鍋爐省煤器爆管的原因分析

1 省煤器超溫爆管機理分析

鍋爐省煤器超溫爆管的原因非常復雜，主要由磨損、腐蝕以及振動引起。以下主要就這三方面探討省煤器超溫爆管的機理。

1.1 磨損

由磨損導致的爆管中，飛灰磨損是主要原因，影響的因素包括飛灰濃度、煙氣流速、飛灰的磨損性能等方面；另外，省煤器的結構也會磨損。

1.1.1 飛灰濃度

飛灰濃度大，表明煙氣中含灰量多，灰粒撞擊受熱面的次數增多，引起磨損加劇。我國煤種的多樣性和電廠用煤的不確定性，使當前很多電廠的燃煤含灰量大于設計值。有的燃料灰分高達40。煤質變差，灰分增加，燃煤量也增加，造成煙氣中飛灰濃度劇增，增加了省煤器的磨損。

1.1.2 煙氣流速

煙氣流速是影響受熱面磨損的最主要因素。一些研究表明，磨損量與煙氣流速的2.3次次方成正比。煙氣流速越高，則省煤器的磨損越嚴重。磨損量甚至能與煙氣速度成n（n＞3）次方關系。原因可以解釋為：沖蝕磨損源于灰粒具有動能，顆粒動能與其速度的平方成正比。磨損還與灰濃度（灰濃度又與速度的一次方成正比）、灰粒撞擊頻率因子和灰粒對被磨損物體的相對速度有關。若近似地以為vp≈vg時，磨損量就將和煙氣的三次方成正比。煙氣速度的進步，會促使上述原因的作用加強，從而導致沖蝕磨損的迅猛發展，所以煙氣流速越大時，n值也就越大。另外，由數值實驗表明，當顆粒直徑較小時，n值將較大。最后應該指出的是，固然鍋爐熱力計算標準中所推薦的n值為3.3。但我們以為用直徑分檔的方法，先求出各檔顆粒直徑下的沖蝕磨損量，然后加權均勻較為正確。

1.1.3 省煤器結構的影響

所選省煤器的型式和結構不同，其磨損程度不同。

（1）在相同條件下，光管、鰭片管、膜式管束其抗磨性能依次減弱；

（2）省煤器管束順列布置比錯列布置磨損要輕；

（3）錯列布置磨損最嚴重的為第二排管子，順列布置磨損最嚴重的則在第五排之后；

（4）鰭片管省煤器的鰭片越高，磨損越嚴重。當鰭片高度較小（h=3㎜）時與光管的磨損程度較為接近。故加裝小高度鰭片對防磨有利；

（5）膜式省煤器錯列布置時，大管徑比小管徑的管子磨損要輕。

在設計或改造省煤器時，應對省煤器所采用的型式和結構進行綜合考慮。

1.2 腐蝕

1.2.1 省煤器腐蝕的類型

省煤器的腐蝕包括管內腐蝕和管外腐蝕。

管內腐蝕屬于氧腐蝕，也叫吸氧腐蝕，是指鍋爐給水固然經過處理，但仍含有一定量的氧，而氧的化學性質很活潑，能與鋼鐵設備的鐵元素發生反應，造成鋼鐵設備的腐蝕，天生鐵的氧化物Fe2O3和Fe3O4，便是日常所說的鐵銹。

根據上述氧腐蝕原理，在給水流經省煤器管內時，由于溫度較高，極易發生省煤管內氧腐蝕，在管內壁上形成潰瘍狀腐蝕坑陷，危及省煤器的安全使用。省煤器的管內氧腐蝕通常是高溫段輕于低溫段，這是給水中的氧被逐步消耗的結果。

管外腐蝕屬于硫酸腐蝕，也叫低溫腐蝕，是指鍋爐煙氣在通過省煤器段時，由于省煤器管壁溫度較低，煙氣中的硫酸蒸汽便凝聚成酸液而附著在省煤器外管壁上，從而造成對省煤器的酸腐蝕。省煤器的管外腐蝕通常只發生在低溫段。

1.2.2 原因分析 電站鍋爐省煤器中面臨最為嚴重的是管外低溫腐蝕，因而著重探討該腐蝕內在機理。燃料中的硫燒天生二氧化硫，其中一小部分還會天生三氧化硫，而三氧化硫與煙氣中的水蒸汽會形成硫酸汽。煙氣中的硫酸蒸汽在得到冷卻溫度下降到酸露點后，就會凝聚成液酸，液酸與煙氣中的飛灰粘合便附著在冷卻點的管壁上，從而給此處的鋼管造成酸腐蝕。酸露點隨著煙氣中酸汽濃度的增大而升高，當煙氣中酸汽的含量為0.005%時，酸露點可達130~150℃，實踐證實酸露點越高，對省煤器的腐蝕越大，有時甚至還會危及到高溫段省煤器。

1.2.3 省煤器低溫腐蝕的影響因素

（1）電廠燃用煤所含硫分較高。硫分較高是引起省煤器腐蝕的一個重要因素。燃料中硫分、水分高，使燃燒天生的硫酸蒸汽份量多、濃度高，這就使得煙氣中的酸汽露點（即凝聚溫度）相對增高，而代溫段省煤器的管壁溫度又偏低，所以酸汽極易凝聚到低溫省煤器管壁上，造成省煤器的腐蝕（露點腐蝕）。

（2）給水溫度低是造成省煤器腐蝕的一個主要原因。給水溫度低，使得省煤器的管壁溫度下降，低于煙氣中的酸汽露點時，酸汽使凝聚在省煤器管壁上與飛灰粘合在一起，形成對省煤器管的不斷腐蝕。給水溫度低對新裝省煤器的影響最大。

（3）過量空氣系數過大，表明煙氣中的含氧量增加，這給燃燒中二氧化硫及三氧化硫的生成創造了有利條件，對省煤器的低溫腐蝕也有一定的影響。

根據以上理論分析，一方面，給水溫度低使省煤器管排壁溫降低；另一方面，燃料中硫分大、水分大，再加上燃料的過量空氣系數偏大，使煙氣中的酸汽份額加大，引起酸汽露點升高。這兩方面的不利因素綜合，加劇了酸汽在省煤器管壁上的凝聚，促成腐蝕。

1.3 振動

1.3.1 管束搬起石頭砸自己的腳動的形式

根據氣流中刷管束的活動，熱交換器可以劃分成三大類，即：（1）氣流橫向于管子中心線的（橫向活動）；（2）氣流平行于管子中心線的（平行活動）：（3）氣流煙管子中心線呈S形活動的（S形活動）。

橫向活動時，激發是由于Karman渦流在單根管子的脫離而造成的。在平行活動的情況下，氣流中的渦流是導致激發的根源。當管子一開始搬起石頭砸自己的腳動，附著在管子上的氣流（因形成臨界層）的路徑便成為彎曲的了。于是，氣流作用于管子一個離心力，致使管子更加彎曲。按此方式，在氣流和管子之間產生自激振動。而在S形活動時，不僅在橫向活動時的渦流脫離，且在平行活動時的渦流，都會激發管子振動。振動是由渦流脫離激發，又由渦流強化的。這種振動主要在熱交換器中。

1.3.2 省煤器的管束振動

省煤器的管束可以分成兩種形式，即順列和錯列。振動事故大部分發發生在順列布置中。例如，在國外一個火力發電廠過熱器、省煤氣煙道中振動的嚴重事故中，煙道壁上的振幅到了±0.211㎏/㎝2的數值，使煙道壁形成向外的永久變形。