垃圾焚烧电厂锅炉水冷壁失效的原因分析

垃圾焚烧电厂锅炉水冷壁失效的原因分析

王品

深圳市能源环保有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：近年来，随着我国经济的不断发展，对于电的需求量也在不断地提高，而发电负荷也不断地的到增加，电量在市场中电量供不应求出现的频率也越来越多。但现如今，电厂锅炉水冷壁管出现失效的现象，其严重的影响了发电机组的安全以及经济的运行，导致无法的对电量进行生产。本文通过对垃圾焚烧锅炉水冷壁管失效进行取样研究，分析其失效的原因，并且提出相应的解决措施。

关键词：垃圾焚烧电厂、电厂锅炉、水冷壁、爆管、失效原因

引言

以某地的一个生活垃圾焚烧电厂为例，观察的这家垃圾焚烧电厂其内部的锅炉一直被使用，大概使用了3年左右，在这三年期间，锅炉出现了多次膜式水冷壁裂纹，更严重的甚至出现了爆管的一个现象，并且本文以该厂的锅炉作为一个研究案例，对其进行研究。

1. 取样并进行分析：

1）取样：

对于所研究的电厂中的锅炉水冷壁产生的裂纹和爆管，对被损坏替换下来的膜式水冷壁进行取样研究，将取样分为三个具有典型特征。第一个为后墙膜式水冷壁左边的第一、和第二根管并且有着一条宽为77mm厚度为5mm的宽带被焊在上方，对此样品进行观察发现在钢带和水冷壁管焊接的焊底部出现两个裂纹。第二个取样则是后墙膜式水冷壁左边的第14跟管，并且在对其进行观察时发现在沿着管子纵向方向有着一个大概180mm的裂痕。第三个样品是对后墙膜式水冷壁右方的第15跟水管，并且在外壁有着大量的裂痕。

2. 取样分析：

①化学成分：

将取出的三类样品进行化学成分的分析，通过分析结果可以知道三个样品的水冷壁管的化学成分都符合标准要求，并且且冶金质量较好，具体如表一所示：

表一 钢管化学成分

②腐蚀产物分析：

本文对于三类样品进行腐蚀产物的分析，样品1中的二氧化硅含有着17%，三氧化硫的成分为13.1%，过氧化钾的含量是3.52%，氧化钙含量为9.3%，而氧化铁的含量达到38%。样品二的成分为二氧化硅的含量为4.7%，三氧化硫含量为12.5%，氧化钙含量为9.2%，氧化钙的含量高达59%，氧化铅含量为4.3%。样品三的超氧化钠含量为13.9%，二氧化硅的含量为3.24%，三氧化硫含量为16.4%，氯含量为7.38%，过氧化钾的成分为5.4%，氧化钙含量为5%，最终其氧化铁的含量也达到了43.5%。

2. 锅炉水冷壁失效原因：

1. 制造安装环节：

通过对于所取的三类样品进行研究可以发现，无论是在化学成分还是在腐蚀产物之中，三类样品都是非常合格的，但是在发电厂金属技术监督规程当中对于膜水式冷壁应该选用的材料规定中，这三类样品存在着一些问题。在样品一之中，在钢带与水冷壁管中焊接的钢带其材质是304奥氏体不绣，但是水冷壁管的材质为20G，两者之间的材质并不符合相关的规范多要求的，钢带与水冷壁管两者的材质有这一个较为大的区别，其两者的热膨胀系数有着较大的差别，钢带的热膨胀系数为16.3，而水冷壁管的热膨胀系数为11.6，两者的热膨胀系数不同最终导致出现热膨胀量和导热能力的不同。当锅炉处于一个较为高温的状态下，产生应力，此时，高温的情况之下，钢带不锈钢的强度明显大于碳钢的一个强度，最终导致水冷壁管的开裂出现在不锈钢钢带与水冷壁管焊接的焊趾的周围。样品二中，使用16Mn钢带，并且此时模式水冷壁管的材料为20G，两者材料之间的膨胀系数与样品一中一样存在着差别，16Mn钢带的膨胀系数为8.3，冷壁管的膨胀系数为11.6。两者材料之间其膨胀系数不同导致出现两者的热膨胀量也是不同的。在样品二中，膜式水冷壁的质量较为低，其质量并没有得到保障，在膜式水冷壁中膜片中心和水管的中心出现了较为严重的一个偏移，并且远远的超出了标准，最终导致在水冷壁管中出现一些裂痕。

2. 使用环节：

在对三类样品进行分析的过程中，尤其是在对腐蚀产物进行分析时，可以发现三类样品无论是哪类样品都存在着大量的三氧化硫，由此可以看出，在锅炉进行焚烧运行时，产生了大量的一个酸性物质。此电厂是对垃圾进行焚烧，其主要的焚烧燃料是生活垃圾，而在这焚烧的过程当中，并没有及时的将垃圾进行分类，直接将其焚烧，而此类垃圾中可能会在燃烧的过程中产生一下不良影响，在燃烧过程中产生灰尘颗粒，而被产生出来的灰尘颗粒与水冷壁管产生较为严重的摩擦，则会导致水冷壁管的壁厚度出现变化，在摩擦的过程中使得其越来越薄，最终导致爆管等现象。

3. 建议对策：

1. 设计方面：

通过对于三类样品的分析，可以知道影响锅炉膜式水冷壁失效的主要影响因素为腐蚀，应力以及磨损等。在整个的设计方面，膜片可以采用与水冷壁管材质20G相符合的一个材质，这样的做法能够确保膜片的膨胀系数与水冷壁管的膨胀系数相同，并且两者之间的一个强度也能够达到一致的程度。除此之外，还需要使用一个有着对酸性烟气吸附能力较弱的耐火材料，降低在焚烧过程中酸性的一个产生，避免出现酸性腐蚀环境的现象。

2. 使用方面：

在对锅炉使用的过程之中，需要加强对于金属的一个监督力度，严格的把控该厂使用的钢管和膜片的材料质量，避免出现在某些环节中一些负责人为了获取更多的利益使用劣质的材料，导致材料的质量得不到保证。除此之外，在对垃圾进行焚烧之前，应该对生活垃圾进行分类，放置出现大量不同的垃圾进行焚烧而产生大量的酸性成分。

4. 总结：

综上所述，随着我国的不断发展，经济的发展离不开电力的不断支持，以及人民生活中也离不开电的使用。而在垃圾焚烧电厂中，锅炉能够有着一个安全可靠的运行对于整个发电而言有着非常重要的作用。而本文通过对于三类样品进行分析可以得出，造成水冷壁失效的最主要原因便是应力、腐蚀和磨损等，而这三者因素最主要是由于再制造安装和使用环节中一些操作不当导致，因此文中提出需要加强对于其金属材料使用的监督并且在使用中，需要对所有的生活垃圾进行分类，防止在焚烧过程中出现大量的酸性烟气。

参考文献：

[1]石荣雪,张适宜,张胜寒.基于大数据分析的电厂锅炉水冷壁失效研究[J].化工进展,2016,3509:2640-2646.

[2]朱强.浅析垃圾焚烧电厂锅炉水冷壁失效的原因[J].特种设备安全技术,2016,05:8-10.

[3]李曼.以大数据分析为载体的锅炉水冷壁失效分析[J].工业加热,2019,4804:65-66+69.

[4]张志博,姚兵印,李志刚,马剑民,章春香.锅炉水冷壁失效原因分析[J].陕西电力,2015,4308:86-88.

[5]曾晶,张超.电厂锅炉水冷壁腐蚀性爆管原因分析及对策[J].冶金动力,2020,09:31-33+36.

[6]毕玉梅.基于漏磁技术锅炉水冷壁自动检测装置研制[D].山东大学,2019.

作者简介：王品（1991-07-21），男，汉族，籍贯：安徽省肥东县，当前职务：机械主管工程师，当前职称：初级，学历：本科，研究方向：热能电力、锅炉