。炉膛吹灰器采用上海克莱德贝尔格曼机械有限公司的V04型短伸缩式吹灰器，共48台，分三层对称布置在四面墙上，每层16台(前后墙各5台，两侧墙各3台)。锅炉下部为螺旋水冷壁，采用内螺纹管、外径38.1mm、壁厚7.5mm、材质为SA-213T2,上部为垂直水冷壁，采用光管、外径31.8、壁厚分别为9mm、8.5mm、8mm、材质为15CrMoG。2013年6月23日#1炉四管泄漏报警，就地检查#1炉右侧第一层中间吹灰器A02处有泄漏声音。拆除A02吹灰器，泄露声音明显，进一步确认水冷壁泄露。1泄露原因分析1.1停炉后，对该区域泄漏点进行分析检查，发现该区域管壁存在吹损，附近管壁减薄较多，初步判断泄露原因为吹灰蒸汽吹损。轩岗电厂锅炉吹灰介质采用过热蒸汽，汽源来自于锅炉后屏过热器出口集箱，汽源温度523°C，汽源压力25.8MPa，经减压后吹灰母管压力为2.5MPa左右，炉膛吹灰器减压阀后压力为0.8Mpa，起吹距离为50mm，炉膛吹灰的周期为2天1次。对照近期吹灰记录、SIS系统回放未发现吹灰器卡涩现象，排除因吹灰器卡涩发现不及时导致的泄露的可能。对该吹灰器启吹角度进行检查，发现启吹角度有偏移现象。正常运行时，吹灰器的启吹角度应与水冷壁管的轴线平行，此时吹灰开始时管道内生成的冷凝水对受热面损伤最小。在吹灰过程中，发现吹灰器有积水现象。1.2对水冷壁泄漏管束进行检查发现表面有层状剥离物，进一步对该物质进行取样化验。从取样结果看，S、Fe二种元素的含量合计为44%，具有硫化物型高温腐蚀的基本特征。高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程，其通常发生在锅炉水冷壁、过热器及再热器区域，其中以水冷壁区域最为常见。当水冷壁上有一定的结垢物，并且处在还原性气氛中，管壁温度相当高时，就会发生水冷壁管外腐蚀。在燃煤锅炉中，主要有三种高温腐蚀类型：硫酸盐型、氯化物型及硫化物型，还有由还原性气氛引起的高温腐蚀。硫化物型高温腐蚀是由黄铁矿硫造成的，黄铁矿粉末随着未燃尽煤粉到达水冷壁管上，受热会释放出单原子硫。当管壁温度达到350°C时，单原子硫在还原性烟气中会发生硫化作用生成硫化亚铁，同时H2S也会通过疏松的Fe2O3与致密的磁性氧化铁中的FeO反应生成硫化亚铁，并缓慢氧化生成Fe3O4，使管壁不断被腐蚀，影响锅炉的安全运行。煤种是造成高温腐蚀的主要原因之一，煤中的硫和硫化物是形成腐蚀物质的基础。含硫高的煤出现腐蚀的可能性较大，硫份越高，腐蚀性物质浓度越大，与金属管壁发生化学反应的可能性就越大，对水冷壁的腐蚀就越严重。另外燃用着火相对困难的煤种时，容易产生不完全燃烧和火焰拖长，因而形成还原性气氛，致使炉内腐蚀性气氛增强。造成影响水冷壁高温腐蚀的另一因素是水冷壁附近的烟气成分和管壁温度。煤粉在燃烧过程中，形成SO2,HCL，NaOH和H2S等腐蚀性较强的物质，对水冷壁产生腐蚀。当水冷壁附近的烟气为还原性气氛时，将导致灰熔点的下降和灰沉积过程加快，从而加速受热面的腐蚀。由于炉内燃烧不均匀，水冷壁附近局部温度增高，使水冷壁壁面温度提高，抗磨损和腐蚀的性能降低。当管壁温度大于300C时，钢管表面腐蚀的速度明显加快，轩岗电厂水冷壁出口壁温在360-390C之间。另外，当含有较多未燃尽煤粉的汽流直接冲向水冷壁时，这股汽流除了造成水冷壁附近的温度升高和形成还原性气氛外，其中的煤粉颗粒将直接冲刷水冷壁，导致水冷壁磨损，并由于汽流中携带着已熔化的灰粒这些灰粒撞击到水冷壁会粘附上去，灰粒中的腐蚀性物质就会很容易地与水冷壁金属表面发生化学反应，引起严重的腐蚀和磨损。1.3进一步对炉膛水冷壁管全面检查，发现炉膛左右侧墙水冷壁在吹灰器区域发生了严重的高温腐蚀，腐蚀区域在燃尽风上方呈倒三角状且向前墙偏斜。高负荷时，送风量低，造成燃烧氧量不足，而且为了降低NOX的排放，燃尽风门开度大，进一步造成燃烧器区域缺氧燃烧，未完全燃尽的煤粉在燃尽风区域继续燃烧，整个燃烧过程中均处于缺氧燃烧状态，在燃尽风上部温度最高。轩岗电厂每台炉配6台中速磨煤机，布置方式为：前墙从下到上依次为A、B、C磨煤机；后墙从下到上依次为D、E、F磨煤机。对于设计煤种，5台磨煤机可满足锅炉MCR工况运行的要求，其中1台备用。因实际燃用的煤种与设计煤种偏差较大，机组满负荷时，需要6台磨煤机同时运行。在负荷降低时，优先停运F磨煤机。由于二次风箱内部积灰的影响，即使时相同的二次风门开度，也将导致二次风量的偏差。当前后墙的燃尽风碰撞后，未燃尽的煤粉冲向两侧水冷壁，导致煤粉在水冷壁附近燃烧，产生较高的温度和煤粉冲刷水冷壁，以及腐蚀性气氛的形成，使得水冷壁更易受到腐蚀和磨损。综上所述，水冷壁管壁上迎火面形成的冲刷平面为高温腐蚀和吹灰蒸汽、煤粉颗粒冲刷综合作用的结果。管壁表面的氧化膜在含硫气氛中被破坏变得疏松，易于开裂和脱落，在吹灰蒸汽和煤粉颗粒的冲刷下脱落露出新的金属基体，新的基体没有氧化膜的保护，更易被氧化和腐蚀，如此腐蚀和冲刷反复交替进行，大大加快了管壁减薄的速度，在管壁上形成冲蚀平面。2处理方法2.1对炉膛吹灰器启吹角度、启吹距离及减压阀后压力进行调整，并对吹灰器疏水管道进行改造。经过进行反复的试验，将吹灰器进行以下调整后对吹灰效果无明显影响：（1）启吹距离由50mm调整为70mm；（2）吹灰器减压阀后压力由0.8MPa调整为0.5MPa；（3）启吹角度全部调整为与螺旋水冷壁管的轴线平行。（4）将原疏水管道由水平布置改为具有一定的倾斜度的布置方式。2.2根据机组排烟温度、减温水量等参数变化，重新制定吹灰方案，调整吹灰器运行方式，减少吹灰频率，特别是两侧墙吹灰器，以减少受热面的吹损程度。吹灰过程是用一定量的蒸汽能量消耗来改善受热面的清洁程度，以提高换热效果，吹灰周期较短即吹灰次数较多，会影响受热面的寿命，并带来不必要的能量消耗，但吹灰周期过长，又会使排烟温度升高，使运行经济性变差。因此根据锅炉运行情况存在一最佳吹灰周期。从试验结果可看出，炉膛吹灰后，排烟温度略有降低，但变化不大，炉膛水冷壁结渣较少，吹灰前后效果不明显。后经过多次试验，将吹灰器运行方式确定如下：将炉膛吹灰器编为单、双号，首先进行单号吹灰，间隔3天后对双号进行吹灰，再间隔三天后对单号进行吹灰，依次循环进行。另外，根据机组排烟温度的变化，间隔一段时间以后视机组运行情况需要对炉膛进行全面吹灰。2.3进行燃烧调整试验：（1） 高负荷时，维持省煤器出口氧量在3—3.5%之间，保证炉膛内部富氧燃烧。为了保证测量的准确性，在省煤器出口左右侧各增加一个氧量测点。（2） 维持二次风箱与炉膛差压在0.4-1.1Kpa之间。（3） 外二次配风由均等配风改为U型配风。（4）进行冷态空气动力场试验，测定一次风速、二次风速。2.4使用高温喷涂防腐防磨技术，在表面涂防蚀防蚀合金等物质。在水冷壁易发生腐蚀的区域喷刷防蚀涂料、喷涂防蚀耐磨合金，可有效预防水冷壁高温腐蚀。国内早已广泛采用的铁铭铝合金丝及高铭镍合金丝的技术水平及成本都完全能满足预防水冷壁高温腐蚀的需要。3结束语火电厂生产过程