摘要：本文论述了大型火力发电厂锅炉水冷壁横向裂纹产生的原因和对发电厂经济性的影响，并从技术和管理方面提出防范措施和建设性意见。
关键词：四管泄漏；水冷壁；横向裂纹；设备改造
一 前言
江苏阚山发电有限公司两台600MW机组锅炉是由哈尔滨锅炉厂引进日本三菱技术生产的超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、M-PM低氮燃烧器，四墙切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统方式。水冷壁下集箱每根引出管均对应安装有不同孔径的节流孔圈，用来调节各回路水冷壁管中的流量，以保证水冷壁出口工质温度的均匀性。每侧墙布置有103个节流孔圈，四侧墙共计有412个节流孔圈。
二 实施背景
火力发电厂锅炉“四管”（省煤器、水冷壁、过热器和再热器）的漏泄是造成发电设备可靠性差的一个主要因素，据相关数据统计锅炉四管漏泄造成机组非计划停运占火力发电机组非计划停运48%左右，由此造成的损失也很大。可见防止锅炉四管漏泄是提高火力发电机组可靠性的需要，通过对四管漏泄原因及防止措施的分析与研究，根据发电厂实际情况制定了严格的防止锅炉四管漏泄措施，予以实施之后，锅炉四管漏泄现象明显减少，为发电厂带来了可观的经济效益。
三、防止水冷壁横向裂纹创新与实践
自机组投产以来，因锅炉四管泄漏原因导致的非计划停运35次，其中因水冷壁泄漏导致的非计划停运25次，占四管泄漏总数的71.42%，经检查确认水冷壁泄漏中大多数是由于水冷壁横向裂纹导致。
大型机组每发生一次非计划停运，调度考核、电量损失、检修费用、启停等各项损失将超过600万元，严重影响企业的经营状况和盈利能力，同时也会对企业声誉造成不良影响。
经与江苏方天金属实验室进行材质及金相分析，阚山电厂锅炉43米-48米标高的区域，水冷壁向火侧管壁存在大量垂直于管子轴线的横向裂纹，裂纹最大深度达2.0mm，表明该区域向火侧水冷壁存在较大的交变轴向热应力，该应力主要由管壁的温度交变引起，由交变热应力引起沿水冷壁横向发生的裂纹称为水冷壁横向裂纹。
以前锅炉受热面泄漏只是被动的进行抢修换管，而水冷壁横向裂纹的隐患没有引起足够的重视，没有主动查找问题解决问题。通过对水冷壁工质膜态沸腾的原理、结合横向裂纹的成因分析发现，如能在机组运行期间，有效改善管内水动力特性，降低水冷壁管壁温度，破坏膜态沸腾换热，降低炉管交变热应力，减少管材热疲劳，能对抑制横向裂纹的产生有积极的作用。
通过改变管理思路，建立健全管理机构，制定奖惩制度，优化运行调整方式，设备改造等多方面下手，由被动防御转变为通过设备改造和运行优化调整，防止水冷壁横向裂纹爆管目的。
四、防止锅炉水冷壁横向裂纹创新工作的主要做法
防止锅炉水冷壁横向裂纹工作应从减少机组运行期间水冷壁的损伤为出发点，加强金属壁温超温管理，减少金属管材热疲劳损伤，抑制和缓解横向裂纹的发生频次和范围，延长机组长周期运行时间。
（一）成立防止锅炉四管泄漏整治小组
成立了包括生技部、发电部、设备部相关人员的防止锅炉四管泄漏整治小组，制定了《防止锅炉四管泄漏专项管理办法》、《锅炉防磨防爆工作专项措施》，从引发锅炉四管泄漏的各类原因出发，在运行方式、设备检修，金属监督、热控测点保护、水汽品质监督及备品备件的采购和验收等多方面把关，从根本上避免四管泄漏诱发的原因，目前已取得了一定的效果，后续措施将继续进一步的完善。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（二）修订公司生产奖惩制度和锅炉防磨防爆专项奖惩制度
为解决水冷壁横向裂纹频发的问题，阚山电厂转变思路，从管理制度入手，重新修订《防磨防爆专项奖惩制度》，使其更合理，更有操作性，大家的努力得到了认可和回报，积极参与锅炉防磨防爆工作，机组连续运行周期越来越长，机组非计划停运次数大幅下降，
（三）查找管理方面的不足，明确责任
积极改变工作思路，从管理方面找不足，采用更加合理的运行方式、在小指标竞赛中加入对受热面金属超温的考核比重，加强对受热面吹灰器运行情况的检查和维护、采取防止水冷壁金属超温措施等多个方面开展工作，找到四管泄漏的真正原因，努力提高技术管理水平。
（四）拓宽技术管理思路，优化锅炉水冷壁原始设计布置
针对锅炉水冷壁节流孔尺寸大小、布置位置与运行有偏差，水冷壁存在局部高温的问题，积极与哈尔滨锅炉厂进行联系，提供运行中各类参数及变化趋势，共同探讨水冷壁节流装置优化的方案。在锅炉检修期间对节流装置进行了局部的调整优化，机组启动后水冷壁金属壁温趋于合理，大部分壁温呈明显下降趋势，平均下降幅度达30℃左右，相邻管之间的壁温偏差控制在50℃之内。
（五）邀请专家共同深入探讨，寻求解决方案
在机组停运检修期间邀请相关专家到厂，现场查看锅炉受热面布置及水冷壁横向裂纹发生的具体部位和分布情况，就锅炉水冷壁横向裂纹发生的原因及预防措施进行了深入的探讨，大家一致认为锅炉水冷壁横向裂纹的发生是由于长期的金属热疲劳产生，防治的措施主要从减少水冷壁金属壁温大幅波动，避免金属热疲劳着手，并给切实可行的措施和建议，在实际应用中起到了较好的效果。
（六）优化协调控制逻辑，减少壁温大幅波动
针对负荷变动较大时水冷壁金属壁温大幅波动的问题，与上海明华一起开展专题研究，在机组负荷变化时，改善煤水控制失调问题，避免机组负荷、主再热蒸汽温度，金属受热面壁温出现较大幅度波动，既提高机组经济指标，又减少水冷壁管产生疲劳应力。
对机组协调控制系统逻辑进行优化，针对不同负荷机组金属壁温、汽温、压力等参数的变化规律，优化给水流量与给煤量的变化幅度、速率逻辑，既能满足网调机组AGC速率和一次调频要求，又兼顾了受热面金属温度、主再热汽温度及压力变化。
（七）开展精益化煤炭掺烧管理，在掺烧技术及设备升级上下功夫
为提高企业经济效益，进行了经济煤种掺烧，但在煤泥掺烧过程中，制粉系统频繁发生堵煤断煤现象，锅炉热负荷大幅波动造成水冷壁金属温度极易超温，加剧了金属热疲劳。从煤炭掺配源头开始，完善并严格执行清仓制度、原煤仓清堵装置和燃料滚轴筛设备改造及煤场捡拾杂物的措施，输系统堵煤及制粉系统断煤次数呈明显的逐月下降趋势，在保证掺烧比例同时，机组的安全性也大大提高。
五、取得的效果
（一）由水冷壁横向裂纹导致的机组停运情况得到了明显改善
通过对水冷壁横向裂纹频发的原因进行分析，并采取了一系列的有针对性的解决措施，水冷壁泄漏导致的机组非计划停运次数较先前大幅降低，因水冷壁横向裂纹导致的机组停运情况得到了明显改善，减少了由于非计划停运而造成的各项损失，缓解了企业经营压力。
（二）提高了企业声誉，赢得更多合作项目
机组的非计划停运次数大幅降低，提高了机组运行的安全性和稳定性，为企业赢得了较好的声誉，有了良好的企业形象和过硬的技术水平，陆续有多家大型工矿企业到厂洽谈大用户直供电及其它合作项目，为公司开创更多的盈利点。
（三）锅炉侧主再热蒸汽月平均温度出现稳定升高
通过对机组协调控制逻辑进优化及运行方式调整后锅炉侧主再热蒸汽月平均温度出现稳定升高，同比上升3-5度，提高了机组运行的经济性，降低运行煤耗，降本增效。
（四）水冷壁超温明显好转，缓解热应力产生
水冷壁超温时间较以前大幅缩短，超温情况有了明显好转，有效缓解了水冷壁由于高温热疲劳产生的热应力损伤，减缓水冷壁横向裂纹的产生，保证机组长周期安全稳定运行。
论文作者:侯国荣,曹晋鹏,赵利美
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/21
标签：水冷论文; 裂纹论文; 锅炉论文; 机组论文; 横向论文; 金属论文; 温度论文; 《电力设备》2019年第13期论文;