摘要：锅炉水冷壁管的使用条件通常比较恶劣,水冷壁管是否安全稳定的运行直接关系到机组的经济效益,而因各种失效因素导致的停炉换管事故时有发生,严重影响了锅炉的安全稳定高效运行。本文通过分析常见的锅炉水冷壁的失效方式，提出了下一步的预防措施。
关键词：锅炉 水冷壁 失效分析 防护措施
水冷壁作为锅炉的最主要受热面之一，其主要作用为吸收燃烧室的辐射热，使水受热而产生饱和蒸汽，保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏，同时还起到降低炉膛出口烟气温度和悬吊炉墙的作用，所以水冷壁运行安全的重要性不言而喻。
热电分厂共有8台锅炉，其中5台为高温高压、单炉膛、单汽包、自然循环、四角切圆燃烧方式、π型结构布置220t/h煤粉锅炉，3台为高温高压、单炉膛、单汽包、自然循环、π型结构布置循环流化床锅炉，生产方式为热电联产，担负着为氧化铝生产供热、供汽的任务，一旦发生故障停炉，都会对生产造成严重影响。在故障停炉中，大部分是因为水冷壁失效。
1、水冷壁失效的原因
由于燃烧系统的波动，锅炉运行工况经常变动，壁温波动引起的交变温度应力会产生疲劳破坏。在具有膜式水冷壁的炉膛中，相邻管子间的壁温差一般不宜超过50℃，否则过高的热应力将引起焊缝撕裂。在受热面承受很高热负荷的情况下，若管内工质的质量流速不够高时，就有可能出现沸腾传热恶化现象，将导致壁温急剧上升而遭受过热变形损坏。水冷壁受热面管子一般选用20#钢，其适用壁温≤480℃。否则，力学性能得不到保证，还会产生高温氧化破坏。除了金属温度所引起的破坏之外，水冷壁受热面还会经受由于水垢沉积，导致传热不良而引起破坏以及外壁的腐蚀破坏，磨损破裂等。水冷壁受热面的正常运行与锅炉的结构特点，特别是锅炉水循环工况，炉内空气动力场及其燃烧工况以及燃烧室的热负荷关系极大。产生上述破坏的原因与锅炉的运行工况和结构设计密切相关。具体是指：
1.1锅炉启停工作不符合要求
锅炉进水时，水温或进水速度不符合规定；启动时，升压、升温或加负荷速度过快；停炉时，冷却过快，放水过快。这些都会导致炉内水冷壁管冷热不均，产生热应力，轻则导致水冷壁管产生裂纹等缺陷，重则会引起水冷壁管拉裂，从而导致锅炉水冷壁管失效。
1.2水循环破坏
锅炉长时间低负荷运行，定期排污量过大且时间过长，燃烧控制不好或炉内严重结焦等， 都可能使水循环遭到破坏，造成膜态沸腾，使传热恶化，引起管子金属过热、蠕胀加速而爆破。还有的锅炉在大修时对水冷壁化学清洗后，未将清除下来的铁锈清理干净而堵塞在管中，造成管内工质循环不畅，管壁超温而引起水冷壁爆管。
1.3管内结垢腐蚀
炉水质量差，水冷壁管内部结垢，影响传热，使管壁温度升高、承压强度降低，以致产生鼓包甚至爆管，同时，结垢处易产生垢下腐蚀，造成泄漏或爆管。锅炉停炉备用时，保护性措施不到位，也容易产生氧腐蚀。腐蚀也主要发生在热负荷较高、应力较集中的水冷壁管内。如靠近喷燃器区域、燃烧带上下部的管段、对接焊缝等热负荷和应力高的部位。
1.4高温腐蚀
当燃料中含硫量较高，水冷壁管的壁温高于300℃，一次风煤粉火焰直接冲刷水冷壁管，局部缺氧呈还原性气氛。当CO含量0.9-4.9%，H2S>0.01%时，高温腐蚀不可避免。火焰冲墙和还原性气氛的存在是造成水冷壁高温腐蚀的主要原因。水冷壁管发生高温腐蚀的区域通常多在燃烧高温区，即局部热负荷较高，管壁温度也较高的区域，如燃烧器区附近和冷灰斗处区域。发生高温腐蚀的管子向火侧迎火面的腐蚀速度最快，管壁减薄量最大。在降低烟气氧含量采用低氧燃烧或为降低NOx而采用二次燃烧时，更要注意水冷壁烟气侧高温腐蚀。
1.5管壁磨损
水冷壁磨损主要是风粉物料流冲刷磨损。
一次风粉混合物喷进炉膛时，如果喷燃器安装角度不恰当、设计切圆过大、喷嘴在运行中烧坏或变形等，都会使煤粉气流冲刷水冷壁管，引起管壁磨损减薄，甚至泄漏。
1.6制造、安装或检修质量不良
管材质量不良或管子钢号用错；管子焊口质量不合格；弯管不符合要求使管壁减薄，管子受热后不能自由膨胀，都会引起爆管事故。
1.7结焦严重，打渣不及时会造成大块焦渣崩落，砸坏冷灰斗水冷壁，导致管子泄漏。
2、水冷壁管爆管的预防措施
2.1改进、调整好燃烧系统及其运行工况，防止火焰偏斜，扑向炉壁,加剧管壁的磨损。
2.2应加强化学监督，保证良好的汽水品质。严格控制各项指标及排污操作规范，一旦水质不合格，务必加强锅炉的排污，特别是定期排污。
2.3 加强燃煤管理，做好配煤均化工作，有条件的可预先将燃煤进行反洗，减少含有较多腐蚀性矿物质如高硫或高碱金属的煤进入锅炉。
2.4采用渗铝钢或热喷涂方法提高水冷壁管的抗腐蚀能力，在易吹损部位进行防磨喷涂处理。
2.5必须定期对炉膛进行吹灰，制定合理的吹灰程序、参数和吹灰周期，防止受热面结焦，同时要防止吹灰器故障卡涩无法退出引起的蒸汽对部分管子长期冲刷引起泄漏。
2.6锅炉的喷燃器必须对称投入，保持燃烧均匀，改善贴壁气氛。加强运行管理，严禁锅炉超负荷运行，增减负荷要严格按照规程要求执行，严禁出现汽温、汽压突升、突降的现象发生。
2.7对水冷壁高热负荷区，应关注氧化皮的形成、管径胀粗情况，按要求进行定期割管检查。
3、水冷壁管的检验重点
水冷壁管子应先把渣焦铲干净，然后重点检查以下内容：
3.1高温区定点测厚；燃烧器周围和热负荷较高区域水冷壁管、冷灰斗区域水冷壁管、折焰角区域水冷壁管、炉膛出口处水冷壁管、放渣管等应定点监测管壁厚度和胀粗情况。
3.2水冷壁管结渣、腐蚀、超温、磨损检查；热负荷较高或水循环流速较低区域水冷壁管是否有过热、变形、鼓包、磨损、 高温腐蚀、胀粗、裂纹等缺陷，必要时应增加测厚、胀粗量、变形量、割管和金相检查，特别注意燃烧带附近和冷灰斗处高温腐蚀，循环流化床锅炉进料口、出灰口和炉膛下部卫燃带区域的磨损。
3.3水冷壁被掉焦砸伤、砸扁检查；燃烧器周围、各门孔两侧、放渣口及炉底耐火混凝土与水冷壁管交界处等处是否有碰伤、砸扁、磨损、开裂、腐蚀等缺陷，必要时应增加测厚和变形量测量。
3.4顶棚水冷壁管是否有过热、变形、胀粗、磨损等缺陷。
3.5折烟角区域水冷壁管的工作特点是烟温高、管路长、阻力大，检查是否有过热、变形、胀粗、磨损等缺陷。
3.6吹灰器附近和炉膛出口处的水冷壁管是否有磨损减薄现象，必要时应附加测厚检查。
3.7检查膜式水冷壁鳍片焊缝开裂情况和严重变形，特别是易因膨胀不畅而拉裂的部位（如水冷壁四角管子、燃烧器喷口和人孔门部位的管子等），固定件是否有损坏、脱落现象。
3.8支吊架、挂钩检查：检查水冷壁拉钩、管卡及膨胀装置，检查管排平整度，间距均匀性。
3.9监视段割管检查：必要时，热负荷高处水冷壁割管进行垢样分析和内壁腐蚀检查。
锅炉水冷壁爆管失效事故严重影响着电厂的经济效益，威胁着机组的安全稳定运行，分析研究水冷壁失效原因，并重点进行针对性的检查，以及从运行、检修方面采取一系列措施将有利于减少水冷壁爆管失效事故，从而保障机组的安全稳定运行。
【参考文献】
［1］郑长绪.火力发电厂汽包锅炉的水冷壁故障[C].中国锅炉压力容器工程进展，1989．
［2］刘素娥，朱自勇.水冷壁管受热面失效分析[J].腐蚀科学与防护, 1999(3)．
［3］余翔，郑志军，高岩.水冷壁管爆裂分析[J].理化检验（物理分册），2007.43（8）.
［4］王春昌等，切圆燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀和结渣部位研究.热力发电，2007（03）.