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微信公眾號（ID：guwangjishu），每天第一時間搶先收到最新電力技術推文。佈置在爐膛內壁面上主要用水冷卻的受熱面，稱為水冷壁。水冷壁是敷設在鍋爐爐膛四周，由多根並聯管組成的水冷包殼。主要吸收爐膛中高溫燃燒產物的輻射熱量，工質在其中做上升運動，受熱蒸發。 它是工業和電站鍋爐的主要蒸發受熱面。水冷壁的主要作用是吸收爐內輻射熱，將水加熱成飽和蒸汽；保護爐牆，簡化爐牆結構，減輕爐牆重量，使爐牆外表面溫度降低；吸收爐內熱量，把煙氣冷卻到爐膛出口所允許的溫度，減輕爐內結渣、防止爐膛出口結渣。
（一）、簡介：
水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，它由數排鋼管組成，分佈於鍋爐爐膛的四周。它的內部 為流動的水或蒸汽，外界接受鍋爐爐膛的火焰的熱量。 鍋爐圈【 ID：cfb12315】分享鍋爐知識，笑傲技術江湖！電廠鍋爐運行必備公眾號，運行調整、現象分析、事故處理、技術資料，一網打盡！
水冷壁最初設計時，目的並不是受熱，而是為了冷卻爐膛使之不受高溫破壞。後來，由於其良好的熱交換功能，逐漸取代汽包成為鍋爐主要受熱部分。
敷設在鍋爐爐膛內壁、由許多並聯管子組成的蒸發受熱面。水冷壁的作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,在管內產生蒸汽或熱水，並降低爐牆溫度,保護爐牆。在大容量鍋爐中，爐內火焰溫度很高，熱輻射的強度很大。鍋爐中有40～50％甚至更多的熱量由水冷壁所吸收。除少數小容量鍋爐外，現代的水管鍋爐均以水冷壁作為鍋爐中最主要的蒸發受熱面。
（二）、分類：
光管式水冷壁：由一般的鍋爐鋼管組成。這是構造最簡單的水冷壁，管子排列越密對爐牆保護效果越好。優點是可以採用一般的無縫鋼管，更換水冷壁管比較方便，缺點是爐牆溫度仍然較高，需要採用耐火磚重型爐牆，鍋爐的鋼架要加強，爐牆的漏風較大。老式高壓鍋爐和中、小型鍋爐採用較多。管子排列越密對爐牆保護效果越好。爐牆廣泛採用輕質耐火材料和保溫材料。這些材料可以砌成爐牆，也可敷設在水冷壁上成為敷管式爐牆以便於安裝。
膜式水冷壁：將鰭片管（或扁鋼與光管）相互焊接在一起組成的整塊管屏。膜式水冷壁是用扁鋼把鋼管連接成一個整體。它的優點是氣密性好；管屏外側僅需敷以較薄的保溫材料，爐膛高溫煙氣與爐牆不直接接觸，有利於防止結渣；管屏可在製造廠成片預製，便於工地安裝。大容量，高溫高壓鍋爐多采用膜式水冷壁它的優點是氣密性好；管屏外側僅需敷以較薄的保溫材料，爐膛高溫煙氣與爐牆不直接接觸，有利於防止結渣；管屏可在製造廠成片預製，便於工地安裝。
銷釘式水冷壁又稱刺管式水冷壁：它是按照要求在光管表面焊上一定長度的圓鋼，利用銷釘可以牢固地在水冷壁上敷設耐火塗料，用以構成衛燃帶、液態排渣爐渣池及熔渣段，以及旋風爐的旋風筒。
內螺紋管水冷壁 ：內螺紋管水冷壁是在管子內壁開出單頭或多頭螺旋形槽道的管子。內螺紋管用於直流鍋爐、亞臨界參數強制循環鍋爐用自然循環鍋爐爐膛的高熱負荷區或汽化率高的水冷壁管段。工質在內螺紋管內流動時，發生強烈擾動，使汽水混合物中的水壓向管壁，並迫使汽泡脫離壁面被水帶走，從而破壞汽膜的形成，防止出現沸騰換熱惡化，使水冷壁管壁溫度下降。
（三）、材質：
水冷壁材料一般用碳素鋼。鍋爐壓力在14兆帕以上時也有部分用合金鋼的。管子外徑：自然循環鍋爐一般用51～83毫米；多次強制循環鍋爐和直流鍋爐一般用22～60毫米。直流鍋爐的水冷壁不像自然循環鍋爐那樣一定是直立式的，也可以是水平圍繞或其他形式的。
參數高時，尤其在直流鍋爐中，為了在爐膛高熱負荷區防止傳熱惡化,常採用內螺紋管或在管內裝設擾流子。
水冷壁的作用
水冷壁最初設計時，目的並不是受熱，而是為了冷卻爐膛使之不受高溫破壞。後來，由於其良好的熱交換功能，逐漸取代汽包成為鍋爐主要受熱部分。
因此，水冷壁的作用主要是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,在管內產生蒸汽或熱水，並降低爐牆溫度,保護爐牆。在大容量鍋爐中，爐內火焰溫度很高，熱輻射的強度很大。鍋爐中有40～50%甚至更多的熱量由水冷壁所吸收。除少數小容量鍋爐外，現代的水管鍋爐均以水冷壁作為鍋爐中最主要的蒸發受熱面。
水冷壁熱應力
經常聽到熱應力一詞，但很多人一直不明白什麼是熱應力，究竟怎麼來的。今天主要結合水冷壁給大家介紹熱應力的概念，希望能加深大家理解。
熱應力：通俗地講是物體受熱不均勻而存在著溫度差，導致各處膨脹或收縮變形不一致，從而形成相互約束，使其不能完全自由脹縮而產生的應力。
還看不懂沒關係，再結合水冷壁加深理解。
正常運行下水冷壁熱應力
鍋爐正常運行時，水冷壁管外壁受到高溫火焰的熱輻射，而內壁則被汽水混合物冷卻。內壁汽水混合物的溫度是汽包壓力下的飽和溫度。雖然水冷壁管厚通常不大於6mm，管壁熱阻不大，但由於管外壁受到高溫火焰的強烈熱輻射，熱負荷很高，特別是靠近火焰中心的水冷壁管，熱負荷更高，因此水冷壁管內外壁溫差可達60～80度。
這裡說明一點：如果水冷壁內壁結垢，管內的汽水混合物與管壁之間有一層垢，由於垢的導熱係數小於管壁，汽水混合物不能直接冷卻管壁，使得管外壁溫度明顯升高，管的內壁也隨之升高，管內外壁溫差非但不增加反而因不能被汽水混合物冷卻而使溫差降低。
外壁溫度高企圖膨脹，內壁溫度低必然阻止外壁膨脹，外壁承受壓縮應力，而內壁承受拉伸應力，這樣就在水冷壁管產生了熱應力。這種分析思路可以延伸解釋工作中遇到的其他產生熱應力的問題。
水冷壁管內外壁溫差和壁厚成正比，壁厚越大，熱應力越大。所以，水冷壁管壁不宜超過6mm。當壓力更高時，水冷壁需要更高的強度，則不採用增加壁厚的方法而是採用強度更高的材料製造水冷壁管。如：工作壓力10Mpa以下，水冷壁採用20鋼；當壓力超過15Mpa時，水冷壁採用15MnV或15CrMo等低合金鋼。
高溫腐蝕
高溫腐蝕的原因：
造成水冷壁高溫腐蝕的因素，除煤質本身特性外，主要是壁面溫度、近壁區煙氣組分和煙氣流場。
燃煤鍋爐水冷壁高溫腐蝕是典型的硫化物腐蝕，是煤粉在特定條件下燃燒形成的H2S和自由態[S]與壁溫400~500℃的水冷壁發生反應造成的。煙氣中H2S和自由態[S]的含量取決於煙氣中氧量。若煤粉在富氧條件下燃燒，煤中S元素轉化為SO2，對水冷壁基本沒有腐蝕作用。若煤粉在貧氧條件下燃燒，煤中S元素轉化為SO2的同時，生成部分H2S和自由態[S]。一般而言，H2S和自由態[S]的生成量隨著煙氣中氧含量的降低而升高。
水冷壁高溫腐蝕的主要因素包含以下幾個方面：
1、燃料含硫量
2、水冷壁壁溫
3、水冷壁近壁區氧量
4、爐內空氣動力場
知道了原因，辣麼怎麼辦尼？
應從以下幾個方面著手：
（1）控制燃料中含硫量。
（2）控制水冷壁近壁區氧量。
（3）控制水冷壁的壁溫。
設計選型與改造：
造成水冷壁高溫腐蝕的因素，主要是壁面溫度、近壁區煙氣組分和煙氣流場。
在水冷壁與燃燒器的設計選型上，就應該對水冷壁均應進行傳熱惡化驗算，從啟動流量所對應的負荷到滿負荷水動力工況應穩定；燃燒器形式和佈置方式應與燃煤特徵相適應，並考慮煤質在允許變化範圍內的適應性，一、二次風應有較大的剛度，假想切圓不宜太大，宜採用水平濃淡“風包粉”燃燒方式，或設計側二次風，改善水冷壁壁面附近煙氣氣氛，使其不出現還原性氣氛、火焰不貼壁、不刷牆、防止結渣。
重點是改造問題：
1）低氮燃燒器改造前，應經進行詳盡的摸底試驗，充分了解制粉系統、送引風系統等關鍵輔機運行現狀，合理設計燃燒器關鍵參數。
2）應考慮分級送風對主燃區氧量的影響，結合水冷壁壁面氣氛分佈情況和脫硝系統能力，選取合理的燃盡風風率和NOx排放濃度值。
3）低氮燃燒器的佈置、設計應通過模化試驗確定，儘可能採用對稱燃燒。
4）依據改造煤質特性對鍋爐爐膛容積熱負荷、爐膛斷面熱負荷、燃燒區熱負荷進行校核計算，以防出現熱負荷集中導致水冷壁溫度局部超溫的情況。
5）增加水冷壁壁面氛圍（O2、CO和H2S）測點，建議安裝在線監測系統，測點佈置方式見附件A。改造前後對水冷壁壁面氛圍（O2、CO和H2S濃度）進行摸底測試，改造後應將壁面煙氣氛圍作為調試指標，近壁區氧量不應低於1.5%。
6） 增加燃盡風風量測點，確保二次風總風量和燃盡風風量測量結果準確，主控畫面增加二次風率點，以便運行人員調節風量。
7）對於前後牆對沖旋流燃燒鍋爐，燃燒器應設置壁溫測點，以防燃燒器燒損，影響爐內燃燒組織造成熱偏差。
8）對於四角切圓燃燒鍋爐，可適當地將一次風噴口偏轉一定角度，使其形成一個與原假想切圓旋轉方向相反的、直徑較小的假想切圓，改造後應進行冷態動力場試驗。
對於第五條，第七條，燒鍋爐的絕對支持！氛圍測點建議選取臭稀式測量，因為光學式會受鍋爐膨脹問題影響，測不準，白花錢。
而第七條，可以根據溫度場測量，瞭解熱輻射分佈，並通過二次風的優化調整，及時糾正偏差，這個我有整套的方案。
鍋爐水冷壁主要作用：
強化傳熱，減少鍋爐受熱面面積，節省金屬消耗量；
保護爐牆，減少融渣和高溫對爐牆的破壞作用，裝設水冷壁後，爐牆的內壁溫度大大降低，因此爐牆的厚度可以減小，重量減輕；
對於敷在水冷壁管子上的爐牆，即敷管爐牆，水冷壁也起了懸吊作用；
主要受熱面，火焰對水冷壁的輻射傳熱已成為鍋爐傳熱的重要方式。
水冷壁一般是上部固定，下部自由膨脹。水冷壁的上集箱固定在支架上，下集箱則由水冷壁懸吊著。水冷壁管自身吊拉件限制其水平移動，以免引起結構變形，但要保證水冷壁能上下滑動。
水冷壁穿過爐牆的部分要留出膨脹間隙，為了防止漏風，間隙內填充石棉繩。對於敷管爐牆，爐牆貼附在膜式水冷壁管外面形成一個整體，穿牆部分可不留間隙。
水冷壁的腐蝕主要是高溫腐蝕，只需要在水冷壁塗刷ZS-811高溫防腐塗料就可以，如果還想提高鍋爐的熱利用率，可以在塗刷一層ZS-1061高溫輻射節能塗料。
鍋爐水冷壁洩漏、爆管現象、原因及處理
現象
1：汽包水位降低，嚴重時汽包水位急劇下降，給水流量不正常的大於蒸汽流量
2：爐膛負壓瞬時偏正且不穩定
3：爐管洩漏檢測裝置報警
4：從檢查孔、門、爐牆等不嚴密處可能向外噴煙氣和水蒸汽，並有明顯洩漏聲
5：主蒸汽流量、主蒸汽壓力下降
6：洩漏後各段煙氣溫度下降，排煙溫度降低
7：鍋爐燃燒不穩火焰發暗，嚴重時引起鍋爐滅火
8：引風機投自動時，靜葉開度不正常增大，電流增加
原因
1：給水、爐水質量不合格，使管內壁腐蝕或結垢超溫
2：爐水泵工作失常、造成爐水循環不良
3：燃燒調整不當，火焰偏斜，造成水冷壁管被煤粉沖刷磨損
4：節流圈安裝不當，管內有異物造成水循環不良
5：管壁長期超溫運行
6：吹灰器內漏或未正常退出，蒸汽吹破爐管
7：管材質量不合格，焊接質量不良
8：水冷壁結焦
9：大塊焦砸壞水冷壁管
10：鍋爐長期超壓運行
11：鍋爐啟動升溫、升壓過快
12：管材老化失效
13：鍋爐嚴重減水處理不當，繼續上水使管子急劇冷卻或鍋爐嚴重減水使管子過熱爆破
14：水冷壁膨脹受阻
處理
1：當水冷壁管洩漏不嚴重能維持汽包正常水位時，可適當降低參數運行，降負荷運行，密切監視洩漏部位的發展趨勢，做好事故預想，彙報值長，請示儘快停爐
2：當水冷壁管爆破不能維持正常水位時，立即停爐。停爐後繼續加強上水，水位不能回升時停止上水，省煤器再循環門不應開啟
3：水冷壁管爆破嚴重減水時，應進行下列處理
（1）：立即停爐，維持引風機運行，排除爐內蒸汽
（2）：停爐後繼續上水，維持汽包水位
（3）：若無法維持水位，應停止爐水循環泵及給水泵運行
（4）：停爐後，電除塵應立即停電
案例：
一、設備簡介：
某電廠＃1、2鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設計製造的超高壓、中間再熱、自然循環鍋爐，鍋爐型號為SG-480/13.7-M788，四角切圓燃燒煤粉爐，鍋爐本體呈“Π”型。＃1、2機組分別與2008年10月、11月投產運行。水冷壁材質為材料為SA210C，爐膛四周全部採用Φ60×6mm，光管加扁鋼組成膜式水冷壁，管子節距為76mm。冷灰鬥角度為55°，如圖1。
圖1
二、事件經過：
2018年12月17日13點，#1機組負荷130MW，主汽流量440t/h，給水流量430t/h，，A、B、C磨煤機運行，總煤量67t/h，對外採暖抽汽流量63t/h，對外供汽10t/h，各參數運行正常。
運行巡檢人員檢查發現#1爐後牆水冷壁15米新增14號短吹處有輕微洩漏聲音，立即彙報值長，關閉吹灰器進汽手動門，洩漏聲音無變化，判斷為水冷壁洩漏。立即彙報新疆省調、公司生產指揮中心，並申請停爐，2018年12月18日15點14分經省調同意，#1機組於與系統解列。
三、漏點描述：
1、檢查發現水冷壁後牆A/B層燃燒器（標高15m處）之間,新增14號短吹兩根讓管之間鰭片出現裂紋，爆口形狀長度3cm，寬度2mm（如圖），屬於典型應力拉裂爆口。
2、第二爆口由於第一爆口洩漏後，高壓爐水沖刷管壁表面，致使水冷壁減薄洩漏。
圖1
四、檢查情況及原因分析：
（一）檢查情況：
1、2012年準東煤改造時增加16臺吹灰器，項目由西安熱工院總包，負責對口焊接及密封補焊，水冷壁讓管由自貢東方氣體設備有限公司設計製造。
2、檢查漏點至密封盒之間有6cm長鰭片存在單面焊接，並且鰭片焊接凹凸不平。（如圖2）
3、現場檢查膨脹縫開裂位置與設計圖紙不一致，圖紙設計上下口均有膨脹縫，但是現場實際上口無膨脹縫，下口膨脹縫長度為44.5mm。
圖2
（二）原因分析：
1、密封盒內鰭片焊接凹凸不平，並且有6cm為單面漏焊，爆口部位為焊縫凸起部位，造成應力集中，導致管子開裂洩漏。
2、預留膨脹縫過短，爆口位置屬於讓管起彎部位，預留膨脹縫終點在起彎點，在長時間運行過程中產生交變應力。
圖3
五、暴露問題：
1、某電廠各級管理人員吸取兄弟單位事件教訓不深刻，責任落實不到位。暴露出某電廠對集團公司防非停工作要求執行不到位。
2、防磨防爆認識不足、工作不仔細，項目策劃不全面，未對隱蔽部位列出檢查內容。
3、隱患排查工作執行不到位，未能針對兄弟單位出現的類似問題，引起高度重視，採取的措施落實不到位，效果不明顯。
4、專業技術管理不到位，防磨防爆臺賬記錄不全面，未能嚴格執行防磨防爆管理要求，未全面詳細記錄檢查情況，並且留有影像資料。
5、技改過程焊接質量把關不嚴，部分鰭片單面漏焊，遺留問題未能及時整改。
6、防磨防爆人員技能水平不足，在檢查過程中明顯缺陷未能及時發現。
六、採取的措施：
1、某電廠各級管理人員認真學習、落實集團公司防非停工作會議精神，對會議精神再部署、再落實，確保完成“迎峰度冬”工作任務。
2、更換的管道進行光譜分析，壁厚測量，割除原有密封盒內的鰭片，用澆注料密封。
3、吸取此次洩漏教訓，利用檢修機會對#1、2爐所有吹灰器密封板進行全面檢查，更換破損密封護板。
4、根據設計廠家出具的方案，利用檢修機會將其他所有水冷壁讓管之間的鰭片全部割除，遠離起彎部位，鰭片端部圓滑過渡。
5、舉一反三排查設備存在的隱患，對人孔門、觀火孔、穿牆管、折煙角等受熱面鰭片焊接部位制定重點檢查計劃。
6、加強技改過程質量管理，對於改造過程焊接質量嚴格把關，完善原始資料，定期開展比對分析，查找設備劣化趨勢，提前制定防範措施。
7、細化防磨防爆工作方案，結合機組運行情況，完善防磨防爆內容及標準，提升防磨防爆管理水平。
8、做好防磨防爆人員技能培訓，加強對防磨防爆技術標準的學習和培訓。
9、提高專業技術管理水平，嚴格執行公司防磨防爆管理制度，做到防磨防爆工作計劃詳細、過程可控、臺賬完善。
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