摘要：循环流化床锅炉水冷壁爆管一直是用户最头疼的问题，导致其爆管的原因也较多，本恩主要介绍了本厂300MWCFB三次典型锅炉水冷壁泄漏事件经过和原因分析及预防措施
关键词：300MWCFB；水冷壁；泄漏；处理及预防措施
0 引言
目前，国内已建成投产的300MWCFB机组已达数十台之多。然而锅炉频繁发生泄漏事件一直困扰着各位生产及设备管理人员。鉴于循环流化床锅炉独特的燃烧及换热特性（即停炉后大量的循环物料和极大的蓄热能力），一旦发生锅炉泄漏事件，尤其是炉膛水冷壁泄漏，将导致主床的物料受潮板结，清理板结的物料将耗费大量的人力和劳力，无形中延长了检修工期，给各个发电厂带来极大的经济损失。通过本厂两次水冷壁泄漏事故发生和处理方法，希望更多的生产及设备管理人员更全面的了解CFB锅炉，从此次事件中吸取经验和教训。
2009年红河发电两台锅炉在不到半年的时间内发生两次几乎完全的锅炉泄漏事件，分别是2009年2月29日2号锅炉炉膛水冷壁泄漏、2009年5月6日1号锅炉水冷壁泄漏事故和2009年6月5日2号锅炉炉膛水冷壁泄漏。三次锅炉泄漏事故现象几乎完全一致，处理方法也几乎完全一致。暴露出两台锅炉存在共同的安全隐患和构成泄漏的共同因素。
1 系统概况
云南大唐国际红河发电有限公司一期工程安装两台300MWCFB机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂引进法国ALSTOMJ技术生产的HG-1025/17.5-L.HM37型循环流化床锅炉，该锅炉系亚临界参数、单汽包、自然循环、单炉膛、平衡通风、半露天岛式布置。锅炉主要是由炉膛，高温绝热分离器，自平衡“U”形回料阀、外置床和尾部对流烟道组成。锅炉结构为单炉膛、裤衩型双布风板、带外置床式结构，燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁并加延伸墙式水冷壁全密封结构，炉膛宽度15.051m，深度14.703m，高度35.5m。水冷壁管根材质为20G，前后墙共344根、左右墙共336根 由φ57×5.6水冷壁管组成、管间节距为87mm。水冷壁延伸墙规格为φ63.5×6.6 材质为20G，延伸墙共36片，每片延伸墙由六根水冷壁管组成，左右墙各为六片，前后墙各为十二片，左右侧每个分离器入口下方各有三片延伸墙。
2 事故经过
2号锅炉10点36分 2号锅炉炉膛负压突升至1728Pa，锅炉水位由-1.48mm突降至-129mm，给水流量由590t/h突增至890t/h，给水量比蒸汽量大300T以上，左侧上部床温明显有下降趋势，#2引风机静叶挡板开大，凝汽器水位下降，2号机组降负荷，主汽压力从16.67MPa降至8.2MPa运行30分钟后，给水量与蒸汽量依然大200T左右，判断锅炉水冷壁管泄漏。汇报中调，11时36分中调令2号机组滑停，13时33分2号机组打闸、2号发电机解列。
1号炉炉膛负压突然升至2432Pa，锅炉水位由-4.8mm突降至-360mm，给水流量由787t/h突增至1052t/h，给水量比蒸汽量大429吨，炉膛右侧下部床温明显有下降趋势，左、右侧上部床温也有不同程度的下降，两台引风机静叶挡板开大，凝汽器水位下降，就地检查未发现泄漏点，四管泄漏装置未发生报警。1号机组降负荷，主汽压力下降汽包水位不能维持，给水量与蒸汽量偏差依然较大，判断锅炉水冷壁管泄漏。汇报中调，23时41分中调令1号机组打闸停机，1号发电机解列。
运行人员监盘发现2号炉炉膛负压突然增至1910pa，锅炉水位由-9.12mm突降至-302mm，给水流量由996t/h突增至1175t/h，给水量比蒸汽量大275T以上，炉膛下部床温无明显的变化，但汽包水位无法维持正常水位，两台引风机静叶挡板开到最大，凝汽器水位下降，现场外部检查未发现泄漏点，四管泄漏装置未发生报警。1号机组降负荷，主汽压力下降汽包水位不能维持，给水量与蒸汽量偏差依然较大，判断锅炉水冷壁管泄漏。汇报中调，20时11分中调令2号机组打闸停机，2号发电机解列。
3 爆管事件发生时现象及引起泄漏原因分析
3.1现象和特点
从以上三次典型的水冷壁泄漏事件泄漏部位和表征特性来看，有着其几乎完全相同一致：都是密相区过渡段水冷壁（缓冲台上方不到500mm范围内）管子一或两根发生泄漏，但泄漏点爆口非常小，大约0.5mm左右小眼；炉膛顶部水冷壁（和下部发生泄漏管子为同一根水冷壁管）发生一个大约12至20mm左右的一个大爆口，距离该爆口左右1米以内有胀粗现象；锅炉爆管泄漏前至3天以内给水流量均有10到20吨左右的增加，其他各参数几乎都不发生不变；锅炉发生爆管是水位无法保持，炉膛发生超压报警，引风机静叶全开，炉膛下部床温变化不明显，汽温和汽压下降较快。
炉膛顶部水冷壁管发生爆管泄漏是引起锅炉给水流量突变的直接原因，在顶部发生泄漏之前，下部水冷壁（密相区过渡段水冷壁）已经发生泄漏，由于其漏量不大未引起除给水流量的其他参数发生变化，锅炉继续运行，正是由于该下部水冷壁发生泄漏，水冷壁上部和顶部由于冷却介质不足，发生局部超温过热胀粗，最终引发顶水冷壁爆管泄漏，爆口面积较大，所有泄漏量较大，汽包水位下降较快，但是由于顶部泄漏的炉水几乎接近饱和，且相对炉膛底部位置较高，炉水在炉内下降的过程中被加热，而多数温度测点均布置在下部，所以下部温度变化不大。随时泄漏时间的增长，炉膛温度也开始下降，最终引发停炉检修。
3.2水冷壁管磨损机理
锅炉水冷壁管的磨损主要集中在三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛四周角落区域管壁的磨损；不规则区域管壁的磨损。
在引起磨损的各因素中烟气速度对CFB锅炉炉内磨损影响最大，研究表明，流化床内磨损程度与烟气速度之间存在公式所述的关系，其中磨损量与烟气流速的3次方成正比。
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式中 δ——磨损量；
H——飞灰磨损特性系数；
N——壁面的耐磨系数；
u——烟气中的飞灰浓度；
Ψ——飞灰撞击壁面的频率；
W——烟气流速；
βw——飞灰流速的不均匀系数；
βv——飞灰浓度的不均匀系数；
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——锅炉运行时间。
内循环物料进行受力主要受三个方面的作用力：即粒子本身的重力，烟风流动时对粒子向上的曳引力以及粒子与粒子之间在运动时互相撞击的摩擦力。当粒子本身的重力和粒子之间的摩擦力之和，大于烟风流动对粒子向上的曳引力时，该粒子就会下降。从中心向四周飘移的粒子在本身重力的作用下，沿着水冷壁管外表面向下滑动（有许多资料介绍向下流动的物料叫贴壁灰），在向下滑动的过程中和水冷壁发生碰撞，从而产生磨损。
炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损原因：一是沿炉膛内壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷，对水冷壁管产生磨损；另一个原因是在过渡区域内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，在局部产生涡旋流，对水冷壁管产生磨损。
炉膛四周角落区域管壁的磨损原因是角落区域内壁面向下流动的固体物料密度比较高，同时流动状态也受到破坏。
不规则区域管壁（如温度计、差压计等处穿墙管等）的磨损原因主要是不规则管壁对局部的流动特性造成较大的扰动。
3.3 原因分析
引起三起相同的水冷壁泄漏停炉的根本原因是下部水冷壁先发生泄漏，而引起下部水冷壁发生泄漏的原因就非常之多：
1）密相区过度段缓冲台上方不到500mm范围内水冷壁管是炉膛所有位置磨损最为严重的地方之一，运行中炉内物料在缓冲凸台上自然堆积，形成软着陆区，承受贴壁下行物料的冲刷，对此处水冷壁管、护板以及耐磨耐火材料都起到了一定的保护作用，但是下降的物料在被缓冲降速时击起部分物料，反溅起来的物料不断冲击该段水冷壁，从而磨损下部水冷壁，严重时引起泄漏。
2）过度区水冷壁与延伸墙水冷壁形成90度夹角布置，延伸墙水冷壁鳍片和水冷壁管焊接连接，局部咬边或相对位置不规则时，磨损加剧，同样由于设置了延伸墙水冷壁，贴壁下降的物料较其他位置浓度明显增加，水冷壁磨损也较其他位置相对严重。
3）由于缓冲凸台是有由耐火耐磨浇注料浇筑而成，这就对浇注料的性能和施工工艺提出了较高的要求，一旦某一位置浇注料发生损坏或脱落时，下降和上升过程中的物料对水冷壁管冲刷更为严重，极易发生泄漏爆管。而每次停炉只能采取局部修补的方法，而新、旧浇筑料结合性不好不能从根本上解决浇筑料脱落问题，是导致此次爆管的原因之一。
4）由于2号机组在09年3月份发生3、4号分离器中心筒（右边两个分离器）脱落，1号机组在5月份也发生4号分离器中心筒脱落，造成炉内右侧回料较少，使炉内风压偏向左侧，左侧炉膛内物料浓度加大远远高于右侧，而左前侧分离器中心筒半脱落加大了分离器入口流速，进一步加剧了左前侧水冷壁管磨损。
5）运行调整不当，其一是给煤线#1落煤口给煤量过大炉内给煤不平衡使炉左前侧物料增加，其二是炉膛一次风压和内、外二次风量配比不合理，易把物料推向两侧墙，加剧两侧墙水冷壁管的磨损。
4 处理及预防措施
总结和分析导致三次事故原因，为避免今后再次发生此类爆管事故，今后必须加强防磨防爆的管理工作并采取以下防范措施：
1）确定逢停必检项目，坚持“逢停必查、查必查全”的原则，利用一切机会扩大受热面防磨防爆检查，进一步完善四管泄漏管理实施细则，检查部位要落实到人。
2）加强对受热面的监督力度，尤其是对水冷壁鳍片要做重点检查，鳍片要光滑无突起部位，与管子接头焊口打磨光滑，消除管排缺陷引起局部磨损。
3）恢复分离器中心筒，保证分离器中心筒正常工作，保证正常物料循环的建立和物料平衡保持，消除局部物料浓度不均。
4）对密相区过度段水冷壁进行让管防磨改造，水冷壁锥段防磨结构由“软着陆”改为“让管防磨”的问题，增加翼墙与水冷壁之间的灰流道的宽度，有助于降低角部的灰浓度，达到降低磨损的目的。将防磨结构由“软着陆”改为“让管防磨”。其难点主要在于水冷壁延伸墙与水冷壁相交处的结构处理，该改造可分为两部分：一部分是常规平面区域的让管防磨改造，另一部就是翼墙与水冷壁的交界处的防磨结构处理，对于常规平面区域的让管防磨改造，采用右图改造方式进行，其特点是：通过耐磨浇注料来防止物料直接磨损水冷壁管排，能有效保护水冷壁磨损。
5）调整一、二次风量的配比，尤其是内、外二次风的配比，防止发生因内二次风量过大后，使物料推向两侧加剧水冷壁管磨损的情况发生，并对密相区水冷壁敷设的浇注料全面修复，防止发生浇注料脱落时物料直接冲刷水冷壁管。
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6）有效调整给煤量的配比，尤其是刮板给煤机1、3号给煤点的给煤量，确保前、后侧给煤均匀，防止因炉内局部燃烧激烈引起物料浓度不均匀，造成炉内局部磨损加剧现象的发生。
5结语
通过锅炉水冷壁防磨改造与治理，锅炉水冷壁磨损速度能够有效减缓，泄漏次数明显减少，机组安全稳定性得以提高。循环流化床锅炉特性决定了受热面必然存在磨损，而锅炉水冷壁管磨损是锅炉受热面磨损最严重的部位之一，通过对以上三起水冷壁泄漏事件的介绍，希望能为同类型的循环流化床锅炉在防磨治理提供帮助和借鉴。
参考文献：
[1]杜伊祯 钱自雄 王海豹.循环流化床锅炉受热面磨损防治措施 热力发电[J]，2009.
作者简介：
钱自雄（1977.08），男，云南省陆良人，工程师，主要从事300MW循环流化床锅炉检修、维护方面管理工作。
论文作者:钱自雄
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：水冷论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 磨损论文; 物料论文; 发生论文; 水位论文; 《电力设备》2019年第21期论文;