【干货】各型锅炉存在的普遍性缺陷实例分析

江苏省电厂锅炉设备存在的普遍性缺陷及案例分析

（来源：微信公众号“电力圈” 作者：江苏方天 肖杰）

1 设备概况

江苏省并网电厂在监督范围内的电厂54家，其中52家安装有各种类型锅炉。

135MW超高压机组16台；其中上锅生产煤粉炉10台，哈锅生产煤粉炉2台，哈锅生产流化床锅炉4台。

300MW亚临界机组45台；其中武锅生产2台；东锅生产6台，4台为屏式再热器结构，2台采用烟气挡板调温；哈锅生产的6台，5台为屏式再热器结构，1台采用烟气挡板调温；上锅生产的31台，其中9台为原“UP”型锅炉改造，其中的1台由燃油锅炉改造，2台采用烟气挡板调温，20台为屏式再热器结构。

300MW亚临界流化床机组2台；东锅生产。

350MW亚临界机组8台；4台为进口的B&W型锅炉；2台进口FW型锅炉，2台武锅生产，这4台锅炉都采用旋流燃烧器前墙布置。

600MW亚临界机组2台；为进口的B&W型锅炉。

300MW超临界直流机组2台；为进口的俄罗斯产直流锅炉。

350MW超临界锅炉1台，上锅产。

600MW超临界直流机组21台；其中东锅产2台；哈锅产9台；上锅产10台。其中东锅产与哈锅产都属于B&W技术锅炉，采用旋流燃烧器，对冲布置，采用烟气挡板调节再热汽温；哈锅产锅炉采用低再与高再直接连接；上锅产锅炉采用四角切圆燃烧，同轴低NOx燃烧器，过热器以辐射吸热为主，无烟气挡板。水冷壁全部采用下部螺旋水冷壁，上部垂直水冷壁结构。

600MW超超临界直流机组16台；其中上锅产4台，四角切圆燃烧，再热汽温烟气挡板调节；东锅产2台，采用B&W技术，旋流燃烧器对冲布置，再热汽温烟气挡板调节；哈锅产10台，四墙布置切圆燃烧，垂直水冷壁一次上升，再热汽温烟气挡板调节。

1000MW超超临界直流机组18台；其中东锅产2台，采用B&W技术，旋流燃烧器对冲布置，再热汽温烟气挡板调节；哈锅产4台，燃烧器双切圆布置， 垂直水冷壁一次上升，再热汽温烟气挡板调节；上锅产塔式炉12台，其中1台为二次再热锅炉，四角切圆布置。还有2台1000MW塔式锅炉已安装好，等待调试投产，一台为二次再热机组。

上锅产超临界与超超临界锅炉，虽然炉型差别较大，但都采用低NOX同轴燃烧系统(LNCFS™)技术；东锅超临界与超超临界锅炉炉型基本一致。

390MW联合循环机组（9F）12台；余热锅炉生产厂家有杭锅、武锅、广东FW、无锡光华。

200MW联合循环机组（9E）18台；余热锅炉生产厂家有杭锅、无锡光华、东方日立、703研究所。

共161台锅炉处于技术监督范围内，其中燃煤锅炉131台，直流锅炉58台，600MW超临界参数以上55台。直流锅炉中采用垂直上升水冷壁的有15台。

全省135MW以上装机容量约73935MW，其中超临界以上参数、600MW以上容量机组装机容量约41570MW。

2 各型锅炉存在的普遍性缺陷分析

锅炉普遍缺陷先各种类型锅炉普遍缺陷，再从蒸汽参数从高向低、机组容量从大到小、装机台数从多到少的顺序分析。

2.1  普遍问题

(1) 高温腐蚀

近期高温腐蚀存在加重与腐蚀减薄加速的趋势。一般配旋流燃烧器锅炉腐蚀程度较严重。

腐蚀减薄的区域有：旋流燃烧器锅炉一般发生在燃烧器区域（包括OFA风喷嘴区）二侧水冷壁，燃烧器下部及冷灰斗区域，个别高温腐蚀很严重的前后墙也存在腐蚀；旋流燃烧器前墙布置的锅炉，高温腐蚀发生在燃烧器区域（包括OFA风喷嘴区）的后墙及侧墙的炉后部分水冷壁，高温腐蚀与水冷壁横向裂纹分布高度区域重合；四角切圆燃烧的锅炉一般发生在上层燃烧器至SOFA风喷嘴区域，个别炉型如上锅产超临界600MW，在下层燃烧器下部存在腐蚀。

前几年高温腐蚀减薄的主要方式是腐蚀结合吹灰器吹损减薄，减薄快的一年左右达到更换的程度；近年出现单纯腐蚀导致很快减薄，减薄壁厚一年在2mm左右；个别锅炉出现了较快的垢下腐蚀，腐蚀速率也达到一年2mm左右。

高温腐蚀加重的背景有：

锅炉低氮燃烧器改造。改造时过于强调煤粉分级燃烧；偏置风设置不合理；生成的NOx浓度偏高，靠减少主燃烧器区二次风控制生成NOx浓度；改造后再热汽温偏低，依靠减少主燃烧器区二次风提高再热汽温；导致水冷壁区域烟气还原性气氛过强。锅炉低氮燃烧器采用很低NOx浓度的燃烧控制方式。如旋流燃烧器低氮燃烧器效果较差，典型的是哈锅产超临界锅炉配套的LNASB型低氮燃烧器，是国外早期的低氮燃烧器，在未进行改造时不能满足旧标准的要求，为满足要求减少主燃烧器区域二次风；上锅超超临界锅炉，其燃烧器低氮效果很好，燃烧挥发分较高的烟煤时，一般生成的NOx浓度可以维持在200mg/m3左右，部分电厂将NOx浓度控制在150 mg/m3左右，引起较严重地高温腐蚀。

掺烧高硫煤。在新环保标准实施后，锅炉普遍采取低氮燃烧方式时，掺烧硫分较高的燃煤，掺烧的高硫煤硫分在2~3%；部分电厂将石子煤掺配到钢球磨内燃烧，石子煤发热量不足1000kcal/kg,硫含量在30%左右，含煤粉比例很低，掺烧后产生负效益；掺烧高硫且灰熔点低的燃煤，导致炉膛存在结焦，虽然没有密实焦块，但结焦面积大，形成较严重地垢下腐蚀，水冷壁较快地减薄，一年内必须大面积换管。虽然锅炉燃煤的平均硫分控制在较低水平，但采用高硫煤集中加仓，掺烧比例在2仓以上；某旋流燃烧的锅炉，在掺烧高硫煤一年左右，发现OFA燃烧器区域水冷壁腐蚀减薄2mm左右，导致大面积换管。

高温腐蚀主要表现形式为硫腐蚀，主要特征是水冷壁区域烟气还原性很强，抽炉墙处烟气测试CO浓度表面，腐蚀严重程度与水冷壁处烟气CO浓度呈很强地正相关关系；腐蚀减薄速率较快的区域，烟气CO浓度都在20000ppm以上，浓度越高腐蚀减薄速率越快；烟气CO浓度在10000ppm以下的基本不发生高温腐蚀。

高温腐蚀与燃煤硫分也呈正相关关系，燃煤硫分高的高温腐蚀也强；燃煤硫分高于1.2%时，目前燃烧方式下，所有锅炉都会发生较严重地高温腐蚀；燃煤硫分低于0.6%，基本都不会发生高温腐蚀；0.8%以下时一般不会发生高温腐蚀，1.0%以下高温腐蚀一般并不严重，需排除掺烧高硫煤，但掺烧并不均匀的；如果低氮燃烧系统效果不好，只能靠减少主燃烧器区域二次风的高温腐蚀也较严重；在1.0~1.2%时，只有低氮燃烧系统效果较好的、且主燃烧器区域二次风合适时，才不会发生严重高温腐蚀。

(2) 内壁氧化皮大面积脱落

目前在各种参数的大容量电站锅炉中都有发生，蒸汽参数覆盖超高压至超超临界参数。发生内壁氧化皮大面积脱落的高温受热面主要包括高温过热器、后屏过热器（屏式过热器）、高温再热器；个别炉型也出现低再、屏再受热面内也存在较厚的内壁氧化皮。

内壁氧化皮大面积脱落与氧化皮厚度、氧化皮与母材的结合状态、运行中壁温变化幅度及变化速率等相关。

其中，氧化皮厚度是衡量内壁氧化皮是否易于大面积脱落的主要依据；厚度易测试判断，较厚时脱落的内壁氧化皮刚度大，不易碎裂，呈大块状剥落，引起换热管堵塞的几率大；但氧化皮厚度与是否存在大面积脱落并不是对应关系，相同的换热管材料，有的锅炉内壁氧化皮达到0.3~0.4mm，仍未发生大面积脱落，有的在0.2mm以上就发生大面积脱落。

内壁氧化皮与母材的结合状态对其大面积脱落影响更大，结合状态不好时，内壁氧化皮容易出现大面积脱落。厚度和内壁氧化皮与母材结合状态呈一定地正相关性，一般来说厚度越厚，其与母材的结合状态会较差；内壁氧化皮与母材的结合状态与其他很多因素有关，如内壁氧化皮生成速率，一般来说，生成速率越快，与母材的结合状态会越差，壁温越高、内壁氧化皮生成速率越快，其与母材的结合状态较差；与反应时能否在内侧形成一层致密的内壁氧化皮有关，如果内层不能形成致密的氧化层，结合状态较差；与反应时环境有关，如果氧密度较高，导致Cr形成挥发性分子流失，就无法在内侧形成致密性的氧化膜，导致内侧出现气孔等；结合状态还与母材的组织有关。内壁氧化皮与母材结合状态除受生成因素影响外，还与运行过程结合状态受损有关，在锅炉启停过程中出现大幅度瞬时温度变化时，会使得内壁氧化皮与母材结合状态出现破坏，瞬时温度变化幅度越大、速率越快，则氧化皮与母材的结合状态破坏越严重，严重时直接大面积脱落；内壁氧化皮与母材结合状态损坏有：氧化皮裂纹、氧化皮起皮、氧化皮翘起以及剩余孤块氧化皮等。

江苏电厂出现多个电厂加氧控制不好，导致内壁氧化皮与母材结合状态较差，引起内壁氧化皮大面积脱落。

内壁氧化皮大面积脱落的主要因素是启停过程出现瞬时大幅度的壁温变化。启动过程出现升温升压不匹配，在启动过程中蒸汽流量很低时投减温水控制汽温，减温水调门的严密性较差，导致减温器出口汽温存在较大幅度地瞬时降温，严重时减温器出口汽温降低到饱和温度，出现较严重地蒸汽带水。如某电厂亚临界机组投减温水时，一级减温器安装在分隔屏进口，启动时开始投减温水导致后屏过热器出口壁温发生70~80℃的瞬间温降。在启动过程中还存在换热管下弯部积水较多，启动升温升压较快时，部分下弯头内积水不能及时蒸干，导致积水在换热管内波动，导致壁温较大幅度地波动；在启动过程中，出现机组缺陷，锅炉点火等待缺陷处理结束，导致汽温偏高，被迫投用减温水控制汽温。

在停炉过程中主要是机组滑停时，滑停蒸汽过低，停机时靠大量喷减温水控制汽温，锅炉热负荷不稳定时会导致较大地汽温波动；严重时停机前减温水量仍较大，停机时存在很大幅度地壁温突然恢复回升。停机时其他引起壁温大幅度波动的有：停机前烧空粉仓或原煤仓时，煤位很低时会出现搭桥或自流状态，进入炉膛的煤量波动较大，使得炉膛热负荷大幅度地波动，使得换热管壁温大幅度波动，减温水流量快速变化，特别对于辐射吸热量较大的外圈第1根管（不锈钢材料）影响较大；停炉时不及时停运风机，造成较长时间地通风冷却；停炉后闷炉时间短，采用通风快速冷却方式等。

对于内壁氧化皮大面积脱落，材料也存在较大地影响，如不锈钢管由于膨胀系数与氧化皮相差较大，较容易出现内壁氧化皮大面积脱落。不锈钢材料对内壁氧化皮脱落的影响有二个方面，虽然不锈钢换热管内壁氧化皮大面积脱落的案例较多，但内壁氧化皮大面积脱落导致堵塞爆管的案例较少：一是不锈钢内壁氧化皮容易出现大面积脱落，导致内部氧化皮大面积脱落的几率增加；内壁氧化皮厚度不存在很厚的状态；内壁氧化皮结合状态的破坏较彻底，脱落后处理较彻底，可以采用机械方式清除；堆积比较容易监测。

(3) 冷灰斗对角弯头处磨损

对于采用螺旋水冷壁的直流锅炉，存在冷灰斗对角磨损问题。磨损发生在水冷壁管顺前后墙斜坡滑落在接近角部时水冷壁管倾斜角度变大，大斜角水冷壁管在落渣口弯曲区产生很严重地磨损。

原因是由于掉落在冷灰斗区域的灰渣顺水冷壁管间沟槽滑落，在大斜角水冷壁管区域会产生较大的加速，速度快的灰渣对管子的磨损加大，一般是按灰渣滑动速率的3次方增加。在落渣口弯曲以及与侧墙交界处，灰渣产生变向时，会对水冷壁管产生严重地磨损。严重地一个小修期可以磨损使得水冷壁泄漏。

灰渣对角磨损的特点是开始磨损后，磨损呈现加速特性。许多锅炉在前几年检查磨损不严重，发现磨损后，下次检查时磨损就非常严重。高速的灰渣磨损很强，一般防磨材料难以消除灰渣磨损，防磨喷涂对于灰渣磨损的防护作用不明显。

炉膛横截面积越大，冷灰斗对角磨损情况越严重。因此塔式锅炉安装晚，但冷灰斗磨损问题最先暴露；东锅产1000MW级锅炉在运行不到2年时也发现了冷灰斗磨损问题。

(4) 后屏过热器壁温偏高

近几年，江苏电厂后屏过热器（屏式过热器）出口汽温偏高问题较普遍。很多电厂后屏出口汽温与高过出口汽温相差在40℃以内，部分亚临界锅炉后屏出口汽温经常达到525℃以上；部分超临界锅炉后屏出口汽温有时达到535 ℃以上；部分超超临界锅炉后屏汽温达到565 ℃以上。调温时二级（三级）减温水开度较大。

由于后屏过热器是以辐射吸热为主的受热面，单位面积吸热量较大，壁温与出口汽温之间的差值较大，换热管间壁温偏差较大；目前制造厂一般不给出受热面出口汽温控制数据，电厂按出口壁温控制受热面出口汽温，在壁温测点较少或壁温代表性较差时，会出现汽温偏高，实际壁温很高的状况。如某电厂660MW超超临界锅炉，壁温测点较少，运行初期运行反映后屏过热器从不超温，现场观察壁温值都低于汽温值；后在方天要求下，在壁温相对较高的受热面加壁温测点，发现增加的壁温测点壁温全部超过制造厂给定值；另一电厂的大屏，38个壁温测点基本都不超过汽温。

某厂东锅产1000MW锅炉，过热器减温水调门基本开足，大屏出口汽温有时超过570℃，其壁温超限的次数、时间及超温幅度都大于高过。

目前燃煤供应市场较好，锅炉燃烧的高发热量、高挥发分煤种比例增加，导致燃烧火焰中心偏低，炉膛出口烟温偏低，高温过热器吸热明显减少，导致高过进口汽温偏高，在投用二级减温水的状况下，导致后屏出口汽温偏高。

后屏出口汽温偏高的危害较大。导致内壁氧化皮生成速率加快，氧化皮与母材的结合状态变差。在锅炉启停过程中，后屏壁温波动都会大于高过与高再，如果内壁氧化皮与母材结合状态破坏较严重时，内壁氧化皮出现大面积脱落的几率较大。由于后屏过热器属于辐射吸热为主，一旦内壁氧化皮大面积脱落堵塞，很快出现超温爆管。

壁温测点代表性不好主要表现在：测点较少，无法全面了解换热面的壁温分布状况，无法监测较多的壁温高的换热管；壁温布置不合理，未在壁温高的区域集中布置，监测的效率较差；壁温安装方法不正确，大部分采用测量块固定壁温测点，但未对测量块进行单独保温，引起较大的测量误差，使显示壁温低于实际炉外汽温；壁温报警定值不科学，盲目按制造厂推荐数据，未考虑换热管材的实际应用性能和抗蒸汽氧化性能；个别制造厂未明确给出受热面的壁温控制范围，电厂按受热面强度计算的壁温进行控制；个别电厂水冷壁壁温分布没有差别，明显不符合实际壁温分布；壁温测点与实际位置不对应，甚至运行无法了解壁温测点的具体位置。

(5)吹灰器吹损

锅炉受热面被吹灰器吹损情况较多，吹损部位有水冷壁、包覆以及低温过热器、低温再热器与省煤器，吹损原因有吹灰枪安装角度不正，引起蒸汽斜射；吹灰枪驱动轴销磨损、行程开关卡涩引起定点较长时间吹；以及提升阀摩擦卡涩，提升阀提前开启或归位后延迟关闭，导致近墙处换热管吹损；还有吹灰蒸汽压力控制过高，蒸汽射流吹损能力强；吹灰时疏水不充分，吹灰蒸汽带水使得吹损增强，如炉膛吹灰由于管路长、吹灰枪行走轨迹呈弧线型，增加了吹损区；换热管防磨措施不完善，存在未加防磨护瓦、护瓦间存在间隙等缺陷；吹灰运行管理不严格，没有严格执行跟枪检查制度，个别吹灰器卡涩时不能及时处理，导致受热面严重吹损。当水冷壁存在高温腐蚀时，腐蚀区域吹灰会导致水冷壁减薄速率显著加快，在较短的时间内引起水冷壁泄漏。在炉膛水冷壁或低温再热器吹损泄漏后会导致上部换热管过热泄漏，扩大事故损失。

另一种普遍的吹灰器吹损受热面为吹损悬吊管处内部换热管，形成的吹损为悬挂吊耳处的管壁，一般吹损可达内6排管圈，其中第2、3排管圈吹损比较严重。吹损一般发生在尾部烟道的低过与低再受热面悬吊管。

吹灰器事故还表现在吹灰器枪管折断，大部分折断的原因为外套筒内壁吹损，部位在吹灰器停用时内套管出口处的外套筒。部分电厂还发生过外套筒不等壁厚的焊缝处。一般防治方法为定期对外套筒进行定点壁厚测量。