柳林電力有很責(zé)任公司1號爐于1995年11月7日正式投產(chǎn)至1996年5月份連續(xù)運(yùn)行3 600 h。1996年的5月份，屏式過熱器在短短的1個(gè)月內(nèi)連續(xù)爆管3次，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)對爆管進(jìn)行金相分析、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和不同部位設(shè)測溫點(diǎn)試驗(yàn)分析，得出較為合理的改進(jìn)措施。
1、設(shè)備概述
    柳林電力有限責(zé)任公司1號機(jī)組B&WB-410/9. 8-M型鍋爐系北京巴威公司制造生產(chǎn)，1995年11月份投產(chǎn)運(yùn)行，至今累計(jì)運(yùn)行5萬多小時(shí)，啟停137次。
1.1機(jī)組主要參數(shù)及與本文相關(guān)的主要參數(shù)
    過熱器出口壓力：9. 81 MPa。
    過熱器出口溫度：540℃。
    給水溫度：227℃。
    屏過額定工作壓力：9. 98 MPa。
    屏過額定工作溫度：510℃。
    屏過設(shè)計(jì)最高金屬壁溫：515℃。
    屏過設(shè)計(jì)規(guī)格：∮2×5 mm。
    屏過設(shè)計(jì)材質(zhì)：鋼102（12Cr2MoWVTiB外圈4根管）與鋼12CrlMoV（其余管圈）。
    設(shè)計(jì)屏間熱偏差：1.2。
    設(shè)計(jì)屏管間熱偏差：1.3。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，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1.2屏過原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
    屏過沿爐寬均布14屏，每屏均為W型，由12根∮2×5 mm的U型管組成，最外圈兩根管為夾屏管，最外圈4根管材質(zhì)為鋼102，其余為12CrlmoV鋼。
2、屏過頻繁爆管
    爆管發(fā)生：19 96年5月份，屏式過熱器在短短的1個(gè)月內(nèi)竟連續(xù)爆管3次，該爐從投產(chǎn)至爆管累計(jì)時(shí)間僅3600h。
    爆管位置：爐右數(shù)第2，3，4屏外圈管。
3、原因分析
3.1金相分析
3.1.1屏過材質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求
    兼用美國DU-4直讀型光譜分析儀分析結(jié)果說明：管材成份符合鋼102，材質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求。
3.1.2宏觀分析
    具有長期超溫爆管特征如下。
    a)爆口斷面均粗糙不平，爆口邊緣較鈍，爆口附近有較多平行于爆口的軸向裂紋。
    b)在鼓包處開裂，管徑脹粗明顯，爆口斷面粗糙不平，且附近有較多平行于爆口的軸向裂紋，外表有一層較厚的氧化皮。
    c)距爆口20 mm處管徑無明顯脹粗，管壁厚度不均，向火側(cè)4.6 mm，背火側(cè)5.1 mm。
    d)爆口均在管子向火側(cè)。
3.1.3微觀分析
    具有高溫蠕變失效特征如下。
    a)三組試樣破口處組織均為F+B回，B回沿晶分布，破口處組織明顯拉長。
    b)三組試樣破口處均有大量蠕變孔洞。
    c)蠕變裂紋發(fā)生以混合型（穿晶、沿晶）機(jī)制發(fā)展。
3.1.4金相綜合分析
據(jù)宏觀、微觀及運(yùn)行時(shí)間、鋼的蠕變特征綜合分析，三組試樣均具有典型長期超溫特征，管材較長時(shí)間在高溫段運(yùn)行造成管材高溫蠕變而失效。據(jù)拉爾森一米列爾公式推算，管壁溫度高達(dá)648℃～680℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼102≤600℃的要求，因而在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了爆管。
3.2結(jié)構(gòu)分析
3.2.1  同屏管間、不同屏間熱偏差大
    裝設(shè)測點(diǎn)進(jìn)行典型工況分析：在同一屏的不同管及不同屏的同一位置管的壁上加裝溫度測點(diǎn)，主要了解同一屏管與管間熱偏差及屏與屏間熱偏差，記錄典型工況進(jìn)行分析，如表1所示。
    工況一：89 MW。
    由表1計(jì)算可知：管間熱偏差136. 5/95.1=1. 44，屏間熱偏差100. 9/84. 33 =1. 20。
    同樣，在負(fù)荷98 MW時(shí)，投高加和不投高加也進(jìn)行了測算，結(jié)果見表2。
    可見，在89 MW負(fù)荷不投高加情況下，管間、屏間熱偏差已達(dá)1. 44和1.20，麗在98 MW負(fù)荷高加投入情況下，管間、屏間熱偏差可達(dá)1. 55和1.29如考慮不投高加，蒸汽量減少，燃燒加強(qiáng)將會造成更大熱,差，則管間、屏間熱偏差可高達(dá)1. 63和1. 35。在98 MW不投高加情況下，屏過最高壁溫高達(dá)657℃～187℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鋼102壁溫≤600℃的要求。此結(jié)論與金相試驗(yàn)分析結(jié)果(648℃—680℃)基本吻合。
3.2.2屏過結(jié)構(gòu)分析
    a)屏過結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱偏差：1，2點(diǎn)所在管離火焰太遠(yuǎn)，3，4，5，6點(diǎn)所在管線長，介質(zhì)流動慢，且又處于離火焰最近的位置，從而造成同屏內(nèi)熱偏差大。
    b)當(dāng)時(shí)本地煤質(zhì)優(yōu)、顆粒細(xì)，發(fā)熱量高，使離火焰較近的管壁超溫，使熱偏差更大。
    c)三次風(fēng)帶粉嚴(yán)重，造成火焰抬高，使熱偏差大（通過試驗(yàn)證實(shí)此因素影響不大）。
4、屏過改造方案
    a)去掉每屏的(1)，(2)，(13)管，減小溫度偏高、偏低區(qū)，降低熱偏差。
    b)每屏的(3)，(4)，(5)，(6)管提高適當(dāng)位置做屏管（提高的高度通過計(jì)算而得）可降低屏中最高溫度；且管長減少，流速加快，減小壁溫。
    c)如上改造后，考慮到外圈管即近火焰部位管材質(zhì)為鋼12CrlMoV，最高允許溫度低于鋼102，因而將后屏(13)管去掉，以提高流速，加強(qiáng)管子冷卻。
    d)通過計(jì)算，原12根管質(zhì)量流速為825 kg/m2．s，前屏10根管為990 kg/m2．s，后屏9根管質(zhì)量流速為1100 kg/m2．s，可見改進(jìn)后流速大大提高。
5、改造前后情況比較
    從表3可以看出改造后溫差降為26℃，54℃，大大降低了熱偏差。屏間溫差是由爐膛頂部熱負(fù)荷分布不均所致。
    可見，改造后屏內(nèi)管間，屏間溫差大幅下降。自1996年屏過改造至今已安全運(yùn)行5萬多小時(shí)，未見任何異常。
6、結(jié)論
    a)通過改造前的各種試驗(yàn)、分析確定改造方案。
    b)在改造過程中，應(yīng)考慮到管間熱偏差及管內(nèi)介質(zhì)流程的影響。
    c)屏間熱偏差及管材最高允許壁溫也是應(yīng)考慮的重要因素。
    d)通過結(jié)構(gòu)改造，降低管之間、屏之間的溫差，改善溫度分布狀態(tài)。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。