【正文】 2 w—— 飛灰速度 ， 以煙氣流速替代 ?—— 鍋爐的運(yùn)行小時(shí)數(shù) 1. 飛灰速度 （ w） 的影響 管壁的磨損正比于飛灰沖擊管壁時(shí)的動(dòng)能 mw2， m為飛灰質(zhì)量 （ 等于飛灰濃度與體積的乘積 ） 。 吹灰器吹灰行程不夠 ， 吹灰角度不準(zhǔn) ， 吹灰蒸汽溫度過(guò)高 、 壓力過(guò)大 ， 吹灰器與受熱面管壁距離太近 ， 吹灰器故障卡澀退不回原位 、 吹灰器閥門(mén)內(nèi)漏 ， 吹灰器定點(diǎn)吹掃時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等是吹灰器附近或下方受熱面管爆漏的主要原因 。 磨損有飛灰磨損和機(jī)械磨損 ， 以飛灰磨損為主 。 ? 過(guò)熱是受熱面運(yùn)行溫度超過(guò)了該金屬的許用溫度，其顯微組織發(fā)生了變化，出現(xiàn)珠光體球化、石墨化及熱脆性等，大大地降低了金屬的許用應(yīng)力。 7. 設(shè)計(jì)制造方面的原因 ：設(shè)備制造缺陷或材料成份偏析而導(dǎo)致受熱面局部超溫 。 完全堵塞會(huì)造成短時(shí)超溫破壞 ， 部分阻塞或流通不暢 ， 經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成長(zhǎng)期超溫蠕變損壞 。 2. 長(zhǎng)期超溫 ：受熱面的工作溫度處于設(shè)計(jì)允許溫度以上而低于材料的下臨界溫度 ，在內(nèi)壓力作用和長(zhǎng)時(shí)間高溫高壓條件下產(chǎn)生塑性變形和蠕度 （ 局部脹粗 ） ， 最后導(dǎo)致爆管 。 ? 異種鋼焊接及機(jī)械損傷。 ? 磨損：管內(nèi)工質(zhì)磨損；爐內(nèi)飛灰、吹灰磨損。對(duì)于此類爆管，針對(duì)爆漏失效機(jī)理可采取相應(yīng)的預(yù)防、控制措施。這類爐管爆漏隨時(shí)間的推移呈逐漸下降的趨勢(shì)。 高溫腐蝕引起的水冷壁爆管（ SO2腐蝕） 水冷壁氫腐蝕爆管的宏觀形貌 （ 2） 過(guò)熱器 過(guò)熱器彎頭爆漏 過(guò)熱器爆管 （ 3）再熱器 低再爆管 再熱器管爆管 （ 4）省煤器 省煤器泄漏 省煤器泄漏爐水吹損壞的其它省煤器管 2. 四管爆漏原因及機(jī)理分析 數(shù)據(jù)的分析和歸類 盡管鍋爐“四管”爆漏的機(jī)理復(fù)雜，目前已知的有 20余種，但是基于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分爆漏問(wèn)題可以劃歸在 3類型式中。 從我國(guó)近年來(lái)大型電站機(jī)組設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，鍋爐設(shè)備事故中“四管”爆漏的事故所占比例較大，在所發(fā)生的非計(jì)劃停運(yùn)事故中，有近一半是鍋爐“四管”爆漏造成的。電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識(shí)別 丘紀(jì)華 華中科技大學(xué) 一、大容量鍋爐承壓部件爆漏事故分析 1. 概述 鍋爐承壓部件的爆漏占主要有“四管”爆漏，當(dāng)然還包括爐內(nèi)其它一些管段的泄漏和爆破。 鍋爐“四管”爆漏對(duì)機(jī)組可用率的影響， NERC（北美電力可靠性委員會(huì)）的統(tǒng)計(jì)分析表明，每減少 1%的可用率意味著 3000~7000萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)損失。 （ 1）慢性、累積型爆管：包括由蠕變、疲勞、腐蝕和磨損等引起的爐管爆漏。 （ 3）快速、隨意型爆管：這類爆管往往是由于運(yùn)行中的短期異常問(wèn)題引起，比如運(yùn)行中的汽水回路流量中斷、吹灰器異常吹損等。 第 2類爆管問(wèn)題可以通過(guò)加強(qiáng)質(zhì)量管理，抓好從管材采購(gòu)到制造、安裝各環(huán)節(jié)的檢查和檢驗(yàn)工作得到控制。 ? 腐蝕：管內(nèi)壁腐蝕；煙氣側(cè)腐蝕；應(yīng)力腐蝕。 四管爆漏原因及機(jī)理分析 引起四管爆漏的原因很多，包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行及煤種等多方面，某一四管爆漏故障往往非單一因素所致，而是多種因素同時(shí)存在并交互作用的結(jié)果。 (二 ) 超溫過(guò)熱的主要原因 1. 熱偏差的影響： 氣粉分配不均勻 、 爐膛火焰中心偏移 ， 造成爐膛出口的煙氣溫度偏差較大；受水冷壁吸熱影響 ， 使?fàn)t膛出口處中間煙氣溫度高于兩側(cè) ， 造成局部受熱面的熱負(fù)荷過(guò)高 。 4. 煤質(zhì)的影響： 實(shí)際燃煤發(fā)熱量低于鍋爐設(shè)計(jì)用煤時(shí) ， 要滿足鍋爐的設(shè)計(jì)出力 ， 須增加燃煤量 ， 而制粉細(xì)度受到設(shè)計(jì)出力的限制 ， 粗煤粉顆粒影響爐內(nèi)的著火和燃燒 ，使火焰中心上移 ， 爐膛出口煙溫升高 。 8. 運(yùn)行因素： 減溫器投入不當(dāng) ， 造成部分管段過(guò)熱；升爐時(shí)爐火 、 汽溫控制不嚴(yán) ， 使低溫過(guò)熱器超溫；鍋爐啟 、 停 ， 鍋爐負(fù)荷過(guò)低 、 負(fù)荷變化過(guò)快 、 甩負(fù)荷 、 旁路投入不及時(shí)等 ， 使再熱器過(guò)熱燒損 。這時(shí)受熱面管在內(nèi)壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力就有可能大于金屬的許用應(yīng)力。飛灰磨損與爐型結(jié)構(gòu) 、 受熱面布置方式 、 煙氣流速 、 制造安裝質(zhì)量 、 煤灰特性 、 煙氣含塵濃度等多種因素有關(guān) ， 它主要表現(xiàn)在受熱面結(jié)構(gòu)布置或煙氣通道被積灰阻塞造成局部流通阻力小 ， 或管夾燒損 、 變形后出現(xiàn)管排散亂 、 出列 ， 這些均會(huì)形成煙氣走廊造成局部煙速過(guò)大 ， 還有管排錯(cuò)列布置 、 設(shè)計(jì)煙速高或運(yùn)行中采用過(guò)大的過(guò)?？諝饬慷篃熕龠^(guò)高等 。 3. 振動(dòng)磨損 ：屏式過(guò)熱器管夾經(jīng)常燒損 ， 導(dǎo)致管排零亂 ， 過(guò)熱器受熱面固定不牢 ， 運(yùn)行中管圈出位發(fā)生振動(dòng)造成管子間的機(jī)械磨損 。 當(dāng)飛灰速度 （ 或煙氣流速 ） 達(dá)到 30~40m/s時(shí)磨損最嚴(yán)重 ， 在 1?104~5?104h期間有可能使管子磨穿 。 因?yàn)槭∶浩魈幍臒煖氐陀谶^(guò)熱器煙溫 ， 加之漏風(fēng)加速飛灰冷卻變硬 ， 若再出現(xiàn)不完全燃燒 ， 飛灰中固定碳增加 ， 這樣既加大了飛灰濃度 ， 又增加了灰粒硬度 ，加劇受熱面磨損 。 處于分散狀態(tài)隨同煙氣流動(dòng)的這無(wú)數(shù)個(gè)具有一定硬度的灰粒 ，對(duì)受熱面每一次碰擊都將剝落微量的管壁面金屬 。 3. 煙氣走廊的影響 因設(shè)計(jì) 、 安裝 、 檢修質(zhì)量諸原因 ， 低溫再熱器與煙道的后墻包復(fù)和兩側(cè)包復(fù)管之間的間隙較大 ， 形成了 “ 煙氣走廊 ” ， 加速了包復(fù)過(guò)熱器的磨損 。 7. 爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)分布不盡合理 ， 使實(shí)際燃燒時(shí)假想切圓偏大 ， 造成受熱面磨損加劇 。 ? 在過(guò)去的 200MW機(jī)組上，因鍋爐的再熱器汽溫達(dá)不到要求，常采用煙氣擋板調(diào)節(jié)汽溫，將擋板開(kāi)足增加低再側(cè)的煙氣量，使再熱蒸汽溫度提高，但煙氣流速增加加劇低再和低再側(cè)省煤器管子的磨損（磨損量與煙氣流速的 ）。 管內(nèi)水中的溶解氧和游離 NaOH均對(duì)管內(nèi)壁帶來(lái)腐蝕 。 隨著給水速度提高 、 鍋爐熱負(fù)荷增加 、 溶解氧腐蝕也隨之加劇 。如果補(bǔ)給水或因凝汽器泄漏（河水）使?fàn)t水含碳酸鹽，其沉積物下局部濃縮的爐水（沉積著高濃度的 OH） pH值上升到 13以上、發(fā)生堿對(duì)金屬的腐蝕。 Fe2O FeO比較疏松 、 附著性很差 ， 有利于 H2向管壁金屬的擴(kuò)散 ， 高溫下晶界強(qiáng)度低 ，H2與鋼中的碳和 FeC反應(yīng)生成 CH4。 一旦銅離子進(jìn)入鍋爐而沉積在管壁上 ， 便會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而損傷爐管 ， 其化學(xué)反應(yīng)式為 ： 32243 NH4F e ( O H )CuOH2Fe)C u ( N H ??????（ 1）高溫硫腐蝕 鍋爐水冷壁管向火側(cè)的高溫腐蝕，也稱為“還原氣氛腐蝕”，是在鍋爐燃用煤種含硫量偏高、爐內(nèi)局部缺氧而存在一氧化碳的還原氣氛、并有未完全燃燒的煤粉沖刷水冷壁表面的條件下形成的。由于汽相擴(kuò)散速率較硅酸鹽灰粒慣性撞擊沉積的速率快，所以爐管表面上首先沉積的是硫酸鈉（ Na2SO4）和硫酸鉀（ K2SO4），其沉積速度與揮發(fā)鈉的數(shù)量及煙氣溫度有關(guān)，特別是與煙氣及壁面的溫度梯度有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)研究表明：熔融硫酸鹽積灰層對(duì)金屬壁面的腐蝕速度比氣相狀態(tài)要快得多。 ? 硫化氫氣體腐蝕 H2S除了能促進(jìn)硫化物型腐蝕外，還會(huì)對(duì)管壁直接產(chǎn)生腐蝕作用，是水冷壁管腐蝕的另一主要因素，其腐蝕反應(yīng)為： 2H2S + Fe → FeS + H 2 2H2S + FeO → FeS + H 2O 生成的硫化亞鐵又進(jìn)一步氧化形成氧化亞鐵。我國(guó)燃煤含 S量高，含 K、 Na很少，故存在于煙氣中的腐蝕性氣體 SO SO3與 H2S含量高，從而致使高溫硫腐蝕產(chǎn)生。當(dāng)煤質(zhì)中氯的含量較高時(shí)（大于 %） 才可能發(fā)生比較嚴(yán)重的氯化物型高溫腐蝕 , 一般情況下這種腐蝕發(fā)生的可能性不是很大。在無(wú)機(jī)硫中 , 絕大多數(shù)為黃鐵礦硫，硫酸鹽硫只占較少比例。 ? 煤粉細(xì)度 太粗的煤粉不易燃盡，火焰拖長(zhǎng)，從而使水冷壁表面附近集中了大量煤粉顆粒，沖刷并磨損水冷壁，破壞了水冷壁管的氧化保護(hù)膜，使管子的腐蝕減薄惡化；另外，煤粉在缺氧的條件下燃燒，形成還原性氣氛，也會(huì)產(chǎn)生腐蝕。部分煤粉在射流下游水冷壁附近缺氧燃燒，形成局部還原性氣氛，從而導(dǎo)致高溫腐蝕。 ? 參與變負(fù)荷調(diào)峰 當(dāng)前，為了滿足經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的要求，電網(wǎng)的峰谷差增大，要求大型鍋爐參與變負(fù)荷調(diào)峰?？刹捎靡韵路椒ǎ? ? 適當(dāng)縮小切圓直徑，以使強(qiáng)燃燒區(qū)向爐膛中心轉(zhuǎn)移；適當(dāng)調(diào)整燃燒工況以使火焰均勻地充滿爐膛，避免火焰長(zhǎng)期固定地偏向一邊。適當(dāng)增加直流燃燒器的一次風(fēng)速有利于防止氣流偏轉(zhuǎn)。因此，對(duì)于煤粉管道，一方面應(yīng)盡量減少它的彎頭及長(zhǎng)度，另一方面可在管道內(nèi)裝設(shè)十字形的整流裝置來(lái)盡量消除氣流旋轉(zhuǎn)、加裝導(dǎo)流板來(lái)減輕因彎頭而引起的煤粉慣性分離；對(duì)于中儲(chǔ)式系統(tǒng)，應(yīng)保持粉倉(cāng)粉位高于最低粉位，防止出現(xiàn)煤粉流量及爐溫、氧量的大幅波動(dòng)；對(duì)于直吹式系統(tǒng)，應(yīng)注意控制一次風(fēng)壓不可太低；對(duì)于個(gè)別給粉機(jī)，應(yīng)避免周期性地啟停。 ? 監(jiān)控水質(zhì) 因結(jié)垢與水質(zhì)有直接的關(guān)系，該措施可防止因水冷壁管內(nèi)結(jié)垢引起的熱阻增大、受熱面熱負(fù)荷局部升高、管壁溫度升高從而導(dǎo)致的高溫腐蝕。 ? 采用側(cè)邊風(fēng) 側(cè)邊風(fēng)技術(shù)對(duì)爐內(nèi)燃燒過(guò)程影響很小，它是在高溫腐蝕區(qū)域的上游水冷壁或在高溫腐蝕的水冷壁上安裝噴口，并將一定數(shù)量的二次風(fēng)由此送入爐內(nèi)，其目的是使壁面高溫腐蝕區(qū)的還原性氣體減少、含氧量增加。當(dāng)射流與上游高溫?zé)煔庀嘤鰰r(shí)，氧化煙氣中的還原性氣體并使煤粉顆粒迅速燃燒。 ? 噴涂防磨防腐合金 采用電弧噴涂與等離子噴涂工藝，在水冷壁可能發(fā)生腐蝕的區(qū)域噴涂防磨防腐合金，可有效地保護(hù)水冷壁，使其不再發(fā)生高溫腐蝕。 前后墻對(duì)沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕 加貼壁風(fēng)后的溫度場(chǎng) 未加貼壁風(fēng)的溫度場(chǎng) 水冷壁硫化物型高溫腐蝕 用金相顯微鏡和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了系統(tǒng)研究，腐蝕產(chǎn)物橫截面呈明顯的分層結(jié)構(gòu)： ? 外層疏松、多孔，呈灰黑色，為煤灰顆粒。 腐蝕產(chǎn)物主要為磁黃鐵礦 Fex1Sx和鐵硫化物 FeS，少量的鈣硫化物 CaS和磁鐵礦 Fe3O赤鐵礦 Fe2O3和鈣硫酸鹽 CaSO4。 當(dāng)煙溫低于 200℃ 時(shí) ， SO3會(huì)與水蒸汽結(jié)合生成硫酸蒸汽 。 煙氣中 SO3含量與燃料的含硫量 、 燃燒溫度 、 煙氣飛灰濃度及飛灰中的氧化鈣等堿性氧化物含量有關(guān) 。 一般水蒸汽增加時(shí) ， 煙氣露點(diǎn)升高 。 凝結(jié)液中的硫酸濃度 。 隨著硫酸濃度的進(jìn)一步增加 ， 腐蝕速度也逐漸降低 。 3. 應(yīng)力腐蝕 碳鋼在氫氧化鈉的水溶液中或受熱面局部區(qū)域出現(xiàn)游離濃堿 ，同時(shí)又受到拉 （ 壓 ） 應(yīng)力的作用就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕 ， 應(yīng)力腐蝕使金屬產(chǎn)生裂紋 ， 造成脆性斷裂 。 2. 熱疲勞 ：因低周 （ 鍋爐啟停引起的交變熱應(yīng)力 ） 、 中周 （ 汽膜的反復(fù)出現(xiàn) 、 消失引起的熱應(yīng)力 ） 和高周 （ 振動(dòng)引起的熱應(yīng)力 ） 交變作用而發(fā)生的疲勞損傷 。 卡門(mén)渦流激振頻率的計(jì)算式為： 式中 w—— 煙氣流速 (m/s)； d—— 管束直徑； St—— 斯特羅哈數(shù)（ Re?2?105時(shí)， St= ， Re??106時(shí)， St=） 一般易發(fā)生共振的頻率為 40~100Hz。 燃燒壓力脈動(dòng)頻率范圍某實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為 ~。 引起熱疲勞的原因有： ? 使用水吹灰時(shí) ， 爐管金屬壁溫急劇下降 ， 這種間斷性的脹縮造成管壁的熱疲勞； ? 基本負(fù)荷機(jī)組參予調(diào)峰運(yùn)行 ， 頻繁啟停和變負(fù)荷運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生低周熱疲勞； ? 省煤器支撐板與鰭片管焊在一起 ， 由于膨脹不一致 ， 運(yùn)行中管束受到支撐板的脹縮拉壓作用產(chǎn)生熱疲勞 （ 縱向裂紋 ） 損傷 。因設(shè)計(jì)的水冷壁管內(nèi)徑小、管屏剛性差、管子熱敏感性強(qiáng)，且爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差大，剛性梁結(jié)構(gòu)不合理，使水冷壁膨脹受阻，導(dǎo)致屏間、管間的鰭片拉裂管子。 3. 腐蝕疲勞