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[摘 要]由于维护、调试、安装、制造、设计等原因，600MW超临界直流锅炉频繁出现四管（省煤器管、再热器管、过热器管、水冷壁管）爆管现象，多次被迫停炉消缺。本文以受热面爆管为例，从高温蠕变、氧化皮脱落、飞灰磨损等方面就600MW超临界直流锅炉爆管原因及预防措施进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。
[关键词]飞灰磨损 超临界直流锅炉 爆管 预防措施
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0387-01
1.前言
随着我国对于节能减排的大力支持，我国使用的大容量、高参数的超临界机组越来越多。但是由于维护、调试、安装、制造、设计等原因，600MW超临界直流锅炉频繁出现四管（省煤器管、再热器管、过热器管、水冷壁管）爆管现象，多次被迫停炉消缺。本文以受热面爆管为例，就600MW超临界直流锅炉爆管原因及预防措施进行探讨。
2.高温蠕变
2.1 产生高温蠕变的原因
高温蠕变是指在一定的应力和温度作用下， 随时间的增加，设备金属会缓慢地出现一定的塑性变形现象。金属蠕变速度与应力、温度成正比。在正常的工作压力和工作温度下，600MW超临界直流锅炉受热面管道有10～15万小时以上的使用寿命。但若长时间管壁温度都低于材料的下临界温度，但高于设计温度，那么则会出现蠕变速度加快、持久强度下降、管壁氧化减薄、碳化物球化的现象，最终导致出现爆管。受热面管道的使用寿命是与超温程度成反比，高温蠕变可出现在600MW超临界直流锅炉的水冷壁向火侧、再热器、低温过热器，但更多地是出现在高温再热器管道和高温过热器上。当径向蠕变量增大到一定程度， 600MW超临界直流锅炉受热面管道就会出现大量的晶间裂纹，而晶间裂纹持续扩大、持续积累，那么就会出现宏观轴向裂纹，进而造成爆管事故。
2.2 预防高温蠕变造成受热面爆管的措施
（1）基于运行角度来看，要尽量避免出现管壁超温、燃烧中心偏高的情况，要让炉内燃烧状态尽量维持在合理的水平；（2）基于维护、检修角度来看，应该定期割管开展组织性能试验，同时要及时更换已接近设计寿命的管道。（3）基于设计角度来看，应该根据600MW超临界直流锅炉受热面的工作压力和运行温度来对管材进行选择，要尽量避免高温工质受热面处于燃烧室内热负荷最大的区域。（4）基于安装角度来看，要尽量避免错用管材， 应装设壁温测点于易超温的受热面，同时为了避免管道堵塞，应该要保证受热面清洁。
3.氧化皮脱落
600MW超临界直流锅炉爆管基本上以氧化皮脱落导致受热面管道堵塞为主，氧化皮的剥落有2个主要条件：（1）氧化层达到一定厚度，通常不锈钢为0. 10 mm，铬钼钢为（0.2～0.5）mm；（2）温度变化幅度大，速度快，频度高。由于热胀系数的差异，当垢层达到一定厚度后，在温度发生变化，尤其是发生反复或剧烈变化时，氧化皮即很容易从金属本体剥离。
在600MW超临界直流锅炉运行过程中，氧化皮生成不可避免，应该，务必要重视高温蒸汽受热面中氧化生成和氧化剥落问题。基于设计角度考虑，应该尽量选择抗氧化性能较好的钢材作为600MW超临界直流锅炉高温蒸汽受热面用钢；基于生产运行角度来看，变负荷工况下为了避免出现剧烈、反复的蒸汽参数变化现象，应该对汽温汽压的变化速率进行严格控制，稳定运行工况下，应该尽量避免出现受热面局部超温（通常是由于气温偏差过大导致）。此外，为了将给水的钢铁氧化物含量尽可能地降低，必须对水系统的氧腐蚀进行及时地阻止，对于氧腐蚀，可以采取化学除氧，可加入二甲基酮肟等化学药物，二甲基酮肟可以将水中残余的氧去除掉，还能够完全覆盖在钢上局部阳极，增大阳极极化速度，减小腐蚀速度，还可以与CuO、Fe2O3进行还原反应，形成金属氧化物的单质，避免出现铜垢、铁垢。与此同时，要尽量避免将热力设备停用过程中所产生的腐蚀产物带入锅内。为了尽量减少补给水的含铁量，务必要采取相应的措施来避免出现炉外水处理系统腐蚀的不良现象。
4.飞灰磨损
4.1 飞灰磨损的原理
飞灰磨损是指600MW超临界直流锅炉受热面外壁由于受到烟气中飞灰的高速切削和高速冲击，进而导致受热面管道持续减薄。飞灰磨损严重的区域主要有烟气转弯处、易形成烟气走廊的部位、尾部烟道、炉膛烟道等。飞灰磨损还很容易出现在燃烧器附近的水冷壁管、出列的管子、高温段省煤器的烟气出口处和入口处、以及再热器、过热器的入口处弯头。抗磨性、管束几何形状、飞灰硬度、烟气流速、飞灰浓度、烟气速度等因素都会影响到飞灰磨损的程度。可以简化地认为： 烟气速度的三次方与飞灰磨损速度成正比，飞灰浓度与飞灰磨损速度成正比。
4.2 飞灰磨损的预防措施
在设计600MW超临界直流锅炉的尾部烟道受热面时，要对飞灰磨损问题予以充分考虑。烟气流速应该基于燃料飞灰特性来进行合理地选择。与光管省煤器相比，膜式省煤器的耐磨特性和传热特性都要更好些，因此，可以考虑优先采用膜式省煤器。为了避免出现烟气走廊，应该在易磨损管排上加设烟气挡板和防磨瓦。在600MW超临界直流锅炉运行过程中，要注意对煤粉细度和燃烧过量空气系数进行控制，保证煤粉细度均匀，同时使得烟气流速尽量降低。在維护、检修时，要注意对炉底的漏风部位和烟气通道壁面进行封堵和检查。对于那些已经存在着严重磨损问题的管道，应该加装防磨护板或者及时更换管道。
5.结语
总之，600MW超临界直流锅炉出现爆管现象，有可能是几个因素共同作用的结果，也有可能是某一方面的原因，要认真分析，然后有针对性地提出相应的预防措施。
参考文献
[1] 王晋一，李晓艳.自然循环锅炉汽包壁温差的控制及预防[J].电力安全技术. 2002（09）：110-113.
[2] 李力，贺凌岩，侯志宇.沈海电厂二台200MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析[J]. 东北电力技术.2004（06）：120-124.
[3] 李英，高增，侯君明.超临界锅炉过热器氧化皮形成和剥落机理分析及预防措施[J].热力发电.2007（11）：122-125.
[关键词]飞灰磨损 超临界直流锅炉 爆管 预防措施
中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0387-01
1.前言
随着我国对于节能减排的大力支持，我国使用的大容量、高参数的超临界机组越来越多。但是由于维护、调试、安装、制造、设计等原因，600MW超临界直流锅炉频繁出现四管（省煤器管、再热器管、过热器管、水冷壁管）爆管现象，多次被迫停炉消缺。本文以受热面爆管为例，就600MW超临界直流锅炉爆管原因及预防措施进行探讨。
2.高温蠕变
2.1 产生高温蠕变的原因
高温蠕变是指在一定的应力和温度作用下， 随时间的增加，设备金属会缓慢地出现一定的塑性变形现象。金属蠕变速度与应力、温度成正比。在正常的工作压力和工作温度下，600MW超临界直流锅炉受热面管道有10～15万小时以上的使用寿命。但若长时间管壁温度都低于材料的下临界温度，但高于设计温度，那么则会出现蠕变速度加快、持久强度下降、管壁氧化减薄、碳化物球化的现象，最终导致出现爆管。受热面管道的使用寿命是与超温程度成反比，高温蠕变可出现在600MW超临界直流锅炉的水冷壁向火侧、再热器、低温过热器，但更多地是出现在高温再热器管道和高温过热器上。当径向蠕变量增大到一定程度， 600MW超临界直流锅炉受热面管道就会出现大量的晶间裂纹，而晶间裂纹持续扩大、持续积累，那么就会出现宏观轴向裂纹，进而造成爆管事故。
2.2 预防高温蠕变造成受热面爆管的措施
（1）基于运行角度来看，要尽量避免出现管壁超温、燃烧中心偏高的情况，要让炉内燃烧状态尽量维持在合理的水平；（2）基于维护、检修角度来看，应该定期割管开展组织性能试验，同时要及时更换已接近设计寿命的管道。（3）基于设计角度来看，应该根据600MW超临界直流锅炉受热面的工作压力和运行温度来对管材进行选择，要尽量避免高温工质受热面处于燃烧室内热负荷最大的区域。（4）基于安装角度来看，要尽量避免错用管材， 应装设壁温测点于易超温的受热面，同时为了避免管道堵塞，应该要保证受热面清洁。
3.氧化皮脱落
600MW超临界直流锅炉爆管基本上以氧化皮脱落导致受热面管道堵塞为主，氧化皮的剥落有2个主要条件：（1）氧化层达到一定厚度，通常不锈钢为0. 10 mm，铬钼钢为（0.2～0.5）mm；（2）温度变化幅度大，速度快，频度高。由于热胀系数的差异，当垢层达到一定厚度后，在温度发生变化，尤其是发生反复或剧烈变化时，氧化皮即很容易从金属本体剥离。
在600MW超临界直流锅炉运行过程中，氧化皮生成不可避免，应该，务必要重视高温蒸汽受热面中氧化生成和氧化剥落问题。基于设计角度考虑，应该尽量选择抗氧化性能较好的钢材作为600MW超临界直流锅炉高温蒸汽受热面用钢；基于生产运行角度来看，变负荷工况下为了避免出现剧烈、反复的蒸汽参数变化现象，应该对汽温汽压的变化速率进行严格控制，稳定运行工况下，应该尽量避免出现受热面局部超温（通常是由于气温偏差过大导致）。此外，为了将给水的钢铁氧化物含量尽可能地降低，必须对水系统的氧腐蚀进行及时地阻止，对于氧腐蚀，可以采取化学除氧，可加入二甲基酮肟等化学药物，二甲基酮肟可以将水中残余的氧去除掉，还能够完全覆盖在钢上局部阳极，增大阳极极化速度，减小腐蚀速度，还可以与CuO、Fe2O3进行还原反应，形成金属氧化物的单质，避免出现铜垢、铁垢。与此同时，要尽量避免将热力设备停用过程中所产生的腐蚀产物带入锅内。为了尽量减少补给水的含铁量，务必要采取相应的措施来避免出现炉外水处理系统腐蚀的不良现象。
4.飞灰磨损
4.1 飞灰磨损的原理
飞灰磨损是指600MW超临界直流锅炉受热面外壁由于受到烟气中飞灰的高速切削和高速冲击，进而导致受热面管道持续减薄。飞灰磨损严重的区域主要有烟气转弯处、易形成烟气走廊的部位、尾部烟道、炉膛烟道等。飞灰磨损还很容易出现在燃烧器附近的水冷壁管、出列的管子、高温段省煤器的烟气出口处和入口处、以及再热器、过热器的入口处弯头。抗磨性、管束几何形状、飞灰硬度、烟气流速、飞灰浓度、烟气速度等因素都会影响到飞灰磨损的程度。可以简化地认为： 烟气速度的三次方与飞灰磨损速度成正比，飞灰浓度与飞灰磨损速度成正比。
4.2 飞灰磨损的预防措施
在设计600MW超临界直流锅炉的尾部烟道受热面时，要对飞灰磨损问题予以充分考虑。烟气流速应该基于燃料飞灰特性来进行合理地选择。与光管省煤器相比，膜式省煤器的耐磨特性和传热特性都要更好些，因此，可以考虑优先采用膜式省煤器。为了避免出现烟气走廊，应该在易磨损管排上加设烟气挡板和防磨瓦。在600MW超临界直流锅炉运行过程中，要注意对煤粉细度和燃烧过量空气系数进行控制，保证煤粉细度均匀，同时使得烟气流速尽量降低。在維护、检修时，要注意对炉底的漏风部位和烟气通道壁面进行封堵和检查。对于那些已经存在着严重磨损问题的管道，应该加装防磨护板或者及时更换管道。
5.结语
总之，600MW超临界直流锅炉出现爆管现象，有可能是几个因素共同作用的结果，也有可能是某一方面的原因，要认真分析，然后有针对性地提出相应的预防措施。
参考文献
[1] 王晋一，李晓艳.自然循环锅炉汽包壁温差的控制及预防[J].电力安全技术. 2002（09）：110-113.
[2] 李力，贺凌岩，侯志宇.沈海电厂二台200MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析[J]. 东北电力技术.2004（06）：120-124.
[3] 李英，高增，侯君明.超临界锅炉过热器氧化皮形成和剥落机理分析及预防措施[J].热力发电.2007（11）：122-125.