张林
国电新疆电力有限公司 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：火电厂中的锅炉是将燃料的化学能转换为热能的重要设备，锅炉“四管”作为锅炉本体的主要受热部件，长期在高温、高速烟气等十分恶劣的环境介质中运行，在服役过程中会发生一系列材料组织与性能的变化，这些变化涉及漏风、蠕变、腐蚀、磨损等多种方式。这会影响锅炉的正常运行并降低其工作效率，甚至会威胁锅炉的运行安全，这就需要针对其常见问题和原因采取相应的检修技术进行处理。
关键词：火电厂；锅炉；受热面；检修
前言
依照受热方法的不一样，我们通常能把锅炉的受热面分成四种，它们分别是水冷壁、过冷器、再热器和省煤器，而在实际工作当中我们常常把这四种统一称之为锅炉的“四管”受热面。就实际而言，造成爆破泄露的原因是多方面的，不仅包括其自身材质差以及自身的制造存在一定缺点和检修方面不合格，还有一个重要原因就是锅炉的“四管”管壁温度比较高，受热面膨胀不畅而致使拉裂甚至飞灰磨损等等都会以直接或者间接的方式致使受热面爆破泄露。
1 锅炉受热面的作用以及组成
1.1水冷壁
水冷壁一般布置于炉膛四周，紧贴炉墙形成炉膛，接受炉内火焰和高温烟气的辐射热。水冷壁的主要作用有：强化传热，减少锅炉受热面面积，节省金属消耗量；保护炉墙，减少熔渣和高温对炉墙的破坏作用，装设水冷壁后，炉墙的内壁温度大大降低，因此炉墙的厚度可以减小，重量减轻；对于敷在水冷壁管子上的炉墙，水冷壁也有悬吊作用。
1.2过热器
过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽。过热器根据它所采用的传热方式分为对流过热器、半辐射过热器（屏式过热器）及辐射过热器，目前的大型电站中通常采用上述三种型式的串级布置系统。过热器工作环境恶劣，在“四管”泄漏中，过热器管失效频率最高。
1.3再热器
再热器类似过热器，用于提高蒸汽温度，目的是提高蒸汽的焓值，最后提高电厂热力循环效率。在受热面中，再热器和过热器是工作温度最高的受热面，而再热器内流动的蒸汽压力比较低，一般为过热蒸汽压力的 20%左右。而且其中蒸汽的流速比较低，导致再热器管壁的放热系数很小，对管壁的冷却能力较差，管外又是高温烟气，使得再热器管壁温度内外温差比较大，同时工质的比热容小，再热器对热偏差比较敏感，容易超温。
1.4省煤器
省煤器是利用锅炉尾部的烟气热量加热给水的热交换装置。由于省煤器区域烟气流速高，灰粒坚硬，磨损问题很突出，因此，在设计中需要重点考虑灰粒磨损的保护措施。
2 火电厂锅炉受热面的常见问题与解决措施
2.1锅炉漏风问题
锅炉漏风包括空预器漏风、炉膛漏风、制粉系统漏风和烟道漏风。锅炉在运行时，其炉内一般情况下处于微负压环境，比外部的大气压力低，主要为了防止出现锅炉向外面吐灰、喷火、冒烟等。因为上述情况的存在，从锅炉的许多部件，比如炉门、烟道、炉墙、看火孔等部位均能进风，导致漏风点温度交替变化。热疲劳是由于管子局部区域温度的交替变化，导致交变的热应力而引起裂纹的产生，直至破裂。
防止锅炉受热面漏风采取主要措施：(1)采用鳍片管代替光管。(2)在检修完成之后,如果需要采用相应的保温材料来进行处理,需对保温材料进行一定时间的保养之后才可使用。(3)在处于高温段的人孔门处增设密封盒和耐火砖。
2.2受热面管子高温蠕变问题
蠕变是金属在恒定应力下发生缓慢而又连续的塑性变形现象，受热面管子的蠕变主要表现在随着高温高压运行时间的增加，耐热钢的组织慢慢发生变化，使钢的强度和屈服点降低，持久韧性下降，脆性增加，钢的强度下降。高温蠕变就是受热面管子随着超温运行时间的增加，管径就越胀越大，慢慢地在各处产生晶间裂纹，晶间裂纹的继续积聚并扩大就成为宏观纵向裂纹，最后以比正常温度正常压力下小得多的运行时间而开裂爆管。
预防高温蠕变采取主要措施：加强受热面管子的清洁度检查，严格控制启停炉速率，在运行中严禁超温运行。
2.3高温腐蚀问题
高温腐蚀主要指的是在高温含硫等烟气环境下在管壁温度较高处所发生的烟气侧金属腐蚀，常见的硫酸盐型高温腐蚀和硫化物型高温腐蚀。(1)硫酸盐型高温腐蚀：硅酸盐中的钾通过置换反应释放出来，与烟气中的 SO3 反应生成硫酸钠和硫酸钾，其露点温度在 877℃左右，炉管表面温度升高至熔点温度时，Fe2O3 氧化膜被复合硫酸盐溶解破坏，导致管壁金属继续腐蚀。(2)硫化物型高温腐蚀：管壁附近呈还原性气氛并存在含量很高的 H2S 气体时，会产生严重的硫化物型锅炉水冷壁腐蚀，而且腐蚀速度与烟气中 H2S 的浓度几乎成正比。
预防高温腐蚀采取主要措施：(1)运行中调整好燃烧，控制合理的过剩空气系数，防止一次风冲刷壁面，使未燃烬煤粉在结焦面上停留。(2)提高金属的抗腐蚀能力。(3)降低燃料中的含硫量。(4)确定合适的煤粉细度。
2.4低温腐蚀问题
一定压力下，烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称“酸露点”，酸露点高于水露点，即烟气在逐渐冷却过程中，硫酸蒸汽比水蒸汽先液化（凝结在管壁上），易于附着在低于酸露点的金属管壁上，由于液态硫酸的蒸发温度高于液态水的蒸发温度，这样就促进了硫酸溶液的浓缩，加剧了受热面的酸腐蚀。这类腐蚀温度较低，故称为低温腐蚀。低温腐蚀的主要特征：受热面发生大面积溃蚀性腐蚀，多发生在低温省煤器和空气预热器管壁上，省煤器的烟温比较低，若尾部有漏风现象，局部烟温更会降低、腐蚀更严重。爆口附近有凹凸不平的腐蚀区、呈拉裂状。金相组织无明显变化，断口处晶粒拉长，为韧性断裂，该腐蚀具有缝隙腐蚀特性。
预防低温腐蚀采取主要措施：(1)提高空预器管壁温度，使壁温高于烟气露点。如提高排烟温度，开热风再循环，加暖风器提高空预器入口温度。此法的优点是简便易行，缺点是锅炉效率降低。(2)在烟气中加入添加剂，中和SO3,阻止硫酸蒸汽的产生。此法的优点是不降低锅炉效率，缺点是增加运行成本，还要清除中和生成的产物。(3)用耐腐蚀的材料制造空预器，如采用玻璃管、搪瓷管或用陶瓷材料制作，防腐效果好，不降低锅炉效率，但成本高，漏风系数大。(4)采用低氧燃烧，减少烟气中的过剩氧，阻止和减少SO2转变为SO3。低氧燃烧可以降低引、送风机电耗，是一项经济价值很高和很有发展前途的技术措施，但低氧燃烧要求锅炉具有完善的燃烧设备和燃烧检测仪表，并且要求运行人员有较高的技术水平。
2.5磨损的问题
磨损是“四管”泄漏中非常常见的一种失效形式，也最直观。主要有飞灰磨损、机械磨损等。(1)飞灰磨损：携带固态灰粒的烟气，以一定流速流过受热面时，灰粒对受热面的每次撞击都会削去微小的金属屑，管壁由于长期磨损而变薄，强度降低，从而引起泄漏事故，磨损性质属于固体颗粒冲蚀，主要磨粒是 SiO2、Fe2O3 和 Al2O3。飞灰磨损受烟气速度、飞灰浓度、飞灰磨损性能、锅炉结构的影响，一般来说烟速高,飞灰浓度大、灰粒硬度大、管排错列布置时磨损较严重。(2)机械磨损：指管子之间以及管子与其他部件之间的磨损，这种磨损十分普遍，由于运行中管排之间膨胀、晃动的方向、幅度、频率不一致，相互贴近的部位就很容易发生磨损，而且磨损速度很快，3～4 年即可磨损 2～3mm，从而造成受热面管子因管壁强度不够而爆管。如果及时检查出来，及时进行调整和换管是可以避免泄漏的。
降低磨损采取主要措施：(1)检查尾部受热面管排平整度及其间距，不应存在烟气走廊及杂物，并着重检查尾部受热面处管排、弯头的磨损情况，必要时测量壁厚。检查护板（阻流板）、防磨瓦等防磨装置应无烧损、松脱、磨穿、变形等缺陷。支吊架、吊杆、管卡等固定装置应无烧坏、脱落。(2)加强入炉煤掺配烧管理,入炉煤煤质应根据锅炉的要求进行选配，以设计煤质为基础，煤质波动范围满足要求，若煤质波动超出规定范围应开展试烧试验，评估对机组运行安全性、经济性及污染物排放的影响。
3 火电厂锅炉受热面检修技术
3.1检查方式
常规检查主要包括“看、摸、测（量）”等手段：(1)看：观察和查看，它是防磨防爆重要的检查方法之一。由防磨防爆人员借助“手电筒、安全行灯”一类的照明工具用眼睛或借助放大镜观察，直接对受热面管子外表进行全面的宏观检查，记录管子表面的情况：有无鼓包、胀粗、刮伤、腐蚀、磨损和表面裂纹等现象。(2)摸：通过观察无法直接判断的部位以及视线看不到的部位，可通过触摸来感知管子表面的情况和缺陷的类型，依据多年检查积累的经验加以识别判断，及时提出意见， 采取措施加以处理或做进一步的检查。“摸”是检查人员在检查中无法看到或无法全部看到情况下的一种补充手段，它可使被触及到的管子缺陷暴露出来，是检查人员必备的一种技能。(3)测（量）：“测”就是利用卡尺、卡规、超声波测厚仪、光谱仪、焊缝尺寸检测仪、氧化皮测量仪等测量工具、仪器对受热面管子的壁厚、直径、材质、焊缝质量、氧化皮情况等进行实地测量、检测。
3.2重点检查部位
坚持“逢停必查”。锅炉停运超过3天时间，必须有针对性地安排锅炉防磨防爆检查工作，重点检查同类型电厂受热面发生泄漏或发现缺陷部位，多处发生泄漏部位以及上次检查有缺陷而未处理的项目，运行中锅炉超温超压部位。吹灰器周围管子，烟气走廊处管子及其弯头，管夹处管子，穿墙处管子，喷燃器周围的水冷壁让管处管子，水平烟道与尾部烟道联接处管子，炉墙、看火门、人孔门可能有漏风的区域。对超温管段和运行时间接近金属监督规程要求检查时间的管段，应割取管样进行试验，以确保其剩余寿命。对于运行超过 30000 小时的夹持管，重点检验弯头部位氧化皮堆积。掺烧高灰分煤锅炉，应针对性地做好重点部位的冲刷、磨损等检查；燃用钠、钾、硫等含量较高煤种的锅炉，应针对性地做好重点部位的腐蚀、结焦等检查。
3.3检修技术
受热面检修作为核心的工作,需要有目的、有针对性的展开,争取最快解决问题,完成检修工作。检修中要做好设备台账管理，记录缺陷处理，内容包括：炉号、检修部件及日期、缺陷具体部位、管子规范及材质、缺陷详细描述、处理情况、原因分析、遗留问题及意见、检查及处理人与验收人等。检修时拉弯的管排必须恢复原位，原有的管架、定位装置必须恢复正常。出列的管子应检查原因，向外鼓出超过管径时应采取措施，并拉回原位。吹灰器吹扫区域管子、尾部烟道两侧管排的防磨罩和中隔墙、后墙处的防磨均流板应结合停炉进行检修，凡脱落、歪斜、鼓起、松动翻转、磨穿、烧损变形的均更换处理。检修中应彻底清除残留在受热面上的焦渣、积灰以及遗留在受热面的检修器材、杂物等。加强锅炉本体、烟道、人孔、看火孔等处的堵漏工作，同时消除漏风形成的涡流所造成的管子局部磨损。
4 锅炉受热面常见问题的防治措施
4.1检修策略的风险决策以及经济情况的分析
现阶段我国国内火电站对锅炉受热面检修以及预测安排方面不够充分，将对检修的分析转变成经济价值的相关分析是有效指导火电站展开检修，进一步增加经济效益的基本条件。总的而言，对于锅炉受热面的检修方案应该包含以下几方面的内容及要素：第一，依据火电站锅炉运行实际方式进行安排，预测锅炉受热面的泄露概率以及破裂概率；第二，估算检修的相关费用。
4.2做好脱硫以及降氧含量工作
为了减少燃料中的硫成分来对三氧化硫等硫化物的含量进行控制，首先就需要在对燃煤进行采购时尽量选择含硫量比较低的煤种。其次就是在电厂中对燃煤进行预处理时提前进行燃煤的脱硫处理。再次就是为了实现对三氧化硫含量的控制，就需要对氧气含量进行控制，来确保燃料燃烧所产生的二氧化硫由于缺少氧气而无法转换为三氧化硫。而且对于氧气含量的控制还可以降低露点温度来对低温腐蚀问题进行有效预防。最后面就是对锅炉运行情况进行优化，在空气系数超标之后及时调整，改进燃烧技术来确保燃煤与空气的充分接触和充分燃烧。
4.3提升尾部受热面壁温
为了降低硫酸雾气对尾部受热面低温腐蚀的概率，可以采取提高尾部受热面壁温的方式，确保其温度超过雾气露点。但是不能因此而无限制的提高受热面壁温，通常需要将其温度控制在超出烟雾露点温度5~10℃左右最佳。此外，可以通过使用添加剂的方式来预防低温腐蚀问题，比如通过碱性物质的使用来对其中的酸性物质进行中和，或者是通过加入能够与氧气发生反应的物质来减少氧气含量。但是需要对此物质添加位置进行合理控制，避免对正常的锅炉燃烧造成干扰。比较常用的添加剂就是镁石以及白云石等以及氯化镁水溶液和氮气等。但是在对此种方式进行应用时需要对应用环境加以注意并避免对正常燃烧情况造成影响。
4.4采用抗腐蚀材料
针对火电厂锅炉尾部受热面容易出现低温腐蚀的部位，可以通过具有较高抗腐蚀材料的应用来对这些部位的抗腐蚀情况进行改善。比如可以对空气预热器中的普通材料采用抗腐蚀材料进行替换，还可以实现烟温的提升来预防低温腐蚀问题。
4.5积极推广应用新技术、新方法，提高检查实效性。
过热器和再热器可采用锅炉管寿命评估系统进行检验。加强和推广磁记忆检测技术应用，消除应力撕裂缺陷。采用节流孔拍片、内窥镜检查、加装临时壁温测点等手段解决超（超）临界直流锅炉水冷壁、过热器、再热器易堵塞爆管问题。应用不锈钢内壁氧化皮测量、铁磁性材料管内壁拍片等技术检测超（超）临界直流锅炉钢管蒸汽侧氧化皮剥落、沉积情况。应用超声波检测技术对异种钢小径管接头进行检验，提高金属检测的缺陷检出率和工作效率。加强对缺陷的定性、定量、成像检测方面的技术研究，利用TOFD、相控阵、合成孔径成像检测等新技术提高联箱和主蒸汽管道、再热蒸汽管道的检验水平。
4.6检修队伍的资质审查
火电站锅炉受热面的检修工作成效除了和相关的检修技术以及设备有关以外，还和检修的工作人员有关。因此，我们甚至可以说，检修人员的综合素质和专业技能高低直接决定着火电站锅炉受热面检修工作的成效，所以，如果我们想有效提升这项工作的实效性，不仅要在技术和策略以及相关设备选取上重点考虑，还应该提高其相关检修作业人员的素质。一方面，在实际工作中要严格审查相关工作人员的工作资质，对没有工作资质的人员一律不予聘用，禁止一些走后门和托关系的检修队伍和个人进行这项工作；另一方面，对检修队伍还应该展开相关知识和技能的考察。
结语
针对火电厂锅炉受热面容易出现的漏风、高温蠕变、磨损以及腐蚀等问题，在对其原因进行分析之后，提出了相应的检查方式和检修技术，还有应用新技术、新方法，提高检查实效性。在锅炉日常运行中，通过脱硫以及降氧含量、提高尾部受热面壁温以及运用添加剂、采用抗腐蚀材料等方式来对常见问题进行预防，提高火电厂锅炉运行的安全性和可靠性。
参考文献
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[2]李亚坤.火电厂锅炉尾部受热面低温腐蚀影响因素及防护措施[J].科技创新与应用，2016（15）：125.
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