電廠鍋爐防磨防爆中鍋爐過熱器再熱器可靠性因素分析

    現(xiàn)代大型火力發(fā)電廠為提高能源利用率，單機容量越來越大，向高參數(shù)發(fā)展，但是受鋼材承壓耐溫能力的限制，蒸汽參數(shù)維持在確保受熱面金屬安全運行的臨界范圍之內(nèi)。新型材料應(yīng)用可以提高受熱面可靠性。

　　金屬管壁超溫、飛灰磨損、管外管內(nèi)腐蝕、結(jié)構(gòu)設(shè)計不周和檢修質(zhì)量不良等都會造成過熱器、再熱器故障，從而使可靠性降低。鍋爐爆管往往是由多種機理共同引起的，鍋爐不同部位的受熱面，由于受熱條件不同，發(fā)生爆管的主要原因也不同。

　　一、金屬管壁超溫

　　過熱器、再熱器是鍋爐承壓受熱面中工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，而汽側(cè)換熱效果又相對較差，所以過熱現(xiàn)象較多發(fā)生。當(dāng)金屬溫度超過允許極限溫度，內(nèi)部組織發(fā)生變化，許用應(yīng)力降低，在管內(nèi)壓力下產(chǎn)生塑性變形，最后導(dǎo)致超溫爆管。爆管是鍋爐發(fā)生較多的運行事故，主要是部分管子長期超溫所致。

　　二、運行調(diào)整不當(dāng)

　　燃燒不好，火焰中心上移引起爐膛出口溫度超過設(shè)計值，對流受熱面吸熱增強，使過熱器和再熱器超溫。如果減溫水系統(tǒng)故障，高負(fù)荷情況下可能造成短時超溫；或者減溫水流量不足、自動調(diào)節(jié)失靈，不能及時跟蹤蒸汽溫度變化，也會造成過熱器短期超溫。

　　三、設(shè)計上的缺陷引起超溫的因素

　　如果爐膛高度設(shè)計偏低，火焰中心偏斜，受熱面選材裕度不夠或錯用材料，水動力工況差，蒸汽質(zhì)量流速偏低和受熱面結(jié)構(gòu)不合理等因素都會造成超溫或存在較大熱偏差，出現(xiàn)局部超溫。

　　熱偏差主要指蒸汽側(cè)和煙汽側(cè)熱偏差。

　　煙汽側(cè)熱負(fù)荷不均造成熱偏差的原因為四角切圓燃燒方式引起的煙速和煙溫偏差，墻式布置旋流燃燒器因各只燃燒器熱負(fù)荷不同引起的偏差。蒸汽側(cè)屏間流量偏差則存在于各種集箱布置系統(tǒng)，如采用三通結(jié)構(gòu)將導(dǎo)汽管引入過熱器、再熱器進(jìn)口集箱，在集箱三通區(qū)域形成渦流，導(dǎo)致該區(qū)域的管屏流量偏低，從而造成流量偏差。同屏受熱面熱偏差是由于內(nèi)外圈管子的長度不同，形成同屏的流量偏差和受熱面積偏差，導(dǎo)致同屏各管吸熱量不同。

　　四、制造、安裝、檢修中引起超溫的因素

　　制造、安裝過程主要指出現(xiàn)管內(nèi)異物堵塞而造成工質(zhì)流動不暢、斷路或短路等情況，導(dǎo)致局部受熱管超溫。檢修不當(dāng)極易發(fā)生管內(nèi)異物堵塞情況。如在換管過程中割管工藝不正確，異物掉入垂直管段，或聯(lián)箱內(nèi)管座固定焊接物脫落等情況會引起局部受熱面無流量或少流量。

　　五、受熱面金屬管的磨損

　　燃煤鍋爐尾部受熱面飛灰磨損是影響長期安全運行的主要原因，位于水平煙道的高溫過熱器和再熱器同樣存在磨損問題。煙氣攜帶灰粒和未燃盡顆粒高速通過受熱面時，使管壁磨損變薄，煙氣流速越快，顆粒越粗、越硬，對管壁的撞擊力就越大；煙氣中灰濃度越大，撞擊的次數(shù)就越多，結(jié)果都將加速受熱面的磨損。

　　飛灰磨損速率取決于灰粒成分（主要是SiO2），煤中灰含量，灰粒動能及飛灰濃度。

　　金屬磨損量與煙氣流速的三次方成正比，因此，煙速大小對飛灰磨損速率有決定性影響，設(shè)計要選取合理煙速，盡量減少煙速分布不均。

　　六、受熱面金屬管的腐蝕

　　腐蝕是指管外高溫腐蝕和管內(nèi)化學(xué)腐蝕。

　　金屬管受腐蝕作用，管壁會逐漸減薄，當(dāng)管壁厚度小于一定值而沒有得到相應(yīng)處理，就會導(dǎo)致腐蝕爆管事故的發(fā)生。過熱器、再熱器因為還原性氣體比爐膛低，腐蝕速度比水冷壁要小。一般認(rèn)為高溫腐蝕主要是煤中硫的腐蝕行為，是以硫酸為主要成分的熔鹽腐蝕和H2S及硫氧化物造成的氣態(tài)腐蝕。大量的研究結(jié)果認(rèn)為，在煤燃燒過程中，煤中硫化合物（FeS2和有機硫RS）與氧發(fā)生反應(yīng)，同時在高溫燃燒中煤中的K、Na鹽類轉(zhuǎn)化為它們的高價氧化物K2O和Na2O，這些氧化物會與生成的SO3反應(yīng)，生成硫酸鹽，硫酸鹽進(jìn)一步與Fe2O3，SO3發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)合硫酸鹽。這些復(fù)合硫酸鹽在550℃～580℃的溫度范圍內(nèi)呈熔融狀態(tài)粘附在管壁上與Fe發(fā)生反應(yīng)，從而加速了爐管的腐蝕。

　　七、焊接質(zhì)量

　　鍋爐各受熱面通過焊接組裝而成，由于焊口數(shù)量多，焊縫與母材一樣承受高溫高壓，因此焊接質(zhì)量和焊縫組織不合格是發(fā)生爆管的根源。

    焊接缺陷會在運行中發(fā)生變化和發(fā)展，會使焊縫有效截面削弱，強度下降，造成應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致爆漏。在運行溫度下的持久強度試驗表明，斷裂一般總是發(fā)生在焊縫和它的熱影響區(qū)。因此對于合金元素含量較多的合金鋼，焊前要進(jìn)行預(yù)熱，以減少焊接過程中的熱應(yīng)力，焊后進(jìn)行回火或緩冷處理，以改善焊縫組織，消除焊接應(yīng)力預(yù)防產(chǎn)生裂紋。