王凱 楊慧峰

摘要：某火電廠一期工程2×330MW機組分別于2005年10月和2006年5月投產。鍋爐為亞臨界參數，自然循環(huán)單爐膛，一次中間再熱，平衡通風，四角噴然，緊身封閉，固態(tài)排渣，設計燃用煙煤。爐膛四周由光管及內螺紋的膜式水冷壁組成。鍋爐采用四角切圓燃燒，布置五層煤粉噴管，寬調節(jié)比，上下濃淡分離擺動式燃燒器。水冷壁規(guī)格63.5×7，材質SA-210C。在2009年至2017年間發(fā)現爐內水冷壁管高溫腐蝕區(qū)域出現橫向裂紋，為此本文闡述了水冷壁橫向裂紋的產生原因分析。

關鍵詞：水冷壁管道;高溫腐蝕;橫向裂紋;疲勞開裂

一、水冷壁高溫腐蝕

#2爐2009年開始發(fā)現水冷壁高溫腐蝕問題。經過燃燒器改造、水冷壁噴涂等治理手段，水冷壁高溫腐蝕得到緩解，但高溫腐蝕從未停止過，自2017年至2021年3月，#2爐累計更換高溫腐蝕減薄超標水冷壁管3214米。

二、水冷壁橫向裂紋

1、橫向裂紋初期：早在2015年#2機組檢修進行防磨防爆檢查時，發(fā)現爐內燃燒器區(qū)域水冷壁高溫腐蝕區(qū)域管子外壁存在“橫向裂紋”，尤以爐膛#2角、#4角較為嚴重，由于當時對橫向裂紋的認識不足，且深度很淺運行中發(fā)展緩慢，因而未引起高度重視。

2、橫向裂紋擴展：在2017年#2爐檢修期間發(fā)現水冷壁橫向裂紋擴展，對存在裂紋的管子取樣，割下的管子進行檢查肉眼可見存在多處裂紋，對裂紋區(qū)域縱面剖開，滲透檢查，多數深度在0.5-1.0mm之間，個別深度達1.5-2.5mm，占壁厚的36.8%。

三、原因分析及采取措施

1、水冷壁高溫腐蝕原因初步分析

（1）煤質含硫量增加，是導致水冷壁高溫腐蝕加劇的主要原因。

根據該電廠運行規(guī)程燃煤成分及特性，四臺鍋爐設計煤質含硫量為≦0.83%，校準基硫0.91%，而從近幾年燃煤硫份均在1.5%左右，最高1.6%，根據相關文獻資料，含硫量1.0%以下的煙煤很少發(fā)生水冷壁高溫腐蝕;含硫量在1.2%-1.5%，水冷壁高溫腐蝕速率1.5-3mm/萬h;含硫量大于1.5%，水冷壁管高溫腐蝕會更加嚴重，部分腐蝕速率達2.6mm/萬h。

（2）低氮燃燒器改造，燃燒器區(qū)域的低氧燃燒運行方式，導致水冷壁腐蝕加劇，是近年來水冷壁高溫腐蝕的重要原因之一。

低氮燃燒器改造后易造成主燃燒器去出現局部的低氧燃燒，形成局部的還原性氣氛，造成水冷壁表面的高溫腐蝕。

DL/T612-2017第6.11.2條款：采用低氮燃燒技術的鍋爐水冷壁宜采用防止高溫腐蝕措施。

采用低氮燃燒技術的鍋爐，由此引發(fā)的問題是可能導致水冷壁出現高溫腐蝕，特別是前后墻對沖燃燒的鍋爐，該電廠鍋爐爐膛斷面尺寸為14048mm×12773mm的長方形，高溫腐蝕區(qū)尤以#2角前墻和#4角后墻最為嚴重，目前水冷壁側墻也已出現水冷壁高溫腐蝕問題。

（3）水冷壁噴涂質量差，防護效果差，也是導致水冷壁高溫腐蝕加劇的原因之一。

2、水冷壁橫向裂紋原因產生分析

（1）橫向裂紋特征：產生于水冷壁爐膛內管道的外壁，沿長度方向存在多條平行的肉眼可見裂紋并垂直于裂紋的方向擴展，屬于典型的疲勞裂紋（腐蝕性熱疲勞），裂紋由外壁向內壁擴展。

（2）橫向裂紋產生機理：

主燃燒器和燃盡風標高區(qū)域，壁面熱負荷高，而吹灰器附近管道由于吹灰頻繁和吹灰槍管帶水的原因，使得此三個區(qū)域工質參數和傳熱特性變化劇烈，且變化頻繁。為橫向裂紋高發(fā)區(qū)，是產生裂紋的本質原因。

機組點火啟動停爐、深度調峰、升降負荷等工況下，爐內水冷壁管道外壁收到冷-熱交變應力影響，再狡辯應力的反復作用下，造成塑性變形損傷的積累，從而在爐內水冷壁管道外壁產生裂紋，并由外壁向內壁擴展。

H2S等腐蝕性物質沿管子外壁的“微裂紋滲入”侵蝕母材，又加劇了水冷壁高溫腐蝕區(qū)域微裂紋的發(fā)展，故此類裂紋稱為“腐蝕性熱疲勞裂紋”。

個人認為高溫腐蝕不是橫向裂紋產生的主要原因，但是起到了加速的作用。

3、水冷壁裂紋分析

金相分析結果顯示管養(yǎng)裂紋區(qū)域組織均為鐵素體加珠光體，組織正常。管樣向火面（爐內側）外壁均可見穿晶型裂紋，由外壁向內壁擴展，內部充滿腐蝕產物。

4、水冷壁橫向裂紋采取措施

（1）機組深度調峰升、降負荷時，應盡可能控制升降負荷的速率，以減少拉應力對水冷壁管子的損傷。

（2）結合防磨防爆檢查對高溫腐蝕區(qū)域和吹灰器附近的水冷壁管子進行重點檢查，發(fā)現異常采取有效措施，對存在橫向裂紋的管子盡可能更換。

（3）換管焊接時，防止對口間隙過大，采取控制對口間隙，采用小電流等措施減少焊接應力，盡量降低焊接應力對存在高溫腐蝕橫向裂紋管子的影響，防止橫向裂紋擴展。

（4）換管時對舊管子側管口及附近區(qū)域打磨進行表面探傷，將存在的橫向裂紋徹底清除，防止其焊接時擴展。

（5）通過燃燒調整等措施盡可能壁面或減少水冷壁高溫腐蝕，新版DL/T612-2017中第13.5.4新增條款：加強鍋爐燃燒調整，改善貼壁氣氛，壁面高溫腐蝕。鍋爐采用主燃燒區(qū)過量空氣系數低于1.0的低氮燃燒技術時，應加強貼壁風氣氛監(jiān)視，C級及以上檢修時應檢查鍋爐水冷壁管高溫腐蝕情況

5、結語

（1）、據資料介紹，近幾年無論超超臨界、超臨界還是亞臨界均出現水冷壁管外壁橫向裂紋，分析認為其形成原因時腐蝕性疲勞所致。

（2）超超臨界、超臨界較亞臨界鍋爐水冷壁管外壁橫向裂紋的形成速度快;對于亞臨界鍋爐，水冷壁高溫腐蝕區(qū)存在的細橫向裂紋，運行中發(fā)展緩慢，僅在較大的應力狀態(tài)下裂紋才加劇擴展。

（3）水冷壁橫向裂紋檢查（表面探傷）費工費時，清理難度大。應尋找更簡便、有效的檢驗方法。

（4）應從燃燒調整等運行方式尋找較為徹底的解決方法。

（5）橫向裂紋事關鍋爐安全運行，是目前需要迫切解決的問題，應當引起高度重視。

參考文獻：

[1] 國家能源局.DL?612-2017?電力行業(yè)鍋爐壓力容器安全監(jiān)督規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2017.

[2]侯錫瑞.電站鍋爐壓力容器壓力管道安全技術[M].北京：電力出版社，2005

作者簡介：王凱，男，1985-，漢，寧夏銀川人，本科，工程師，研究方向：火電廠金屬材料