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0、前  言
    某電廠1號爐為HG - 1021/18.2 - WM型鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司采用美國燃燒工程公司（現(xiàn)為ABB - CE）技術(shù)制造的亞臨界壓力、一次中間再熱的自然循環(huán)汽包鍋爐，該鍋爐于1996年
1、投入運(yùn)行。
    該爐采用單水冷爐膛、尾部雙煙道，Ⅱ型半露天布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐爐膛四角布置直流式燃燒器，采用切圓燃燒方式，燃用混煤，固態(tài)排渣。設(shè)計時充分考慮了純燒晉東南無煙煤的可能性，采用了雙通道自穩(wěn)式燃燒器。每角燃燒器從上至下布置6層一次風(fēng)口，上3層一次風(fēng)口可上下擺動±（15°一20°），下3層固定不動。鍋爐爐膛斷面尺寸為12808mm x12 802 mm，為防止水冷壁系統(tǒng)發(fā)生傳熱惡化，在冷灰斗拐點(diǎn)以上的爐膛高熱負(fù)荷區(qū)域采用直徑為∮63、厚8mm、材料為SA - 178C的內(nèi)螺紋管。
    在1999年5月鍋爐大修后進(jìn)行水壓試驗時，發(fā)現(xiàn)爐膛水冷壁螺紋管泄漏，存在許多橫向裂紋。我們與電廠有關(guān)人員合作，對水冷壁橫向裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行調(diào)查試驗，研究分析了橫向裂紋產(chǎn)生的原因并提出了防止措施和建議。
1、產(chǎn)生橫向裂紋的情況
    該鍋爐從1996年1月投運(yùn)至1999年5月大修，累計運(yùn)行約15000 h．機(jī)組起停68次，不投油低負(fù)荷運(yùn)行可達(dá)160 MW．機(jī)組經(jīng)常參與調(diào)峰，燃料較雜。鍋爐大修后水壓試驗時，發(fā)現(xiàn)爐膛右側(cè)水冷壁從前向后數(shù)第67根內(nèi)螺紋管在標(biāo)高24m處泄漏。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，泄漏處為一橫向裂紋，且在泄漏處附近存在著多條縫隙狀橫向裂紋。電廠組織人員利用磁粉探傷等手段對水冷壁進(jìn)行了大范圍的檢查，查明右側(cè)水玲壁從63根至72根共10根管，在標(biāo)高22-28 m存在大量的橫向裂紋，裂紋的長度、深度不等，有些裂紋肉眼可見，有些細(xì)小的裂紋則在顯微鏡下可見。檢查割下的裂紋管，在管子向火側(cè)的內(nèi)表面環(huán)向約800的范圍內(nèi)存在水垢，內(nèi)壁有坑狀腐蝕，并且在螺紋根部有裂紋，有些管子的螺紋部分甚至已經(jīng)腐蝕掉，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、裂紋原因分析
    水冷壁產(chǎn)生橫向裂紋的原因很復(fù)雜，國內(nèi)大容量機(jī)組中，平圩電廠600 MW控制循環(huán)鍋爐和姚孟電廠300 MW直流鍋爐出現(xiàn)過類似情況。原因是負(fù)荷變化造成水冷壁壁溫波動而產(chǎn)生交變熱應(yīng)力引起的，該爐是自然循環(huán)鍋爐，水循環(huán)系統(tǒng)和特性與前二者不同。因此，需針對鍋爐的特性、運(yùn)行狀況和管子裂紋的實(shí)際情況具體分析，查明造成橫向裂紋的原因。
2.1水冷壁管失效特征
    鍋爐受熱面管子的失效是材料、環(huán)境、溫度、應(yīng)力等因素綜合作用的結(jié)果，呈現(xiàn)出各種不同的損壞形式，其機(jī)理也各不相同。因此，準(zhǔn)確地判定水冷壁管的失效形式，才能為查明原因提供更為可靠的依據(jù)。從該爐水冷壁裂紋管的外觀形狀看，裂紋泄漏處破口不大，管段無明顯脹粗，管壁減薄量不大。在爐內(nèi)的水冷壁外觀檢查中發(fā)現(xiàn)，在燃燒器區(qū)域的四周水冷壁管子外壁有一層約1mm厚的氧化皮，說明可能在鍋爐運(yùn)行期間，曾發(fā)生過因燃燒切圓過大或偏斜而造成的火焰貼壁。但在右側(cè)水冷壁裂紋泄漏處卻沒有氧化皮。通過金相檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋管的向火側(cè)外壁和內(nèi)壁組織均有碳化物在鐵素體晶界聚集以及石墨的析出，發(fā)生球化現(xiàn)象。因此，可斷定水冷壁管的失效不是由于短期超溫造成的。
    由肉眼觀察，裂紋管的向火側(cè)內(nèi)壁有大量垂直于管子軸線的環(huán)向裂紋，環(huán)向裂紋均呈縫隙狀，管子內(nèi)壁也有許多細(xì)小裂紋。一般來說，這種裂紋是由于管子受到交變熱應(yīng)力而引起的熱疲勞裂紋。
2.2結(jié)垢
    檢查裂紋管內(nèi)壁，結(jié)垢情況嚴(yán)重。對照CE公司的規(guī)定，結(jié)垢量大于15mg/cm2為中等結(jié)垢，結(jié)垢量大干40mg/cm2為嚴(yán)重結(jié)垢，（此數(shù)據(jù)系指管子向火面試樣，其結(jié)垢量包括軟性水垢和硬性水垢，水垢質(zhì)量／結(jié)垢面積）。根據(jù)電廠初步分析，水垢中古鐵偏高，氧化銅成分也偏高，磷酸鹽偏低。從試樣情況來看，垢下腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，除了有坑蝕外，局部地方內(nèi)螺紋部分已經(jīng)腐蝕掉，而背火側(cè)管內(nèi)壁較清潔。從該鍋爐水冷壁其他部位割管檢查情況來看，水玲壁管子也存在著不同程度的結(jié)垢情況。
    眾所周知，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)極差，只有金屬導(dǎo)熱系數(shù)的幾十分之一，大大降低管壁的放熱系數(shù)，導(dǎo)致管壁溫度的急劇升高。水垢在特定的條件下，由于電化學(xué)的作用，能夠引起微電池效應(yīng)；當(dāng)給水中含有過量鐵、銅離子時、會產(chǎn)生垢下腐蝕。
    美國CE公司對平圩電廠600MW鍋爐水冷壁泄漏管試樣的分析報告，也認(rèn)為水冷壁管子橫向裂紋與垢下腐蝕有關(guān)。如果酸洗不及時，水冷壁結(jié)垢和垢下腐蝕就會越來越嚴(yán)重。應(yīng)該指出，水冷壁的結(jié)垢和熱負(fù)荷成線性關(guān)系，熱負(fù)荷越高的區(qū)段，管子內(nèi)壁結(jié)垢的程度越嚴(yán)重。
2.3解析
    從泄漏處水冷壁管子試驗結(jié)果看，材料的化學(xué)元素含量符合規(guī)定，材料的屈服強(qiáng)度、延伸率等機(jī)械性能也符合要求，而且發(fā)生裂紋的管子都集中在一個回路上，在水冷壁的其他部位沒有發(fā)生裂紋，說明管子材料本身不是直接導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋的原因。
    從鍋爐水動力情況來看，該鍋爐是自然循環(huán)鍋爐，設(shè)計時已對每一個循環(huán)回路進(jìn)行了精確的水動力計算，鍋爐整個循環(huán)倍率為4.3，在管子出現(xiàn)裂紋的回路，計算循環(huán)倍率約為3，水循環(huán)是安全的。同時，自然循環(huán)鍋爐永循環(huán)具有補(bǔ)償性，在水循環(huán)特性較差的后水冷壁及延伸包墻均未發(fā)生水循環(huán)破壞情況，這說明水循環(huán)是可靠的。目前，國內(nèi)還沒有電站鍋爐水循環(huán)發(fā)生故障的報道。
    這次大量橫向裂紋分布在燃燒器區(qū)域剛性梁附近，爐外側(cè)是大風(fēng)箱。因此，電廠懷疑鍋爐結(jié)構(gòu)是否有問題。通過檢查，水冷壁向下膨脹是自由的，不受阻；剛性梁結(jié)構(gòu)也未異常；爐外大風(fēng)箱等情況也良好，此結(jié)構(gòu)是美國CE公司成熟的技術(shù)。我公司已完全消化吸收并掌握，不可能存在結(jié)構(gòu)問題。
3、結(jié)論
    由于鍋爐給水不符合要求，引起結(jié)垢，在爐右側(cè)泄漏處是熱負(fù)荷及熱流密度最大的部位，根據(jù)CE公司的經(jīng)驗，內(nèi)螺紋根部的熱流密度為向火側(cè)平均熱流密度的I．25倍。根部的高熱流密度導(dǎo)致較厚的水垢，水垢不僅導(dǎo)致傳熱的惡化，引起管壁超溫，而且引起垢下腐蝕；同時由于火焰的貼壁及燃燒的不穩(wěn)定性，負(fù)荷及運(yùn)行工況的變化（據(jù)了解該爐啟動及停爐頻繁，經(jīng)常參加調(diào)峰）引起管子壁溫的波動和不同程度升高，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力，在交變熱應(yīng)力的作用下，由于內(nèi)螺紋管剛度較大，易在螺紋根部產(chǎn)生疲勞破壞，隨著疲勞擴(kuò)展，產(chǎn)生了橫向裂紋，隨著裂紋的加深擴(kuò)大，逐漸發(fā)生了泄漏。
4、建議
4.1換管
    在燃燒器區(qū)域進(jìn)行認(rèn)真檢查，查出有裂紋的管子，予以更換；在熱負(fù)荷集中及結(jié)垢嚴(yán)重的地方，可將國產(chǎn)15CrMa光管換成內(nèi)螺紋管。
4.2酸洗
    對結(jié)垢清況進(jìn)行分析（對照CE公司標(biāo)準(zhǔn)），確定是否酸洗。
4.3加強(qiáng)運(yùn)行管理
    加大水質(zhì)監(jiān)控力度，確保合格的給水與爐水品質(zhì)；加強(qiáng)燃燒調(diào)整，防止火焰貼壁；避免長時間低負(fù)荷運(yùn)行，對停爐期間的保養(yǎng)也應(yīng)加強(qiáng)管理。