一、設備簡介
我廠#3、#4鍋爐采用東方鍋爐廠生產的型號為DC670/13.7-21超高壓鍋爐，基本型式為：一次中間再熱超高壓自然循環汽包爐、11型布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、采用管式空氣預熱器、鋼構架（雙排柱）。在爐膛上部垂直分布輻射式全大屏過熱器和輻射一對流式后屏過熱器，水平嫻道布置高溫過熱器和高溫再熱器；尾部豎井煙道由中隔墻分隔成前后兩部分，前豎井中布置低溫再熱器，后豎井中布置低溫過熱器；在低溫再熱器及低溫過熱器下方均布置有省煤器管組，由省煤器垂直懸吊管懸吊低溫再熱器和低溫過熱器。空氣預熱器一、二次風分開，均為單級管式布置。（圖1為我廠#3鍋爐的基本形式）
二、問題的出現
2009年1月，運行人員巡檢時發現#3鍋爐27米層#3角處溫度較高，并伴有火星從保溫中噴出。通過現場拆除保溫后發現#3鍋爐出現了爐膛水冷壁裂縫現象。裂縫位置主要集中在鍋爐爐膛#3角，從最上層噴燃器開始一直到后墻水冷壁折焰角處，裂縫長度大約20米。
在#3機組臨停時進入爐內后檢查發現，該裂縫處鰭片已經燒裂。裂縫處鰭片板已經發黑。主要裂縫位置是在鍋爐后墻與乙側墻轉角處。同時在#3爐#4角同樣位置也發現了鱗片燒黑的現象。由于當時臨停時間較短，無法進行處理，故在裂縫處灌注耐火塑料后用保溫棉包覆，然后外包鋁皮，就進行了開機操作。
開機運行后一周，#3爐#3#4角冒火星情況又出現，確認以上處理方法不能夠徹底解決水冷壁鰭片燒損問題，需要分析后確定可行的方案去處理。
三、水冷壁裂縫原因分析
根據我廠#3#4爐運行情況，結合東方鍋爐廠圖紙，分析有如下原因。
1)、水冷壁管節距選定問題
膜式水冷壁管節距選定根據經驗公式，相對節距S/D大約在1.3～1.35倍之間，我廠#3鍋爐水冷壁管直徑為60×6.5 mm，水冷壁管節距計算值應為S=78～81mm之間。目前#3鍋爐水冷壁在角部節距選定值S=113mm超出了水冷壁管節距選定經驗公式的選定值，導致在運行中鰭片處溫度過高所致。增加圖2的介紹
2)、水平剛性帶穩定性問題
水平剛性帶在運行中如果圓柱銷斷裂、支撐板斷裂或支撐板間距過大都有可能造成水冷壁抗干擾性較差，而水冷壁角部處于應力集中部位，加上運行過程中水冷壁各部位溫差產生應力，因此該部位支撐板或連接板非常容易出現裂口。
四、確定水冷壁裂縫處理方案：
4.1、處理方案從調整節距和穩定性加固兩個方面考慮，經分析后處理方案有以下三種。
方案1：
1)、將管子l向火焰中心進行調整，減小與管子2和3之間節距，使管子節距達到89.33mm，鰭片寬度為29.33mm(參考下圖3)。2)、進行角部加固處理，在裂縫處沿高度每2米加一道死腰帶。3）、對原有的剛性連接設施，包括圓柱銷、支撐板、連接板，斷裂、膠焊的進行焊接，間距過大增加連接支撐的數量。
方案2：
1)、將管子l和3同時向火焰中心進行調整，減小1、2之間、1、3之間、3、4之間水冷壁管的節距，使管子節距達到84.35mm，鰭片寬度為24.35mm（見下圖3）2）、進行角部加固處理，在裂縫處沿高度每2米加一道死腰帶。3）、對原有的剛性連接設施，包括圓柱銷、支撐板、連接板，斷裂、膠焊的進行焊接，間距過大增加連接支撐的數量。
方案3：
對變型水冷壁管進行校正，維持原節距不變，去除燒壞鰭片，在裂縫兩側水冷壁管分別加焊鰭片，保證鰭片互不連接，同時進行角部加固處理。在裂縫兩側2根水冷壁管背火側焊接耐熱鋼筋格，做密封盒，內部填充高溫耐火復合料。
4.2、以上方案比較
調整管子方案1和方案2．可以有效局部調整管節距，使燒損的水冷壁鰭片寬度達到30mm以下，方案2施工工作量相對大。但效果更佳。方案1和方案2均是只對燒損鰭片的水冷壁管進行調整，相鄰的水冷壁管節距未做變動，仍維持在113 mm。方案l和方案2施工工作量相對大，難度及要求較高。方案3加密封進行外部封堵方式，相比方案1和方案2，不需要在承壓部件上做太多工作，鰭片互不相連，釋放了應力，同時施工難度不大，但處理后的效果不一定理想，鍋爐運行一段時間后，仍有繼續燒損的可能，以后的檢修中需對密封進行檢查消漏。
4.3、方案的確定
根據現場的實際運行情況以及咨詢鍋爐制造廠家的意見，決定采用方案2：將管子1和3同時向火焰中心進行調整，使管子節距達到84.35mm，鰭片寬度為24.35mm。同時進行角部加固處理。角部加固處理方法為：在后墻兩根和角部四根管子上焊接三角鐵板，用100×10mm的扁鐵將每塊三角鐵板連為一體。如下圖所示：
五、項目的實施
三門峽富通新能源生產銷售生物質鍋爐等設備。
經過上述的論證和準備工作，在2009年5月開始的#3鍋爐大修中，我公司委托檢修單位按照確定的方案進行了施工。從鍋爐27米開始至47米將四根水冷壁管進行了割除。然后進行了坡口制作，將四根水冷壁管進行間距調整，并重新進行了焊接。實施過程中的關鍵環節，是上下水冷壁管的彎管角度的確定，即在27米、47米部位，將直的水冷壁管同時向火焰中心偏移的彎管角度，根據經驗，我們初步將彎管角度定在135度，經過現場比對，基本滿足方案2的要求。
六、改造的效果
通過改造，在鍋爐啟動后連續進行了6個月的觀察，沒有發現有裂縫的痕跡。在2010年#3鍋爐小修中進入爐膛后再次檢查沒有發現任何異常。證明處理方案是正確的，處理結果是令人滿意的。
七、結論
水冷壁裂縫問題，尤其是在鍋爐各角結合處尤其容易出現。很多電廠、不同廠家的鍋爐也存在類似的隱患。我公司#3鍋爐經過科學論證，結合現場實際，最終解決了水冷壁裂縫。其過程和分析思路對鍋爐設計和運行維護都值得借鑒。
