锅炉省煤器爆管的原因分析

1 省煤器超温爆管机理分析

锅炉省煤器超温爆管的原因非常复杂，主要由磨损、腐蚀以及振动引起。以下主要就这三方面探讨省煤器超温爆管的机理。

1.1 磨损

由磨损导致的爆管中，飞灰磨损是主要原因，影响的因素包括飞灰浓度、烟气流速、飞灰的磨损性能等方面；另外，省煤器的结构也会磨损。

1.1.1 飞灰浓度

飞灰浓度大，表明烟气中含灰量多，灰粒撞击受热面的次数增多，引起磨损加剧。我国煤种的多样性和电厂用煤的不确定性，使当前很多电厂的燃煤含灰量大于设计值。有的燃料灰分高达40。煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，增加了省煤器的磨损。

1.1.2 烟气流速

烟气流速是影响受热面磨损的最主要因素。一些研究表明，磨损量与烟气流速的2.3次次方成正比。烟气流速越高，则省煤器的磨损越严重。磨损量甚至能与烟气速度成n（n＞3）次方关系。原因可以解释为：冲蚀磨损源于灰粒具有动能，颗粒动能与其速度的平方成正比。磨损还与灰浓度（灰浓度又与速度的一次方成正比）、灰粒撞击频率因子和灰粒对被磨损物体的相对速度有关。若近似地以为vp≈vg时，磨损量就将和烟气的三次方成正比。烟气速度的进步，会促使上述原因的作用加强，从而导致冲蚀磨损的迅猛发展，所以烟气流速越大时，n值也就越大。另外，由数值实验表明，当颗粒直径较小时，n值将较大。最后应该指出的是，固然锅炉热力计算标准中所推荐的n值为3.3。但我们以为用直径分档的方法，先求出各档颗粒直径下的冲蚀磨损量，然后加权均匀较为正确。

1.1.3 省煤器结构的影响

所选省煤器的型式和结构不同，其磨损程度不同。

（1）在相同条件下，光管、鳍片管、膜式管束其抗磨性能依次减弱；

（2）省煤器管束顺列布置比错列布置磨损要轻；

（3）错列布置磨损最严重的为第二排管子，顺列布置磨损最严重的则在第五排之后；

（4）鳍片管省煤器的鳍片越高，磨损越严重。当鳍片高度较小（h=3㎜）时与光管的磨损程度较为接近。故加装小高度鳍片对防磨有利；

（5）膜式省煤器错列布置时，大管径比小管径的管子磨损要轻。

在设计或改造省煤器时，应对省煤器所采用的型式和结构进行综合考虑。

1.2 腐蚀

1.2.1 省煤器腐蚀的类型

省煤器的腐蚀包括管内腐蚀和管外腐蚀。

管内腐蚀属于氧腐蚀，也叫吸氧腐蚀，是指锅炉给水固然经过处理，但仍含有一定量的氧，而氧的化学性质很活泼，能与钢铁设备的铁元素发生反应，造成钢铁设备的腐蚀，天生铁的氧化物Fe2O3和Fe3O4，便是日常所说的铁锈。

根据上述氧腐蚀原理，在给水流经省煤器管内时，由于温度较高，极易发生省煤管内氧腐蚀，在管内壁上形成溃疡状腐蚀坑陷，危及省煤器的安全使用。省煤器的管内氧腐蚀通常是高温段轻于低温段，这是给水中的氧被逐步消耗的结果。

管外腐蚀属于硫酸腐蚀，也叫低温腐蚀，是指锅炉烟气在通过省煤器段时，由于省煤器管壁温度较低，烟气中的硫酸蒸汽便凝聚成酸液而附着在省煤器外管壁上，从而造成对省煤器的酸腐蚀。省煤器的管外腐蚀通常只发生在低温段。

1.2.2 原因分析 电站锅炉省煤器中面临最为严重的是管外低温腐蚀，因而着重探讨该腐蚀内在机理。燃料中的硫烧天生二氧化硫，其中一小部分还会天生三氧化硫，而三氧化硫与烟气中的水蒸汽会形成硫酸汽。烟气中的硫酸蒸汽在得到冷却温度下降到酸露点后，就会凝聚成液酸，液酸与烟气中的飞灰粘合便附着在冷却点的管壁上，从而给此处的钢管造成酸腐蚀。酸露点随着烟气中酸汽浓度的增大而升高，当烟气中酸汽的含量为0.005%时，酸露点可达130~150℃，实践证实酸露点越高，对省煤器的腐蚀越大，有时甚至还会危及到高温段省煤器。

1.2.3 省煤器低温腐蚀的影响因素

（1）电厂燃用煤所含硫分较高。硫分较高是引起省煤器腐蚀的一个重要因素。燃料中硫分、水分高，使燃烧天生的硫酸蒸汽份量多、浓度高，这就使得烟气中的酸汽露点（即凝聚温度）相对增高，而代温段省煤器的管壁温度又偏低，所以酸汽极易凝聚到低温省煤器管壁上，造成省煤器的腐蚀（露点腐蚀）。

（2）给水温度低是造成省煤器腐蚀的一个主要原因。给水温度低，使得省煤器的管壁温度下降，低于烟气中的酸汽露点时，酸汽使凝聚在省煤器管壁上与飞灰粘合在一起，形成对省煤器管的不断腐蚀。给水温度低对新装省煤器的影响最大。

（3）过量空气系数过大，表明烟气中的含氧量增加，这给燃烧中二氧化硫及三氧化硫的生成创造了有利条件，对省煤器的低温腐蚀也有一定的影响。

根据以上理论分析，一方面，给水温度低使省煤器管排壁温降低；另一方面，燃料中硫分大、水分大，再加上燃料的过量空气系数偏大，使烟气中的酸汽份额加大，引起酸汽露点升高。这两方面的不利因素综合，加剧了酸汽在省煤器管壁上的凝聚，促成腐蚀。

1.3 振动

1.3.1 管束搬起石头砸自己的脚动的形式

根据气流中刷管束的活动，热交换器可以划分成三大类，即：（1）气流横向于管子中心线的（横向活动）；（2）气流平行于管子中心线的（平行活动）：（3）气流烟管子中心线呈S形活动的（S形活动）。

横向活动时，激发是由于Karman涡流在单根管子的脱离而造成的。在平行活动的情况下，气流中的涡流是导致激发的根源。当管子一开始搬起石头砸自己的脚动，附着在管子上的气流（因形成临界层）的路径便成为弯曲的了。于是，气流作用于管子一个离心力，致使管子更加弯曲。按此方式，在气流和管子之间产生自激振动。而在S形活动时，不仅在横向活动时的涡流脱离，且在平行活动时的涡流，都会激发管子振动。振动是由涡流脱离激发，又由涡流强化的。这种振动主要在热交换器中。

1.3.2 省煤器的管束振动

省煤器的管束可以分成两种形式，即顺列和错列。振动事故大部分发发生在顺列布置中。例如，在国外一个火力发电厂过热器、省煤气烟道中振动的严重事故中，烟道壁上的振幅到了±0.211㎏/㎝2的数值，使烟道壁形成向外的永久变形。