一、设备简介
我厂#3、#4锅炉采用东方锅炉厂生产的型号为DC670/13.7-21超高压锅炉，基本型式为：一次中间再热超高压自然循环汽包炉、11型布置、单炉膛、燃烧器四角布置，切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、采用管式空气预热器、钢构架（双排柱）。在炉膛上部垂直分布辐射式全大屏过热器和辐射一对流式后屏过热器，水平娴道布置高温过热器和高温再热器；尾部竖井烟道由中隔墙分隔成前后两部分，前竖井中布置低温再热器，后竖井中布置低温过热器；在低温再热器及低温过热器下方均布置有省煤器管组，由省煤器垂直悬吊管悬吊低温再热器和低温过热器。空气预热器一、二次风分开，均为单级管式布置。（图1为我厂#3锅炉的基本形式）
二、问题的出现
2009年1月，运行人员巡检时发现#3锅炉27米层#3角处温度较高，并伴有火星从保温中喷出。通过现场拆除保温后发现#3锅炉出现了炉膛水冷壁裂缝现象。裂缝位置主要集中在锅炉炉膛#3角，从最上层喷燃器开始一直到后墙水冷壁折焰角处，裂缝长度大约20米。
在#3机组临停时进入炉内后检查发现，该裂缝处鳍片已经烧裂。裂缝处鳍片板已经发黑。主要裂缝位置是在锅炉后墙与乙侧墙转角处。同时在#3炉#4角同样位置也发现了鳞片烧黑的现象。由于当时临停时间较短，无法进行处理，故在裂缝处灌注耐火塑料后用保温棉包覆，然后外包铝皮，就进行了开机操作。
开机运行后一周，#3炉#3#4角冒火星情况又出现，确认以上处理方法不能够彻底解决水冷壁鳍片烧损问题，需要分析后确定可行的方案去处理。
三、水冷壁裂缝原因分析
根据我厂#3#4炉运行情况，结合东方锅炉厂图纸，分析有如下原因。
1)、水冷壁管节距选定问题
膜式水冷壁管节距选定根据经验公式，相对节距S/D大约在1.3～1.35倍之间，我厂#3锅炉水冷壁管直径为60×6.5 mm，水冷壁管节距计算值应为S=78～81mm之间。目前#3锅炉水冷壁在角部节距选定值S=113mm超出了水冷壁管节距选定经验公式的选定值，导致在运行中鳍片处温度过高所致。增加图2的介绍
2)、水平刚性带稳定性问题
水平刚性带在运行中如果圆柱销断裂、支撑板断裂或支撑板间距过大都有可能造成水冷壁抗干扰性较差，而水冷壁角部处于应力集中部位，加上运行过程中水冷壁各部位温差产生应力，因此该部位支撑板或连接板非常容易出现裂口。
四、确定水冷壁裂缝处理方案：
4.1、处理方案从调整节距和稳定性加固两个方面考虑，经分析后处理方案有以下三种。
方案1：
1)、将管子l向火焰中心进行调整，减小与管子2和3之间节距，使管子节距达到89.33mm，鳍片宽度为29.33mm(参考下图3)。2)、进行角部加固处理，在裂缝处沿高度每2米加一道死腰带。3）、对原有的刚性连接设施，包括圆柱销、支撑板、连接板，断裂、胶焊的进行焊接，间距过大增加连接支撑的数量。
方案2：
1)、将管子l和3同时向火焰中心进行调整，减小1、2之间、1、3之间、3、4之间水冷壁管的节距，使管子节距达到84.35mm，鳍片宽度为24.35mm（见下图3）2）、进行角部加固处理，在裂缝处沿高度每2米加一道死腰带。3）、对原有的刚性连接设施，包括圆柱销、支撑板、连接板，断裂、胶焊的进行焊接，间距过大增加连接支撑的数量。
方案3：
对变型水冷壁管进行校正，维持原节距不变，去除烧坏鳍片，在裂缝两侧水冷壁管分别加焊鳍片，保证鳍片互不连接，同时进行角部加固处理。在裂缝两侧2根水冷壁管背火侧焊接耐热钢筋格，做密封盒，内部填充高温耐火复合料。
4.2、以上方案比较
调整管子方案1和方案2．可以有效局部调整管节距，使烧损的水冷壁鳍片宽度达到30mm以下，方案2施工工作量相对大。但效果更佳。方案1和方案2均是只对烧损鳍片的水冷壁管进行调整，相邻的水冷壁管节距未做变动，仍维持在113 mm。方案l和方案2施工工作量相对大，难度及要求较高。方案3加密封进行外部封堵方式，相比方案1和方案2，不需要在承压部件上做太多工作，鳍片互不相连，释放了应力，同时施工难度不大，但处理后的效果不一定理想，锅炉运行一段时间后，仍有继续烧损的可能，以后的检修中需对密封进行检查消漏。
4.3、方案的确定
根据现场的实际运行情况以及咨询锅炉制造厂家的意见，决定采用方案2：将管子1和3同时向火焰中心进行调整，使管子节距达到84.35mm，鳍片宽度为24.35mm。同时进行角部加固处理。角部加固处理方法为：在后墙两根和角部四根管子上焊接三角铁板，用100×10mm的扁铁将每块三角铁板连为一体。如下图所示：
五、项目的实施
三门峡富通新能源生产销售生物质锅炉等设备。
经过上述的论证和准备工作，在2009年5月开始的#3锅炉大修中，我公司委托检修单位按照确定的方案进行了施工。从锅炉27米开始至47米将四根水冷壁管进行了割除。然后进行了坡口制作，将四根水冷壁管进行间距调整，并重新进行了焊接。实施过程中的关键环节，是上下水冷壁管的弯管角度的确定，即在27米、47米部位，将直的水冷壁管同时向火焰中心偏移的弯管角度，根据经验，我们初步将弯管角度定在135度，经过现场比对，基本满足方案2的要求。
六、改造的效果
通过改造，在锅炉启动后连续进行了6个月的观察，没有发现有裂缝的痕迹。在2010年#3锅炉小修中进入炉膛后再次检查没有发现任何异常。证明处理方案是正确的，处理结果是令人满意的。
七、结论
水冷壁裂缝问题，尤其是在锅炉各角结合处尤其容易出现。很多电厂、不同厂家的锅炉也存在类似的隐患。我公司#3锅炉经过科学论证，结合现场实际，最终解决了水冷壁裂缝。其过程和分析思路对锅炉设计和运行维护都值得借鉴。
