锅炉四管失效与控制..doc

京能集团运行人员培训教程
BEIH Plant Course
锅炉四管失效与控制
Four boiler tube failure and control
目录
1 锅炉管失效概述 3
2 锅炉管失效分析与防止措施 3
3
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35
42
57
60
61
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3 炉管失效附表 67
4 试题库 76
76
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1 锅炉管失效概述
各种汽水管道和锅炉受热面管子,都是按照一定的工作温度和应力设计其使用寿命的。如果运行中工作温度、应力超过设计值度,虽未超过极限值,也会使金属组织稳定性变差,蠕变速度加快,最后使其工作寿命缩短。 例如过热器在超温10~20℃下长期运行,过热器寿命会缩短一半以上。 根据试验研究材料达到破坏的时间与蠕变速度成反比,随温度的升高呈指数关系缩短。按照这一原理,在应力相同和条件下,不同温度的使用寿命,可用拉尔森米列尔近似方程来估算。
式中:
T:使用温度;
t:使用寿命时间;
σ:应力;C:常数;
C1:与材料老化有关的系数(老化因子)可通过每根管的实际材料状态参数测量结果分析确定。
应急状况计算σ=PD/Cδ式中:
P:压力;
D:管径:常数(与部件、材料、压力有关的系数)
2 锅炉管失效分析与防止措施
锅炉管失效类型:高温腐蚀、低温腐蚀、超温爆管(分长期超温爆管和短期超温爆管)、磨损失效、水(汽)侧的氧腐蚀(腐蚀疲劳)、汽水侧的垢下腐蚀、腐蚀热疲劳(烟气侧)、奥氏体不锈钢管的应力腐蚀断裂、水侧的热疲劳。由于管内压强大大超过减薄水冷壁管的强度,致使炉管瞬间爆裂并引起裂纹扩展,管爆后管内局部压力由于迅速下降,裂纹止裂。


(1)特点及原因
火电厂锅炉的水冷器、过热器和再热器的烟气侧存在的高温腐蚀与部件工作环境的温度、气体成分、煤质成分和煤粒的运动状况等因素有关,具有腐蚀速度快、腐蚀区域相对集中以及突发性的特点。例如煤粉在气流的作用下,在贴壁附近燃烧, 使其周围区域严重缺氧,形成还原性气氛,导致炉内腐蚀性气氛增强。在含氧量较高的区域H2S 的含量较低;而在含氧量较低且CO含量较高的区域H2S 的含量较高,导致严重的高温腐蚀。当蒸汽温度高于565
℃时,燃料灰分中含有较多的S、V 及碱性物质等成分时,往往在覆盖有熔盐或积灰层下的管壁上发生烟灰腐蚀。燃料中含有的S、V 及碱性物质越多,炉管金属的耐蚀性、耐热性越差,腐蚀越易发生;管壁温度越高,腐蚀越严重。锅炉受热面管子,在高温情况下,烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。烟气对管壁的高温腐蚀,主要是灰中的碱金属在高温下升华,与烟气中的SO3生成复合硫酸盐,在550—710℃范围内呈液态凝结在管壁上,破坏管壁表面的氧化膜,即发生高温腐蚀。另外,灰中的钒在高温下升华,并生成V2O5,在550—660℃时凝结在管壁上起催化作用,使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧(O),对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的,它将氧化膜破坏、生成、再破坏,管壁逐渐减薄,最后导致爆管。
高温腐蚀是炉内高温烟气与金属壁面相互作用的一个复杂的物理化学过程,按其机理通常可分为三大类:硫化物(FeS2、H2S)型腐蚀、焦硫酸盐型腐蚀和氯化物型腐蚀。多年研究表明,水冷壁管发生高温腐蚀的区域是有规律的:通常多在燃烧高温区,即局部热负荷较高,管壁温度也较高的区域,如燃烧器区附近,其余区域的高温腐蚀明显减弱或根本不发生高温腐蚀;发生高温腐蚀的管子向火侧正面的腐蚀速度最快,管壁减薄量最大,背火侧则不发生高温腐蚀。
高温腐蚀主要是煤中硫和氯的腐蚀行为。硫主要是以硫酸盐为主要成分的熔盐腐蚀和H2S及硫氧化物造成的气态腐蚀,氯主要是以HCl造成的气态腐蚀。在煤粉锅炉中,高温腐蚀主要有三种:硫酸盐型、氯化物型和硫化物型。
(2)SO2 和SO3 的生成
锅炉燃料普遍含S,在燃烧过程中S 几乎都氧化成SO2 ,其中约有6 %~7 %的SO2 进一步氧化成SO3。在高温状态下,SO2 和SO3 均呈气态。由于SO2 不易和高温水蒸汽结合,对锅炉受热面的危害不大,但SO3 能与水蒸汽结合生成H2SO4 ,对受热面有较强的腐蚀作用。
SO3 生成量与锅炉结构、燃烧室容积热强度、过剩空气系数及燃料品种等有关。锅炉型式不同,煤的燃烧率不同,生成SO2 和SO3 的量亦不同。链条炉约70 %、煤粉炉约85 %~90 %、旋风炉约95 %以上的S 燃烧生成SO2 和SO3