锅炉防磨防爆受热面失效原因分析

    锅炉受热面在运行中一侧是以燃料燃烧所产生的高温烟气，一侧是以高温高压的水和蒸汽，材料的使用环境相当恶劣，因而由材料失效所引起的事故时有发生。特别是当锅炉燃煤多变、煤质差的时候，锅炉受热面产生超温、磨损、积灰，结渣、腐蚀等一系列问题的可能性更大，造成受热面的使用寿命降低，锅炉省煤器、水冷壁管、过热器管和再热器管（简称“四管”）爆破泄漏现象频繁出现；此外，随着锅炉向大容量、高参数方向发展，炉内结渣、水冷壁高温腐蚀现象更为突出。因此，深入开展锅炉受热面失效机理及防治措施的试验研究，对提高火力发电厂安全经济性具有十分重要的意义。

锅炉防磨防爆受热面失效原因分析

1）高温蠕变

金属在一定温度和应力作用下，随着时间的增加慢慢地发生塑性变形的现象称为蠕变，所发生的变形称为蠕变变形，管子的蠕变变形也称为蠕胀，温度越高，蠕变速度越快。合金成份不同，开始出现蠕变的温度也不同。对于某些低熔点的金属如铅、锡等，它们的再结晶温度低于室温，在室温下就会发生蠕变；碳钢当温度超过（300-350）℃时，低合金钢当温度超过（350-400）℃时，在应力的长期作用下都会发生蠕变。蠕变可以在一种应力（拉应力、压应力等）的作用下发生，也可以在复杂应力作用下发生，如火力发电厂中的主蒸汽管道和过热器管是在复杂应力作用下发生蠕变的。但在多数情况下，引起蠕变的应力主要是拉应力。

2）高（低）温腐蚀

锅炉受热面向火侧由于受高温烟气和悬浮于其中的灰分的作用，各部位也会遭受不同类型、不同程度的腐蚀。这些腐蚀按习惯分高温腐蚀和低温腐蚀两大类。高温腐蚀又分纯气体腐蚀和熔融盐腐蚀两种。纯气体腐蚀包括腐蚀性气体（为燃烧产物）腐蚀和高温氧化；熔融盐腐蚀则包括金属熔融盐溶解和金属熔融盐氧化两种形式，前者是纯物理过程，后者属电化学腐蚀。由于金属熔融盐氧化是锅炉受热面向火侧高温腐蚀的最主要形式，由其造成的腐蚀损坏事故最多，因此，我们通常所说的锅炉高温腐蚀就是指熔融盐腐蚀中的金属熔融盐氧化（习惯上代指熔融盐腐蚀）。熔融盐腐蚀按反应机理又可分为硫腐蚀（包括硫酸盐腐蚀和硫化物腐蚀）和钒腐蚀两类。低温腐蚀机理由于锅炉燃用的燃料都含有一定的硫份，燃烧时生成二氧化硫，其中一部分会进一步氧化成三氧化硫。三氧化硫与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽。当受热面的壁温低于硫酸蒸汽露点时，硫酸蒸汽就会凝结成为酸液而腐蚀受热面。（高温腐蚀一般发生在水冷壁管段，低温腐蚀一般发生在空气预热器冷端，省煤器末端也可能发生低温腐蚀。）

3）烟气磨损

锅炉尾部受热面因飞灰磨损容易发生爆破泄漏。过热器、再热器定位管（卡）松动或不到位，使之相互机械磨擦，可发生金属表面机械磨损爆破泄漏。当燃烧器喷口安装调整未达到设计要求、燃烧器喷口损坏及三次风带粉严重，一、三次风喷口附近的水冷壁管，可能由于风粉气流冲刷水冷壁管引起磨损爆破泄漏。三次风含有煤粉，每公斤空气中约有0.1～0.2kg 的煤粉，以40～50m/s的速度喷进炉膛，会造成附近水冷壁管的冲刷磨损，锅炉受热面磨损一般可以分为飞灰磨损和机械磨损两类，尾部受热面以飞灰磨损为主，机械磨损次之。

4）膨胀不畅

当金属材料的工作温度或膨胀系数有差别时，各部分膨胀和收缩会相互约束而产生附加温度应力，也称热应力。如果温度发生变化，热应力也将随之变化，同时伴随着弹塑性变形的循环，塑性变形逐渐积累引起损伤，最后导致破裂。金属材料经受多次周期性热应力作用而遭到的破坏称为“热疲劳”破坏。构件的热应力往往与动态和表态的机械应力叠加在一起发生作用。对于塑性材料，当温度变化幅度和速度小时，温度循环引起的塑性变形小，而且塑性变形可使应力得到松弛，要多次温度循环才能产生疲劳裂纹，而当温度变化速度快，温度变化的幅度较大时，一次温度循环所形成的热应力就会超过材料的断裂强度，在这种情况下发生的破坏现象称为热冲击。燃烧和冷却不良的位置，加火焰中心水冷壁管段、省煤器汽塞、过热器带水、过热器和再热器上热膨胀系数相差大的铁素体钢与奥氏体钢焊接接头，均可能发生热疲劳破坏。同时膨胀间隙留出的余量不足时也容易造成受热面管段弯曲变形，甚至爆管。

5）“四管”过热

受热面管过热，是困扰火力发电厂锅炉安全稳定运行的主要因素之一，过热又可分为长期过热和短期过热。从统计数据看，以长期过热较多，短期过热较少。国内许多火力发电厂燃用无烟煤，该煤质除很难做到完全燃烧、极易灭火外，还易结焦。因为煤质原因，加之炉下部漏风较大，火焰中心上移，炉膛出口烟气温度高于设计值，使过热器管和高温再热器管经常发生超温，从而引起爆管。锅炉受热面管子在高温、应力长期作用下，会引起蠕变变形。在规定限度内小量的蠕变变形是允许的，对正常运行影响不大。锅炉受热面管子在运行中由于某些原因使管壁温度超过了额定温度，虽然超温的幅度不大，如（20-25）℃，但管子长期处于超温善下最终会发生蠕变爆管。这种由于管子长期超温而发生蠕变破裂的现象称为长期过热爆管。在这种高温长时间作用下由于金属原子扩散速度的增加，导致钢材组织结构的变化，钢的老化过程加快，钢的热强性降低，同时钢的蠕变速度加快，蠕变破坏过程加速，使得管子的使用寿命达不到设计要求而提早爆破失效。长期过热爆管一般发生在高温过热器管出口段的外圈向火侧，通常过热器爆管事故大多是长期过热爆管。水冷壁管、凝渣管、省煤器管偶尔也发生这类爆管。

6）其它原因

“四管”爆漏的主要原因除了以上主要原因外，还有就是人为原因造成的爆管事故。由于检修人员做保温时疏忽大意，用电钻将受热面管打穿，或打进管子一部分；受热面管材用错（低等级管材用到高等级受热面上）；需要热处理的受热面管子焊接后没有进行热处理或热处理没有按工艺执行；检修时不慎将异物掉到管内，而没有及时报告；人员对系统不熟悉将管子误切割；没有高压焊工证的焊工进行高压焊接作业等，以上所述都可以造成停炉爆管。