【正文】 “卡門渦流”：當(dāng)氣流橫向流過管束，在管束的氣體尾流呈現(xiàn)一種交替脫落的順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)的渦流稱為“卡門渦流”。 啟動和停爐時可能有含氯和氧的水團進入管道 ， 奧氏體鋼在濕空氣中 ， 也有可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂 。 受熱面的低溫腐蝕速度與金屬壁溫有一定的關(guān)系 ， 研究與實踐證明 ， 腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域有兩個：一個發(fā)生在壁溫在水露點附近；另一個發(fā)生在煙氣露點以下 2045℃ 區(qū) ， 兩個嚴(yán)重腐蝕區(qū)之間存在一腐蝕較輕的區(qū)域 。 隨著煙氣的流動 ， 會遇到溫度更低的受熱面 ， 煙氣中的水蒸汽和硫酸蒸汽還會繼續(xù)凝結(jié) ， 但這時凝結(jié)液中的硫酸濃度卻逐漸降低 。 影響低溫腐蝕的因素 硫酸蒸汽的凝結(jié)量 。 爐內(nèi)飛灰 ， 特別是含有堿性氧化物的飛灰 ， 對SO3有較強的吸附作用 ， 可使煙氣露點降低 。 硫酸蒸汽本身對金屬的腐蝕作用不大 ， 但在壁面上凝結(jié)的硫酸溶液對金屬有強烈的腐蝕作用 。 一定壓力下 ， 煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度稱 “ 酸露點 ” ， 酸露點高于水露點 ， 即煙氣在逐漸冷卻過程中 ， 硫酸蒸汽比水蒸汽先液化 （ 凝結(jié)在管壁上 ） ，易于附著在低于酸露點的金屬管壁上 ， 由于液態(tài)硫酸的蒸發(fā)溫度高于液態(tài)水的蒸發(fā)溫度 ， 這樣促進了硫酸溶液的濃縮 ， 加劇了受熱面的酸腐蝕 。 中間 層 富集的顆粒主要是灰顆粒和未完全反應(yīng)的煤顆粒。目前，采用等離子體噴涂水冷壁，有效使用周期可達五年，能滿足電廠正常檢修的需要。 ? 采用滲鋁管 采用滲鋁管作為水冷壁管也可以防腐。經(jīng)小孔進入爐膛的二次風(fēng)因受旋轉(zhuǎn)氣流的推力作用而偏轉(zhuǎn)，在壁面附近形成一層空氣保護膜，阻擋煤粉氣流沖刷水冷壁，改善壁面的氣氛，抑制水冷壁管的腐蝕速度。 其原理為：在切圓燃燒的鍋爐上，將一次風(fēng)噴口偏轉(zhuǎn)一定角度，使一次風(fēng)在爐膛中心區(qū)形成一個與原假想切圓方向相反的、直徑較小的假想切圓。試驗表明，當(dāng)煤粉細度較粗時，水冷壁管外的高溫腐蝕較嚴(yán)重，尤其是燃燒器供粉不均或供風(fēng)工況受到破壞時更是如此。 ? 檢查與調(diào)整各風(fēng)量擋板的調(diào)節(jié)位置，以避免配風(fēng)工況紊亂、燃燒過程難以控制以至于風(fēng)粉氣流刷墻等情況。 ? 可適當(dāng)開大直流式燃燒器的燃料風(fēng)擋板，使一次風(fēng)粉被高速的周界風(fēng)包圍起來，增加其剛性且避免大的偏轉(zhuǎn)。另外，如果負荷變化太快而影響正常的水循環(huán)，導(dǎo)致水冷壁局部溫度升高，也會加速高溫腐蝕。 ? 配風(fēng)狀況差 如果在運行中操作不當(dāng)，加上風(fēng)、粉配比不合理，則會導(dǎo)致爐內(nèi)配風(fēng)狀況很差，爐內(nèi)氧量及溫度的波動過于劇烈，氧化氣氛與還原氣氛交替在水冷壁附近出現(xiàn)，一、二次風(fēng)混合不完全，煤粉著火和燃盡程度差，且形成海綿狀的氧化層更有利于腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。目前在鍋爐機組的實際運行操作中，為了保證穩(wěn)定燃燒，往往采用較低的一次風(fēng)率和風(fēng)速（貧煤、無煙煤： 20~25m/s），而二次風(fēng)速一般為 40~45m/s，致使一、二次風(fēng)的射流剛性相差較大。 ? 管壁溫度與熱負荷較高 較高的管壁溫度為高溫腐蝕提供了條件，因在 H2S濃度不變時，若管壁溫度低于 300℃ ，則水冷壁不腐蝕或腐蝕很慢；若壁溫在 300~500℃ 范圍內(nèi)，則腐蝕速度與壁溫呈指數(shù)關(guān)系，即壁溫每升高 50℃ ，腐蝕速度增加一倍。煤中的硫可分為無機硫和有機硫。 因此，要確定大型鍋爐水冷壁是否發(fā)生了高溫腐蝕，可以通過停爐檢修時的水冷壁壁厚普查和運行時的壁面氣氛試驗測定，其依據(jù)為： ? 燃煤中的 S≥~%； ? 水冷壁附近 O≤%， CO＞ %， H2O ≥%； ? 腐蝕區(qū)域的水冷壁管壁溫度 t ＞ 350 ℃ （ 2）氯化物型高溫腐蝕 煤中存在一定量的 NaCl，其熔點（ 801℃ ）和蒸發(fā)點遠低于火焰溫度，進入爐膛以后即迅速汽化，以氣態(tài)的形式存在，在爐膛內(nèi)可能發(fā)生如下一些反應(yīng)： NaCl + H2O → NaOH + HCl 2NaCl + SO2 + 1/2O2 + H2O → Na 2SO4 + 2HCl 2NaCl + SiO2 + H2O → Na 2SiO3 + 2HCl 生成的 HCl氣體使管壁的氧化膜受到嚴(yán)重的破壞，形成汽化點很低的 FeCl2， FeCl2 馬上完全揮發(fā)，從而使管壁金屬直接受到 HCl的腐蝕，同時由于氧化膜受到破壞，使 H2S也能達金屬表面，加速管壁金屬的腐蝕速度。 另外，貼管壁氣氛中的 CO也是發(fā)生高溫腐蝕的必要條件。 ? 由黃鐵礦硫造成的腐蝕 黃鐵礦粉末隨高溫?zé)煔饬鲃拥焦鼙谏?，在還原性氣氛下受熱分解釋放出硫化亞鐵和自由原子硫： FeS2 → FeS + [S] 當(dāng)管壁附近有一定濃度的 H2S和 SO2 時，也可能生成自由原子硫： 2H2S + SO2 → 2H 2O + 3[S] 在還原性氣氛中，自由原子硫由于缺氧可單獨存在，當(dāng)管壁溫度達到 350 ℃ 時會發(fā)生硫化反應(yīng)： Fe + [S] → FeS H2S還可以透過疏松的 Fe2O3，與較致密的磁性氧化鐵（ Fe3O4 即 Fe2O3— FeO）中復(fù)合的 FeO 反應(yīng)生成 FeS： FeO + H2S → FeS + H 2O FeS緩慢氧化生成黑色磁性氧化鐵，使管壁受到腐蝕： 3FeS + 5O2 → Fe 3O4 + 3SO2 硫化物型腐蝕所生成的 FeS， 熔點為 1195℃ ，在溫度較低的腐蝕前沿可穩(wěn)定存在。當(dāng)硫酸鹽沉積厚度增加，爐管表面溫度升高至熔點溫度時， Fe2O3氧化膜被復(fù)合硫酸鹽溶解破壞，導(dǎo)致管壁金屬繼續(xù)腐蝕。 ? 硫酸鹽型高溫腐蝕 煤粉在爐內(nèi)燃燒時，礦物質(zhì)中的鈉揮發(fā)、升華，非揮發(fā)性硅酸鹽中的鉀通過置換反應(yīng)釋放出來，鈉和鉀與煙氣中的 SO3反應(yīng)生成硫酸鈉和硫酸鉀，其露點溫度在877℃ 左右。 (5)銅氨化合物腐蝕 在爐水處理中使用脫氧劑和中和胺等均可能產(chǎn)生游離氨 。 (3) 堿腐蝕 游離堿會在多孔性沉積物和管內(nèi)表面濃縮 ， 濃縮的強堿會溶解金屬保護膜而形成鐵酸根與次鐵酸根離子的混合物 當(dāng)管壁表面局部堿濃度超過 40%時 ， 會釋放出氫氣 ， 從而形成金屬表面深而廣的腐蝕 ，也稱延性腐蝕 。 (2) 沉積物垢下腐蝕 由于給水質(zhì)量不良或結(jié)構(gòu)缺陷防礙汽水流通，造成管道內(nèi)壁結(jié)垢。 2. 煙氣側(cè)腐蝕 ：可分為高溫腐蝕 、 低溫腐蝕 3. 應(yīng)力腐蝕 ：也稱沖蝕 ， 它是管道受到腐蝕和拉 （ 壓 ） 應(yīng)力的綜合效應(yīng) (二 ) 腐蝕故障機理 1. 管內(nèi)壁腐蝕 (1) 溶解氧腐蝕 由于 Fe與 O CO2之間存在電位差 ， 形成無數(shù)個微小的腐蝕電池 ， Fe是電池中的陽極 ， 溶解氧起陰極去極化作用 ， Fe比 O2等的電位低而遭到腐蝕 。 ? 吹損主要是由于吹灰器運行不正常引起的，濕蒸汽帶水或飛灰?guī)氪祷医橘|(zhì)中，也會吹損爐管。 9. 管束結(jié)構(gòu)的影響 ? 煙氣對管道的橫向沖刷比縱向沖刷造成的磨損嚴(yán)重； ? 橫向沖刷時 ， 錯列管束比順列管束的磨損嚴(yán)重； ? 飛 灰對管壁表面沖刷時的沖角為 30~55176。 5. 管材選用不當(dāng)?shù)挠绊? 某電廠引進法國 330MW配套鍋爐 ， 中溫過熱器布置在折焰角附近的高煙速 、 高熱負荷區(qū) ， 管道選材只注意熱強性 ， 而忽略了耐磨性的要求 ， 外圈管段選用的奧氏體鋼不耐磨 ，中溫再熱器用于管排定距的水冷卻隔離管選用了非耐磨鋼 ， 造成多次因磨損而爆管 。 (三 ) 磨損故障的相關(guān)因素 1. 煤質(zhì)的影響 若燃用煤質(zhì)灰分高于設(shè)計值 ， 因制粉設(shè)備出力的限制 ， 煤粉直徑大的粗顆粒將加劇對受熱面管壁的沖刷磨損 。 以 660MW機組鍋爐為例，估算流經(jīng)省煤器的灰量： 鍋爐在 MCR工況下每小時燃用含灰量 13%的國產(chǎn)煤 262噸 ，若按飛灰份額 90%， 年運行 6000小時計 ， 流經(jīng)受熱面的灰量將為 。 局部煙氣流速過高或煙氣不均勻流動均會加劇受熱面的磨損損傷 。 塑性磨損是固體顆粒長期重復(fù)撞擊管壁 ， 金屬自行脫落形成班點磨坑；切削磨損是氣 — 固兩相流高速運動中 ， 灰粒切削管壁危害性極大的磨損 。 2. 吹灰器造成的磨損 ：鍋爐運行要求吹灰器 （ 利用高壓水或蒸汽 ） 定時將受熱面管壁沉積的煤灰 、 污垢吹掃干凈 ， 以改善傳熱 ， 但若吹灰器安裝或運行操作不當(dāng)?shù)仍?， 會造成對管壁的磨損損傷 。 二 、 磨損 磨損引起的爆漏占比例也是比較大的 。 ， 造成下游管子得不到足夠的冷卻 。 6. 高壓加熱器投入率低 ， 給水溫度低于設(shè)計值 ， 為維持鍋爐的設(shè)計出力 ， 勢必要加大鍋爐的進煤量 ， 這樣會引起過熱汽溫上升 ， 造成過熱器管壁超溫 。 3. 管內(nèi)嚴(yán)重結(jié)垢或被異物 （ 金屬碎片 、 焊渣 、 泥砂等 ） 阻塞而使蒸汽流量減少或停滯 。 一 、 超溫過熱 (一 ) 類型 1. 短期過熱： 受熱面的工作溫度短時超過材料的下臨界溫度時 ， 材料強度明顯下降 ，在內(nèi)壓力作用下發(fā)生脹管和爆管現(xiàn)象 。 ? 質(zhì)量缺陷：焊接缺陷；材料缺陷。 爆管類型及特點 通過故障事故的分析，引起鍋爐四管爆漏可歸納如下幾方面原因： ? 超溫過熱：短期過熱；長期超溫。 區(qū)分了以上 3類爆管的特點，就可以采用不同的處理方案 第 1類爆管數(shù)量上一般占總爆漏次數(shù)的 50%以上。 （ 2）先天缺陷引起的爆管：這往往由于制造、安裝或檢修等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制問題引起，如焊接缺陷、缺陷部位的壽命因缺陷程度的大小變化很大。 過熱器%再熱器%水冷壁%省煤器% 國內(nèi) “ 四管爆漏 ” 的情況 華中地區(qū)“四管爆漏”事故統(tǒng)計 過熱器%再熱器%水冷壁%省煤器 7 . 5 %華東地區(qū)“四管爆漏”事故統(tǒng)計 華中地區(qū)火電機組 “ 四管爆漏 ” 技術(shù)原因分類統(tǒng)計 過熱%其它%質(zhì)量缺陷%腐蝕%磨損%疲勞%11 “四管爆漏 ” 的形狀 （ 1）水冷壁爆管 爐水水質(zhì)惡化， 水冷壁內(nèi)壁沉積結(jié)垢，造成垢下腐蝕導(dǎo)致爆管。 鍋爐的“四管”爆漏是火電廠中常見性、多發(fā)性故障，是長期困擾火電廠安全生產(chǎn)的一大難題，其引發(fā)事故率高，通常需停爐處理，故對發(fā)供電和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)影響很大。 “四管”爆漏是指鍋爐水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管產(chǎn)生泄漏及爆破。因此，如何更加有效地開展鍋爐“四管”爆漏防治工作，提高設(shè)備的可用率，進而提高企業(yè)經(jīng)濟效益是一個具有現(xiàn)實意義的課題。這類問題一般與運行時間相關(guān)，隨著機組運行累計時間的延長和設(shè)備的老化，這類問題呈現(xiàn)上升的趨勢。與前面兩類不同，這類爐管爆漏問題一般是由短期因素作用引起，它的發(fā)生機率和機組的運行時間無關(guān)。 第 3類爆管的發(fā)生雖然呈現(xiàn)一定的隨意性，但是通過加強設(shè)備技術(shù)管理工作也可以降低其發(fā)生的機率。 ? 疲勞：振動疲勞；熱疲勞；腐蝕疲勞。根據(jù)全國大機線鍋爐四管爆漏事故的統(tǒng)計，磨損、焊縫、過熱、腐蝕、拉裂等是引起鍋爐四管爆漏的主要原因。 2. 蒸汽質(zhì)量流速設(shè)計偏低和流量分配不均勻 。 5. 三次風(fēng)量大及鍋爐漏風(fēng)的影響 ：爐底除渣門經(jīng)常開啟 ， 爐底漏風(fēng)量加大以及三次風(fēng)量大均造成火焰中心上移 ， 使過熱器管壁溫度升高 。 ， 使傳熱效果下降 ， 造成管壁金屬過熱 ，性能降低 。在長期高溫高壓的條件下產(chǎn)生塑性變形和蠕變，最后導(dǎo)致爆管。 (一 ) 類型 1. 飛灰磨損 ：煙氣中燃燒氣體和飛灰構(gòu)成氣 — 固兩相流對管壁進行沖刷和切削 ， 這種對管壁造成的磨損危害甚大 。 4. 管內(nèi)汽水沖刷 ：汽水流速很快 ， 不斷對換熱器管內(nèi)壁進行沖刷 ， 在管道拐彎處尤為嚴(yán)重 (二 ) 飛灰的磨損機理 飛灰和煙氣構(gòu)成的氣 — 固兩相流 （ 含 SiO Fe2O Al2O3等 ） 對管壁造成兩種磨損：塑性磨損和切削磨損 。