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電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識別-wenkub

2023-01-20 01:46:37 本頁面
 

【正文】 2 w—— 飛灰速度 , 以煙氣流速替代 ?—— 鍋爐的運行小時數(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的動能 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) , 吹灰蒸汽溫度過高 、 壓力過大 , 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 、 吹灰器閥門內(nèi)漏 , 吹灰器定點吹掃時間過長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械磨損 , 以飛灰磨損為主 。 ? 過熱是受熱面運行溫度超過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 。 完全堵塞會造成短時超溫破壞 , 部分阻塞或流通不暢 , 經(jīng)一段時間運行會造成長期超溫蠕變損壞 。 2. 長期超溫 :受熱面的工作溫度處于設(shè)計允許溫度以上而低于材料的下臨界溫度 ,在內(nèi)壓力作用和長時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 。 ? 異種鋼焊接及機械損傷。 ? 磨損:管內(nèi)工質(zhì)磨損;爐內(nèi)飛灰、吹灰磨損。對于此類爆管,針對爆漏失效機理可采取相應(yīng)的預(yù)防、控制措施。這類爐管爆漏隨時間的推移呈逐漸下降的趨勢。 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) 過熱器 過熱器彎頭爆漏 過熱器爆管 ( 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. 四管爆漏原因及機理分析 數(shù)據(jù)的分析和歸類 盡管鍋爐“四管”爆漏的機理復(fù)雜,目前已知的有 20余種,但是基于對歷史數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)絕大部分爆漏問題可以劃歸在 3類型式中。 從我國近年來大型電站機組設(shè)備事故統(tǒng)計數(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)生的非計劃停運事故中,有近一半是鍋爐“四管”爆漏造成的。電廠鍋爐設(shè)備故障分析與識別 丘紀華 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”爆漏對機組可用率的影響, NERC(北美電力可靠性委員會)的統(tǒng)計分析表明,每減少 1%的可用率意味著 3000~7000萬美元的經(jīng)濟損失。 ( 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行中的短期異常問題引起,比如運行中的汽水回路流量中斷、吹灰器異常吹損等。 第 2類爆管問題可以通過加強質(zhì)量管理,抓好從管材采購到制造、安裝各環(huán)節(jié)的檢查和檢驗工作得到控制。 ? 腐蝕:管內(nèi)壁腐蝕;煙氣側(cè)腐蝕;應(yīng)力腐蝕。 四管爆漏原因及機理分析 引起四管爆漏的原因很多,包括設(shè)計、制造、安裝、檢修、運行及煤種等多方面,某一四管爆漏故障往往非單一因素所致,而是多種因素同時存在并交互作用的結(jié)果。 (二 ) 超溫過熱的主要原因 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荷過高 。 4. 煤質(zhì)的影響: 實際燃煤發(fā)熱量低于鍋爐設(shè)計用煤時 , 要滿足鍋爐的設(shè)計出力 , 須增加燃煤量 , 而制粉細度受到設(shè)計出力的限制 , 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. 運行因素: 減溫器投入不當(dāng) , 造成部分管段過熱;升爐時爐火 、 汽溫控制不嚴 , 使低溫過熱器超溫;鍋爐啟 、 停 , 鍋爐負荷過低 、 負荷變化過快 、 甩負荷 、 旁路投入不及時等 , 使再熱器過熱燒損 。這時受熱面管在內(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 , 這些均會形成煙氣走廊造成局部煙速過大 , 還有管排錯列布置 、 設(shè)計煙速高或運行中采用過大的過剩空氣量而使煙速過高等 。 3. 振動磨損 :屏式過熱器管夾經(jīng)常燒損 , 導(dǎo)致管排零亂 , 過熱器受熱面固定不牢 , 運行中管圈出位發(fā)生振動造成管子間的機械磨損 。 當(dāng)飛灰速度 ( 或煙氣流速 ) 達到 30~40m/s時磨損最嚴重 , 在 1?104~5?104h期間有可能使管子磨穿 。 因為省煤器處的煙溫低于過熱器煙溫 , 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)隨同煙氣流動的這無數(shù)個具有一定硬度的灰粒 ,對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 、 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)過熱器的磨損 。 7. 爐內(nèi)空氣動力場分布不盡合理 , 使實際燃燒時假想切圓偏大 , 造成受熱面磨損加劇 。 ? 在過去的 200MW機組上,因鍋爐的再熱器汽溫達不到要求,常采用煙氣擋板調(diào)節(jié)汽溫,將擋板開足增加低再側(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均對管內(nèi)壁帶來腐蝕 。 隨著給水速度提高 、 鍋爐熱負荷增加 、 溶解氧腐蝕也隨之加劇 。如果補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向管壁金屬的擴散 , 高溫下晶界強度低 ,H2與鋼中的碳和 FeC反應(yīng)生成 CH4。 一旦銅離子進入鍋爐而沉積在管壁上 , 便會產(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)。 實驗研究表明:熔融硫酸鹽積灰層對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除了能促進硫化物型腐蝕外,還會對管壁直接產(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一步氧化形成氧化亞鐵。我國燃煤含 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(大于 %) 才可能發(fā)生比較嚴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。在無機硫中 , 絕大多數(shù)為黃鐵礦硫,硫酸鹽硫只占較少比例。 ? 煤粉細度 太粗的煤粉不易燃盡,火焰拖長,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。 ? 參與變負荷調(diào)峰 當(dāng)前,為了滿足經(jīng)濟與社會發(fā)展的要求,電網(wǎng)的峰谷差增大,要求大型鍋爐參與變負荷調(diào)峰。可采用以下方法: ? 適當(dāng)縮小切圓直徑,以使強燃燒區(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,對于煤粉管道,一方面應(yīng)盡量減少它的彎頭及長度,另一方面可在管道內(nèi)裝設(shè)十字形的整流裝置來盡量消除氣流旋轉(zhuǎn)、加裝導(dǎo)流板來減輕因彎頭而引起的煤粉慣性分離;對于中儲式系統(tǒng),應(yīng)保持粉倉粉位高于最低粉位,防止出現(xiàn)煤粉流量及爐溫、氧量的大幅波動;對于直吹式系統(tǒng),應(yīng)注意控制一次風(fēng)壓不可太低;對于個別給粉機,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)對爐內(nèi)燃燒過程影響很小,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,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,可有效地保護水冷壁,使其不再發(fā)生高溫腐蝕。 前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕 加貼壁風(fēng)后的溫度場 未加貼壁風(fēng)的溫度場 水冷壁硫化物型高溫腐蝕 用金相顯微鏡和場發(fā)射掃描電鏡對腐蝕產(chǎn)物進行了系統(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 , SO3會與水蒸汽結(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 , 煙氣露點升高 。 凝結(jié)液中的硫酸濃度 。 隨著硫酸濃度的進一步增加 , 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 ,同時又受到拉 ( 壓 ) 應(yīng)力的作用就會產(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 ( 振動引起的熱應(yīng)力 ) 交變作用而發(fā)生的疲勞損傷 。 卡門渦流激振頻率的計算式為: 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, St= , Re??106時, St=) 一般易發(fā)生共振的頻率為 40~100Hz。 燃燒壓力脈動頻率范圍某實測數(shù)據(jù)為 ~。 引起熱疲勞的原因有: ? 使用水吹灰時 , 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; ? 基本負荷機組參予調(diào)峰運行 , 頻繁啟停和變負荷運行會產(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)計的水冷壁管內(nèi)徑小、管屏剛性差、管子熱敏感性強,且爐內(nèi)熱負荷偏差大,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
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