鍋爐防磨防爆受熱面失效原因分析

    鍋爐受熱面在運行中一側是以燃料燃燒所產生的高溫煙氣，一側是以高溫高壓的水和蒸汽，材料的使用環境相當惡劣，因而由材料失效所引起的事故時有發生。特別是當鍋爐燃煤多變、煤質差的時候，鍋爐受熱面產生超溫、磨損、積灰，結渣、腐蝕等一系列問題的可能性更大，造成受熱面的使用壽命降低，鍋爐省煤器、水冷壁管、過熱器管和再熱器管（簡稱“四管”）爆破泄漏現象頻繁出現；此外，隨著鍋爐向大容量、高參數方向發展，爐內結渣、水冷壁高溫腐蝕現象更為突出。因此，深入開展鍋爐受熱面失效機理及防治措施的試驗研究，對提高火力發電廠安全經濟性具有十分重要的意義。

鍋爐防磨防爆受熱面失效原因分析

1）高溫蠕變

金屬在一定溫度和應力作用下，隨著時間的增加慢慢地發生塑性變形的現象稱為蠕變，所發生的變形稱為蠕變變形，管子的蠕變變形也稱為蠕脹，溫度越高，蠕變速度越快。合金成份不同，開始出現蠕變的溫度也不同。對于某些低熔點的金屬如鉛、錫等，它們的再結晶溫度低于室溫，在室溫下就會發生蠕變；碳鋼當溫度超過（300-350）℃時，低合金鋼當溫度超過（350-400）℃時，在應力的長期作用下都會發生蠕變。蠕變可以在一種應力（拉應力、壓應力等）的作用下發生，也可以在復雜應力作用下發生，如火力發電廠中的主蒸汽管道和過熱器管是在復雜應力作用下發生蠕變的。但在多數情況下，引起蠕變的應力主要是拉應力。

2）高（低）溫腐蝕

鍋爐受熱面向火側由于受高溫煙氣和懸浮于其中的灰分的作用，各部位也會遭受不同類型、不同程度的腐蝕。這些腐蝕按習慣分高溫腐蝕和低溫腐蝕兩大類。高溫腐蝕又分純氣體腐蝕和熔融鹽腐蝕兩種。純氣體腐蝕包括腐蝕性氣體（為燃燒產物）腐蝕和高溫氧化；熔融鹽腐蝕則包括金屬熔融鹽溶解和金屬熔融鹽氧化兩種形式，前者是純物理過程，后者屬電化學腐蝕。由于金屬熔融鹽氧化是鍋爐受熱面向火側高溫腐蝕的最主要形式，由其造成的腐蝕損壞事故最多，因此，我們通常所說的鍋爐高溫腐蝕就是指熔融鹽腐蝕中的金屬熔融鹽氧化（習慣上代指熔融鹽腐蝕）。熔融鹽腐蝕按反應機理又可分為硫腐蝕（包括硫酸鹽腐蝕和硫化物腐蝕）和釩腐蝕兩類。低溫腐蝕機理由于鍋爐燃用的燃料都含有一定的硫份，燃燒時生成二氧化硫，其中一部分會進一步氧化成三氧化硫。三氧化硫與煙氣中的水蒸汽結合形成硫酸蒸汽。當受熱面的壁溫低于硫酸蒸汽露點時，硫酸蒸汽就會凝結成為酸液而腐蝕受熱面。（高溫腐蝕一般發生在水冷壁管段，低溫腐蝕一般發生在空氣預熱器冷端，省煤器末端也可能發生低溫腐蝕。）

3）煙氣磨損

鍋爐尾部受熱面因飛灰磨損容易發生爆破泄漏。過熱器、再熱器定位管（卡）松動或不到位，使之相互機械磨擦，可發生金屬表面機械磨損爆破泄漏。當燃燒器噴口安裝調整未達到設計要求、燃燒器噴口損壞及三次風帶粉嚴重，一、三次風噴口附近的水冷壁管，可能由于風粉氣流沖刷水冷壁管引起磨損爆破泄漏。三次風含有煤粉，每公斤空氣中約有0.1～0.2kg 的煤粉，以40～50m/s的速度噴進爐膛，會造成附近水冷壁管的沖刷磨損，鍋爐受熱面磨損一般可以分為飛灰磨損和機械磨損兩類，尾部受熱面以飛灰磨損為主，機械磨損次之。

4）膨脹不暢

當金屬材料的工作溫度或膨脹系數有差別時，各部分膨脹和收縮會相互約束而產生附加溫度應力，也稱熱應力。如果溫度發生變化，熱應力也將隨之變化，同時伴隨著彈塑性變形的循環，塑性變形逐漸積累引起損傷，最后導致破裂。金屬材料經受多次周期性熱應力作用而遭到的破壞稱為“熱疲勞”破壞。構件的熱應力往往與動態和表態的機械應力疊加在一起發生作用。對于塑性材料，當溫度變化幅度和速度小時，溫度循環引起的塑性變形小，而且塑性變形可使應力得到松弛，要多次溫度循環才能產生疲勞裂紋，而當溫度變化速度快，溫度變化的幅度較大時，一次溫度循環所形成的熱應力就會超過材料的斷裂強度，在這種情況下發生的破壞現象稱為熱沖擊。燃燒和冷卻不良的位置，加火焰中心水冷壁管段、省煤器汽塞、過熱器帶水、過熱器和再熱器上熱膨脹系數相差大的鐵素體鋼與奧氏體鋼焊接接頭，均可能發生熱疲勞破壞。同時膨脹間隙留出的余量不足時也容易造成受熱面管段彎曲變形，甚至爆管。

5）“四管”過熱

受熱面管過熱，是困擾火力發電廠鍋爐安全穩定運行的主要因素之一，過熱又可分為長期過熱和短期過熱。從統計數據看，以長期過熱較多，短期過熱較少。國內許多火力發電廠燃用無煙煤，該煤質除很難做到完全燃燒、極易滅火外，還易結焦。因為煤質原因，加之爐下部漏風較大，火焰中心上移，爐膛出口煙氣溫度高于設計值，使過熱器管和高溫再熱器管經常發生超溫，從而引起爆管。鍋爐受熱面管子在高溫、應力長期作用下，會引起蠕變變形。在規定限度內小量的蠕變變形是允許的，對正常運行影響不大。鍋爐受熱面管子在運行中由于某些原因使管壁溫度超過了額定溫度，雖然超溫的幅度不大，如（20-25）℃，但管子長期處于超溫善下最終會發生蠕變爆管。這種由于管子長期超溫而發生蠕變破裂的現象稱為長期過熱爆管。在這種高溫長時間作用下由于金屬原子擴散速度的增加，導致鋼材組織結構的變化，鋼的老化過程加快，鋼的熱強性降低，同時鋼的蠕變速度加快，蠕變破壞過程加速，使得管子的使用壽命達不到設計要求而提早爆破失效。長期過熱爆管一般發生在高溫過熱器管出口段的外圈向火側，通常過熱器爆管事故大多是長期過熱爆管。水冷壁管、凝渣管、省煤器管偶爾也發生這類爆管。

6）其它原因

“四管”爆漏的主要原因除了以上主要原因外，還有就是人為原因造成的爆管事故。由于檢修人員做保溫時疏忽大意，用電鉆將受熱面管打穿，或打進管子一部分；受熱面管材用錯（低等級管材用到高等級受熱面上）；需要熱處理的受熱面管子焊接后沒有進行熱處理或熱處理沒有按工藝執行；檢修時不慎將異物掉到管內，而沒有及時報告；人員對系統不熟悉將管子誤切割；沒有高壓焊工證的焊工進行高壓焊接作業等，以上所述都可以造成停爐爆管。