影响锅炉过热器再热器可靠性原因分析

现代大型火力发电厂为提高能源利用率，单机容量越来越大，向高参数发展，但是受钢 材承 压耐温能力的限制，蒸汽参数维持在确保受热面金属安全运行的临界范围之内。新型材料应 用可以提高受热面可靠性。 　　金属管壁超温、飞灰磨损、管外管内腐蚀、结构设计不周和检修质量不良等都会造成过热器 、再热器故障，从而使可靠性降低。爆管往往是由多种机理共同引起的，锅炉不同部位的受热面，由于受热条件不同，发生爆管的主要原因也不同。 　　1金属管壁超温 　　过热器、再热器是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件，而汽侧换热效果又相对较差，所以过热现象较多发生。当金属温度超过允许极限温度，内部组织发生变化，许用 应力降低，在管内压力下产生塑性变形，最后导致超温爆管。爆管是锅炉发生较多的运行事 故，主要是部分管子长期超温所致。 　　1.1运行调整不当 　　燃烧组织不好，火焰中心上移引起炉膛出口温度超过设计值，对流受热面吸热增强 ，使过热 器和再热器超温。如果减温水系统故障，高负荷情况下可能造成短时超温;或者减温水流量 不足、自动调节失灵，不能及时跟踪蒸汽温度变化，也会造成过热器短期超温。 　　1.2设计上的缺陷引起超温的因素 　　如果炉膛高度设计偏低，火焰中心偏斜，受热面选材裕度不够或错用材料，水动力工况差，蒸汽质量流速偏低和受热面结构不合理等因素都会造成超温或存在较大热偏差，出现局部超 温。 　　热偏差主要指蒸汽侧和烟汽侧热偏差。烟汽侧热负荷不均造成热偏差的原因为四角切圆燃烧 方式引起的烟速和烟温偏差，墙式布置旋流燃烧器因各只燃烧器热负荷不同引起的偏差。蒸 汽侧屏间流量偏差则存在于各种集箱布置系统，如采用三通结构将导汽管引入过热器、再热 器进口集箱，在集箱三通区域形成涡流，导致该区域的管屏流量偏低，从而造成流量偏差。 同屏受热面热偏差是由于内外圈管子的长度不同，形成同屏的流量偏差和受热面积偏差，导 致同屏各管吸热量不同。 　　1.3制造、安装、检修中引起超温的因素 　　制造、安装过程主要指出现管内异物堵塞而造成工质流动不畅、断路或短路等情况，导致局 部受热管超温。检修不当极易发生管内异物堵塞情况。如在换管过程中割管工艺不正确， 异物掉入垂直管段，或联箱内管座固定焊接物脱落等情况会引起局部受热面无流量或少流量 。 　　2受热面金属管的磨损 　　燃煤锅炉尾部受热面飞灰磨损是影响长期安全运行的主要原因，位于水平烟道的高温过热器 和再热器同样存在磨损问题。烟气携带灰粒和未燃尽颗粒高速通过受热面时，使管壁磨损变 薄，烟气流速越快，颗粒越粗、越硬，对管壁的撞击力就越大;烟气中灰浓度越大，撞击的 次数就越多，结果都将加速受热面的磨损。 　　飞灰磨损速率取决于灰粒成分(主要是SiO2)，煤中灰含量，灰粒动能及飞灰浓度。金属 磨损量与烟气流速的三次方成正比，因此，烟速大小对飞灰磨损速率有决定性影响，设计要 选取合理烟速，尽量减少烟速分布不均。 　　随着蒸汽吹灰投运时间累计到一定时间，很多电厂出现蒸汽吹灰通道金属管磨损严重，蒸汽 吹灰虽然起到清洁受热面改善传热的作用，但是吹灰蒸汽必然会加速局部烟气速度，如果吹 灰蒸汽参数选择不当，压力过高则蒸汽速度高，温度过低则会降低烟气温度使灰粒变硬。所 以蒸汽吹灰会造成过热器受热面金属管的磨损，尤其是再热器的磨损更需引起重视。 　　3受热面金属管的腐蚀 　　金属管受腐蚀作用，管壁会逐渐减薄，当管壁厚度小于一定值而没有得到相应处理，就会导 致腐蚀爆管事故的发生。腐蚀是指管外高温腐蚀和管内化学腐蚀。过热器、再热器因为还原性气体比炉膛低，腐蚀速度比水冷壁要小。一般认为高温腐蚀主要是煤中硫的腐蚀行为，主要是以硫酸为主要成分的熔盐腐蚀和H2S及硫氧化物造成的气态腐蚀。大量的研究结果认 为，在煤燃烧过程中，煤中硫化合物(FeS2和有机硫RS)与氧发生反应，同时在高温燃烧 中煤中的K、Na盐类转化为它们的高价氧化物K2O和Na2O，这些氧化物会与生成的SO3 反应，生成它们的硫酸盐，硫酸盐进一步与Fe2O3，SO3发生反应而生成复合硫酸盐。 这些复合硫酸盐在550 ℃～580 ℃的温度范围内呈熔融状态粘附在管壁上与Fe发生反应，从而加速了炉管的腐蚀。 　　管内化学腐蚀与结垢是当给水品质不良时，锅水中的Fe，Cu，Ca，Mg，SiO2等杂 质在蒸发受 热面中被浓缩，并从锅水中游离析出附着在管内表面，形成水垢，水垢的传热系数只有钢管 的1/200，热阻很大，使壁温上升，导致管壁过热鼓包或破裂。喷水减温水质不良，锅炉分 离装置损坏或其它原因使饱和蒸汽品质恶化时，过热器、再热器的管内可能发生结垢，引起 过热胀粗直至爆管。锅炉停用时，管内水或漏入湿空气中的O2、CO2和SO2与管内壁接 触会产生停用化学腐蚀。 　　4焊接质量 　　锅炉各受热面通过焊接组装而成，由于焊口数量多，焊缝与母材一样承受高温高压，因此焊 接质量和焊缝组织不合格是发生爆管的根源。 　　焊接缺陷会在运行中发生变化和发展，会使焊缝有效截面削弱，强度下降，造成应力集中， 最终导致爆漏。在运行温度下的持久强度试验表明，断裂一般总是发生在焊缝和它的热影响 区。因此对于合金元素含量较多的合金钢，焊前要进行预热，以减少焊接过程中的热应力，焊后进行回火或缓冷处理，以改善焊缝组织，消除焊接应力预防产生裂纹。 　　5提高过热器、再热器可靠性措施 　　坚持设备全过程管理，在锅炉选型、设计、制造、安装、运行和检修等方面加强质量控制。 在设计中避免结渣积灰、烟气走廊和水动力偏差及热偏差较大等情况。同时从运行方面加强 巡视和检查，发现泄漏现象及时采取措施防止事故扩大，损坏其它受热面管。 　　采用先进的检测手段，加强技术监督。对管道剩余寿命诊断的技术有理论计算的应力解析法 、实际构件切取试验样品的破坏性试验法和非破坏性无损探伤检测法等，做好受热面管道的 有效剩余寿命管理。同时加强锅炉压力容器安全监察、金属监督管理、化水品质监督管理可 以有效防止爆管事故的发生。 　　进行技术改造，改进吹灰系统，采取高温防磨措施保护受热面金属以减缓磨损速率。建立专门的防磨防爆制度，并纳入日常工作，做好运行中管壁金属温度监视，防止超温。在锅炉大 小修和临修中，对受热面管外腐蚀、胀粗、撕裂和磨损等情况做定期、有计划的检查，确定 合理的检修质量标准。