1、前言
    對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)，為了確保額定過(guò)熱蒸汽溫度的允許偏差在±5℃以?xún)?nèi)，既保證電廠循環(huán)效率，又達(dá)到機(jī)組安全可靠的運(yùn)行目的，就必須采用汽溫調(diào)節(jié)措施。目前比較多采用的是噴水減溫和擺動(dòng)火嘴2種方式的相結(jié)合。擺動(dòng)火嘴是針對(duì)布置有墻式再熱器的鍋爐用作再熱器調(diào)溫的手段，但是對(duì)過(guò)熱器同樣具有調(diào)溫作用。噴水減溫由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)溫幅度大和惰性小等特點(diǎn)，在電站鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)中得到廣泛應(yīng)用。不僅可以調(diào)節(jié)過(guò)熱器出口汽溫不超溫，還可以起到調(diào)節(jié)四角切圓燃燒方式中兩側(cè)汽溫偏差的作用。但是，由于減溫水溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該處過(guò)熱汽溫，而且噴水流量不斷變化，因此減溫器運(yùn)行條件相當(dāng)惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)噴水管（笛形管）斷裂、套管裂紋等缺陷。這些與調(diào)溫裝置本身、調(diào)溫手段、鍋爐運(yùn)行都有很大關(guān)系，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)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)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2、過(guò)熱器調(diào)溫系統(tǒng)及實(shí)際運(yùn)行狀況
    某廠于1998年投產(chǎn)的1025 t/h亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，設(shè)計(jì)的過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)方式為噴水減溫和擺動(dòng)火嘴相結(jié)合的方式。上三層擺動(dòng)火嘴設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)幅度為±20°，從而達(dá)到通過(guò)改變爐膛火焰中心位置和火焰長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)燃燒，進(jìn)而改變過(guò)熱器出口溫度的目的。兩級(jí)噴水減溫布置見(jiàn)圖1所示，一級(jí)減溫器布置在低溫過(guò)熱器到分隔屏的大直徑連接管上，其設(shè)計(jì)意圖是，以此作為主要的調(diào)溫手段，同時(shí)還可以起到保護(hù)后屏過(guò)熱器不至于發(fā)生超溫爆管，設(shè)計(jì)最大噴水量為35t/h。二級(jí)減溫器布置在后屏過(guò)熱器到末級(jí)過(guò)熱器的大直徑連接管上，能起到靈敏調(diào)節(jié)汽溫的作用，其最大優(yōu)點(diǎn)是安全、快速，設(shè)計(jì)最大噴水量為20 t/h。但是鍋爐投產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)擺動(dòng)火嘴因執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡死而不能擺動(dòng)，從而失去了調(diào)溫功能，過(guò)熱汽溫完全由兩級(jí)噴水減溫器來(lái)調(diào)節(jié)。
3、減溫器失效經(jīng)過(guò)及原因分析
3.1減溫器失效經(jīng)過(guò)
    2004年9月該鍋爐進(jìn)行了一次計(jì)劃性大修，檢修中用內(nèi)窺鏡對(duì)減溫器進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。鍋爐大修后整體啟動(dòng)運(yùn)行10h后，發(fā)現(xiàn)有一末級(jí)過(guò)熱器壁溫測(cè)點(diǎn)持續(xù)超溫，隨后發(fā)生了超溫爆管，后在該末級(jí)過(guò)熱器入口集箱內(nèi)發(fā)現(xiàn)一塊減溫器笛形管碎片(30×30 mm)。擴(kuò)大檢查該鍋爐一、二級(jí)減溫器笛形管，發(fā)現(xiàn)均已碎裂損壞。同時(shí)，該廠同型號(hào)1號(hào)爐（1997年投產(chǎn)）在加強(qiáng)監(jiān)視的情況下運(yùn)行一段時(shí)間后，利用停爐機(jī)會(huì)對(duì)過(guò)熱器減溫器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)一、二級(jí)減溫器笛形管也同樣出現(xiàn)了碎裂現(xiàn)象。另外，內(nèi)套管經(jīng)過(guò)檢查未有異常。圖2、3為1號(hào)爐一級(jí)和二級(jí)減溫器笛形管缺陷圖。圖4、5分別為2號(hào)爐一級(jí)和二級(jí)減溫器笛形管缺陷圖。經(jīng)過(guò)了解，其它電廠同類(lèi)型鍋爐減溫器也出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似缺陷，采取的措施各不相同。
3.2失效原因分析
    鍋爐設(shè)計(jì)要求噴水減溫器要有較好的霧化性能，因而減溫器噴管上設(shè)計(jì)成笛形，開(kāi)了很多小孔，使減溫水得到霧化。同時(shí)，為了避免噴人的水滴與管壁接觸引起熱應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞破壞，在減溫器內(nèi)裝有保護(hù)套管，其長(zhǎng)度應(yīng)大于水滴蒸發(fā)段的長(zhǎng)度。笛形管?chē)娝疁p溫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示，一級(jí)減溫器噴管φ76×6 mm，材質(zhì)為15 CrMo、內(nèi)套管+426×5 mm，材質(zhì)為SA- 387GR12CL1；二級(jí)減溫器噴管φ51×6 mm，材質(zhì)為lCr18Ni9Ti、內(nèi)套管+263×5mm，材質(zhì)為SA- 387GR22CLI。
    兩級(jí)減溫水均取自給水泵出口，溫度為179℃。一級(jí)減溫器處蒸汽溫度為445℃，二級(jí)減溫器處蒸汽溫度為513℃。因此，一旦有減溫水投運(yùn)時(shí)，笛形管處產(chǎn)生溫度應(yīng)力是不可避免的。根據(jù)分析：(1)笛形管背汽面和迎汽面存在著很大的溫度差，背汽面溫度低承受拉伸應(yīng)力，迎汽面溫度高承受壓縮應(yīng)力；(2)背汽面有小孔管段與光管段溫度不均勻存在應(yīng)力；(3)笛形管內(nèi)外壁由于壁厚也存在溫度應(yīng)力。從2臺(tái)鍋爐的減溫器缺陷圖可以看出一級(jí)減溫器笛形管均是在中心部位出現(xiàn)小片管碎裂，而二級(jí)減溫器笛形管則是從中間一排小孔出現(xiàn)1條長(zhǎng)裂紋，自末端往入口發(fā)展，有碎裂情況。這是因?yàn)槎��?jí)減溫器笛形管管徑小，相同壁厚承受溫度應(yīng)力能力更差。事實(shí)上，比較1號(hào)、2號(hào)爐減溫器笛形管裂紋隨著運(yùn)行時(shí)間增加的發(fā)展情況，可以看出，這種由于溫差引起的熱應(yīng)力始終存在，如果材質(zhì)不良，使用壽命則更短。文獻(xiàn)比較了lCr18Ni9Ti和12CrIMoV 2種材料作為二級(jí)減溫器笛形管的溫度應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)壁厚5 mm的前者受到的溫度應(yīng)力是壁厚3 mm的后者的2.06倍。
    此外，二級(jí)減溫水系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥由于行程調(diào)整不當(dāng)，出現(xiàn)過(guò)閥桿頂壞，后預(yù)留一定行程，造成減溫水有漏流，長(zhǎng)期漏流造成笛管始終承受溫差引起的溫度應(yīng)力，這也是原因之一。
4、處理方法
4.1定期檢查
    嚴(yán)格按照安全生產(chǎn)規(guī)程定期檢查減溫器，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理。檢查方法有2種：(1)將減溫器從導(dǎo)汽管上整體切割并移位。具有直觀、檢查比較徹底的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是工作量較大，尤其是焊接、熱處理工作量大大增加。(2)從噴水管座的上焊縫將給水管切開(kāi)，然后用角向磨光機(jī)和電動(dòng)磨具將噴管的上焊縫磨開(kāi)，抽出噴管，最后利用內(nèi)窺鏡對(duì)內(nèi)套筒進(jìn)行檢查。這樣做大大減少了工作量，并且使檢查取得了事半功倍的效果。
4.2更換性能更優(yōu)的材料，適當(dāng)減小壁厚
    從一級(jí)減溫器缺陷圖可以看出，使用超過(guò)20 000 h的笛形管缺陷是可以接受的。事實(shí)上，15CrMo在520℃以下具有較高的持久強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，因此一級(jí)減溫器笛管只做更換新備品處理。鍋爐二級(jí)減溫器笛形管設(shè)計(jì)材質(zhì)為lCr18Ni9Ti，屬于奧氏體不銹鋼，運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)就會(huì)出現(xiàn)裂紋和破碎現(xiàn)象，所以全部二級(jí)減溫器笛形管更換為珠光體鋼12CrlMoV，因?yàn)榇朔N材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)大，有利于傳熱，還具有較高的熱強(qiáng)性和持久塑性等特點(diǎn)。某鍋爐廠改進(jìn)型減溫器即采用12CrIMoV[3]。根據(jù)GB 9222 - 88水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算§4.6節(jié)中對(duì)壁厚的限制要求，適當(dāng)減小壁厚是可行的，壁厚減小可以減少由于壁厚引起的溫度應(yīng)力。因此新設(shè)計(jì)的二級(jí)減溫器笛形管壁厚為3 mm。
4.3加強(qiáng)設(shè)備管理和運(yùn)行調(diào)節(jié)
    減溫水系統(tǒng)閥門(mén)尤其是頻繁動(dòng)作的調(diào)節(jié)閥需要加強(qiáng)檢修維護(hù)，檢修后的行程調(diào)整由熱控和機(jī)務(wù)共同參與，確保調(diào)節(jié)到位。燃燒調(diào)整不當(dāng)會(huì)造成多用減溫水調(diào)節(jié)汽溫，從而引起減溫器溫度應(yīng)力，縮短減溫器使用壽命。因此，對(duì)減溫水系統(tǒng)閥門(mén)要加強(qiáng)檢修，防止漏流；加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)節(jié)，盡量減小減溫水流量和投運(yùn)時(shí)間，這樣可以延長(zhǎng)減溫器使用壽命。
5、結(jié)論與建議
    雖然不是所有1025 t/h鍋爐的過(guò)熱器噴水減溫器笛形管都會(huì)出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象．但是針對(duì)某型鍋爐重復(fù)發(fā)生類(lèi)似缺陷，提出以下建議，以提高鍋爐的安全可靠性。
    (1)減溫器笛形管裂紋破碎系長(zhǎng)期運(yùn)行的溫度應(yīng)力所致。
    (2)減溫器溫度應(yīng)力不可避免，但是采用更合適的材料可以延長(zhǎng)使用壽命。
    (3)加強(qiáng)檢查和消除缺陷，防止運(yùn)行中出現(xiàn)鍋爐停運(yùn)事故；優(yōu)化運(yùn)行調(diào)節(jié)，結(jié)合各種調(diào)溫手段，保證過(guò)熱汽溫正常，盡量減少減溫水用量。
（信息來(lái)自：富通新能源生物質(zhì)鍋爐http://m.hyaqg.cn/swzglcp/）