電廠鍋爐防磨防爆中鍋爐過(guò)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(jī)容量越來(lái)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(yùn)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(jì)不周和檢修質(zhì)量不良等都會(huì)造成過(guò)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(jī)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(guò)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(duì)較差，所以過(guò)熱現(xiàn)象較多發(fā)生。當(dāng)金屬溫度超過(guò)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(yùn)行事故，主要是部分管子長(zhǎng)期超溫所致。

　　二、運(yùn)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(guò)設(shè)計(jì)值，對(duì)流受熱面吸熱增強(qiáng)，使過(guò)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(shí)超溫；或者減溫水流量不足、自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈，不能及時(shí)跟蹤蒸汽溫度變化，也會(huì)造成過(guò)熱器短期超溫。

　　三、設(shè)計(jì)上的缺陷引起超溫的因素

　　如果爐膛高度設(shè)計(jì)偏低，火焰中心偏斜，受熱面選材裕度不夠或錯(cuò)用材料，水動(dòng)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(huì)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?yàn)樗慕乔袌A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(guò)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(zhǎng)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(guò)程主要指出現(xiàn)管內(nèi)異物堵塞而造成工質(zhì)流動(dòng)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(guò)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(huì)引起局部受熱面無(wú)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(zhǎng)期安全運(yùn)行的主要原因，位于水平煙道的高溫過(guò)熱器和再熱器同樣存在磨損問(wèn)題。煙氣攜帶灰粒和未燃盡顆粒高速通過(guò)受熱面時(shí)，使管壁磨損變薄，煙氣流速越快，顆粒越粗、越硬，對(duì)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(dòng)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(duì)飛灰磨損速率有決定性影響，設(shè)計(jì)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(huì)逐漸減薄，當(dāng)管壁厚度小于一定值而沒(méi)有得到相應(yīng)處理，就會(huì)導(dǎo)致腐蝕爆管事故的發(fā)生。過(guò)熱器、再熱器因?yàn)檫€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(guò)程中，煤中硫化合物（FeS2和有機(jī)硫RS）與氧發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)在高溫燃燒中煤中的K、Na鹽類(lèi)轉(zhuǎn)化為它們的高價(jià)氧化物K2O和Na2O，這些氧化物會(huì)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(guò)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(huì)在運(yùn)行中發(fā)生變化和發(fā)展，會(huì)使焊縫有效截面削弱，強(qiáng)度下降，造成應(yīng)力集中，最終導(dǎo)致爆漏。在運(yùn)行溫度下的持久強(qiáng)度試驗(yàn)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(duì)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(guò)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。