锅炉知识讲座

一：锅炉定期检验中常发现的问题1：热负荷较高或水循环流速较低区域如：水冷壁管、高温过热器发生过热、变形、鼓包、、高温腐蚀、胀粗、裂纹等缺陷；原因：检查实际用材质与设计材质是否相符、检查管子外表面是否有较厚的氧化皮，检查管子内表面是否有水垢、水渣，如短时间产生较厚的氧化皮，说明过热导致；再从现场实际分析，看看设计是否合理如设计受热面积过大；吹灰角度不当、水冷壁管、过热器管与炉墙几何尺寸不当形成烟气走廊等造成过热爆管的主要原因。处理意见：发生过热、变形、鼓包、高温腐蚀、裂纹；应更换；对于胀粗超过下列情况应进行更换：炭钢管胀粗量超过公称直径的3.5%或合金钢管胀粗量超过公称直径的2.5%时；对于磨损应进行强度校核计算，对于已不能保证安全运行到下一次大修时要更换。2省煤器入口集箱内部容易氧腐蚀、低温省煤器管排处易积灰和低温腐蚀；高温省煤器管弯头附近管子和烟气走廊管子冲刷严重。处理意见：加强除氧能力，保证一点的给水流量；加强吹灰，安装脱硫系统或配再循环热风，冲刷磨损严重处应安装阻流板、防磨瓦等有效措施。3：二：安装监检问题汇总（一）、目前我省正在进行的大型电站锅炉安装监检的总体情况，（项目，炉型，参数，）2007年同时开展24台大型电站锅炉安装监督检验，从高压到超超临界参数，自然循环到复合循环到直流锅炉，华电芜湖电厂一期2×660MW超超临界机组的锅炉是超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。锅炉设计参数如下：最大连续蒸发量2060t/h过热器出口压力27.4MPa过热器出口温度为605再热器蒸汽进口压力6.3MPa再热器蒸汽出口温度为603（二）、出现问题的原因1、近几年是中国火电建设的高峰期，2、设计、制造、安装等环节都处于能力无法满足项目的需求，处于设计、制造、安装等多同时：1）设计院的设计能力有限无法满足项目需求，甚至出现安装单位无图施工情况；2）制造环节能力不足，目前中国几大锅炉制造厂根本不能生产出如此数量的锅炉产品，只能把很多部件外包给一些制造能力较低的厂家，制造质量存在的问题严重；3）安装单位也存在能力不足，从管理、工艺、人员技术水平、数量等均存在问题，很多外包给水平较低的安装单位，管理困难，安装质量问题突出；3、业主对工程进度作为各方面考核的首要任务，片面赶工期，造成安装时出现很多问题（三）：问题汇总：本着监检与服务相结合的原则，我们除了按TSGG7001-2004《锅炉安装监督检验规则》的要求进行安装监检的同时，查阅制造单位的出厂资料，在安装监检中适时检查制造方面的质量问题，下面从以下几个方面来介绍我们监检中所发现的问题：监检的依据、制造资料问题，钢架验收阶段，受热面组焊、安装阶段，水压试验阶段等方面监检依据方面主要执行蒸规，同时在建设单位认可的基础上参考电力行业的一些规程规范，如电力建设施工验收技术规范的锅炉机组篇，管道篇，火力发电厂焊接技术规程等，这主要是针对在监检过程中曾发现某些安装单位片面执行电力规范而忽视《蒸规》的相关规定而言；制造资料及设备方面的问题主要表现在：电站锅炉均按部件出厂，整台锅炉的产品质量证明书、产品安全性能监督监督检验证书严重滞后，针对这一问题，我们的做法是：一方面以工作联络单的形式向建设单位指出该问题，要求他们与锅炉制造厂联系尽快提供相关资料，同时加强对设计图纸的审查工作，并严格按照《锅炉安装监检规则》的要求对到场的受监部件进行外观及硬度，光谱等的抽检工作，曾发现集箱的材质与图纸不符，强度计算有误等问题，这些锅炉厂均进行了回复；钢架安装方面主要存在以下问题：钢结构用高强螺栓连接副未按照规定比例抽检，所检项目不全，以及安装后未及时终紧或终紧力矩不够等，钢架承载前缓装件过多，未按规范要求进行炉架定期沉降观测，报验资料中的数据与施工纪录不对应等；受热面组焊及安装阶段主要存在以下问题：施工单位对到场的部件验收不细致，致使有些缺陷到安装后才发现，难以处理；合金钢部件的标示移植不按照规范进行，致使错用钢材，这点在杂项管道的施工过程中经常发现；受热面组焊后不进行通球检查或通球球径有误等，以及对口间隙过大，焊接前坡口未清理干净，强力组对等违规现象，；焊接方面：焊接工艺评定不能完全满足现场焊接需要；在承压部件上施焊人员无相应的资质，或者所持资格证件不是我们质监系统所签发；焊材管理方面：焊条发放回收制度执行不严，不使用保温桶，焊条使用前不按规范烘培等焊接过程中执行工艺纪律不严如：不按工艺要求预热就开始焊接，或预热方式、预热范围、预热温度不符合要求等；焊接过程中不按工艺要求控制层间温度，焊接中断后不及时采取后热处理，焊后热处理过程中存在热处理方式不符合工艺要求等问题，以及在雨中焊接，无防风、防雨措施。检测方面：一些焊口的外观不符合要求，如对口偏折度，错边量超标；有些检测工艺不能满足探伤要求如多次出现的安全阀接管对接焊缝两侧检测距离过短，无法实现100%UT检测；射线底片灵敏度不够，错评；硬度值超标：过高及过低现象（特别是T/P91，T/P92材质）水压试验前的检查中，象管排平整度，过热器，再热器，省煤器边缘管到炉墙的距离不符合要求，支吊装置中吊杆受力不均或不受力；一次密封件漏焊，个别管子相碰膨胀不畅等问题也经常出现。水压试验阶段：仪表，水质等以上是我们在监检过程中所发现的问题汇总，鉴于本人水平有限，有疏漏或者不妥之处，敬请各位领导与专家们给予指正，谢谢！三：（监督检验分为：安装、修理、改造）监督检验工作见证的基本要求

（一）根据监督检验的工作方式，在安装单位提供的工作见证上签字确认有以下三种形式：

1.根据提供的资料，对项目完成情况进行确认；

2.在现场对安装活动进行监督，在有关工作见证是签字确认；

3.对实物进行了检查（包括全面检查或者抽查），在有关工作见证上签字确认。

在工作见证上签字确认应当注明监检确认的方式（资料确认、现场监督、实物检查）和签字日期。

（二）监督检验情况必须作详细记录，包括监检确认方式和现场检查、抽查的项目以及监检结果；有具体数据要求，应当记录实际测量的数据的结果；进行无损检测的，应当按照有关规定出具无损检测报告。检验结果与安装单位提供的工作见证不一致时，必须将不一致情况在监检记录上做出详细记载。

监检记录表格由监检机构制定，在本机构正式颁发使用。

（三）《监检项目表》根据监检记录填写。锅炉监督检验重点检查的工序1.检查锅炉部件外观（主要检查是否在运输等过程中造成损坏、腐蚀）；

2.检查管件、管材、法兰等外够件质量证明、合格证，核查其选用、复验是否符合有关规定，必要时与实物核对；

3.核查合金钢材料及焊口光谱分析记录，并对合金钢管材进行不少于5%的光谱分析抽查；

4.核查焊接材料质量证明及复验材料；5锅炉基础、钢机构及悬吊的施工质量.现场核查锅炉房及锅炉安装位置；核查锅炉基础沉降记录及验收报告；.核查钢架组装质量、悬吊装置施工质量、高强度螺栓的检查记录或者报告；核查大板梁挠度及主要立柱垂直度检查记录、无损检测记录及报告，必要时进行实际抽查。6锅简、集箱（包括减温器）安装记录同时重点核查尺寸（如水平度等）记录，必要时进行实际抽查。锅简、集箱膨胀指示器安装记录同时

核查支座预留膨胀间隙测量记录，7受热面部件（包括水冷壁、对流管束、过热器、再热器、省煤器等）安装8焊接质量的控制：抽查焊接接头坡口加工质量（现场加工时）；核查焊接记录（包括焊接参数记录和焊接接头布置图，并与焊接工艺对照）；核查焊接接头的外观质量；抽查现场焊接人员资格（对照焊接接头布置图、焊接记录抽查焊工资格证件）；核查焊接接头无损检测报告及底片；对热处理后的焊接接头及热影响区进行硬度抽查；焊接接头割（代）样检查（必要时）；

核查焊接接头的焊后热处理记录；

必要时，对热处理后的焊接接头及热影响区进行硬度抽查；对合金材料的焊接接头，核查光谱分析记录，并进行光谱分析抽查，对于额定蒸发量大于等于670t/h的锅炉，抽查比例不少于1%，对于额定蒸发量小于670t/h的锅炉，抽查比例不少于5%；核查合金材料的焊接接头的力学性能检验报告及金相检验报告。9锅炉管道的安装：锅炉范围内管道包括主蒸汽管道、再热蒸汽冷（热）段管道、给水管道、以及锅

炉本体主要管道。锅炉本体主要管道包括集中下降管、分散下降管、给水分配

管、汽水连接管、饱和蒸汽连通管、过热蒸汽连接管、再热蒸汽连接管、减温

水管等。检查管材、管件、阀门等外够件质量证明、合格证，检查其选用、复验是否符合有关规定，必要时与实物核对。10管子的胀接质量的控制：现场监督胀接实验；核查胀管记录（胀管率、管端伸出量、扳边角度等），并现场抽查胀接质量。11水压试验：核查水压试验方案；现场核查试验用压力表的数量、量程、精度、计量标识、位置、安装等是否符合规定；检查试验压力及保压时间；监督升压、降压速度；12自动控制、报警装置：.核查高、低水位报警装置和低水位联锁装置的出厂质量证明、合格证、并检查其功能；.核查超压报警、联锁装置的出厂质量证明、合格证，并检查其功能（包括联锁压力值是否在低于安全阀起跳压力下动作）；.检查点火程序控制、熄火保护装置的功能；.必要时检查超温报警及联锁保护装置的功能。13总体验收，调试、试运行：.核查炉墙砌筑、保温、防腐记录，并抽查其质量；核查烘炉、煮炉（锅炉化学清洗）记录；.核查管道的冲洗和吹洗记录；现场监督安全阀整定并核查整定报告；核查调试和试运行记录及阶段性验收报告。14施工过程中质量管理体系运转情况.查阅现场安装组织机构、质量管理机构和相关质量管理责任人的任命文件；.查阅质量管理手册及程序文件；.查阅相关作业指导书；.查阅相关责任人员到位履行相应的职责和特种设备作业人员持证上岗情况；.核查施工过程中发生设计变更时办理的审批手续；.核实施工用设备和检验检测设备仪器检定证书，必要时与实物对照；检查受压材料（包括焊接材料）的管理（包括验收、保管、发放、回收、标识及移植）；.检查施工过程中不符合项或不一致项的处理情况；检查监检员提出问题的处理和反馈情况。四：锅炉定期检验对用户的要求：1、设备的风、烟、水、汽、电和燃料系统必须可靠隔断；2、根据检验需要搭设必要的脚手架；3、检验部位的人孔门、手孔盖全部打开，并经通风换气冷却；4、炉膛及后部受热面清理干净，露出金属表面；5、拆除受检部位的保温材料和妨碍检验的锅内部件；6、准备好安全照明和工作电源；7、进入锅筒、炉膛、烟道等进行检验时，应有可靠通风和专人监护；8：提供锅炉技术资料及有关锅炉记录。五：锅炉监督检验对施工单位的要求：

安装单位应当在安装现场提供以下材料和条件，并设专人做好以下配合工作。

1：施工计划；

2：质量管理手册和相关的管理制度；

3：质量管理人员、专业技术人员和专业技术工人名单和持证人员的相关证件；

4：安装设备的出厂文件、施工工艺及相应的设计文件；

5：施工过程的各种检查、验收资料；

6：安装监督检验工作要求的其他相关资料；

7：根据监督检验的情况，需要在现场设立固定办公场所的，准备必要的办公条件。锅炉专业知识锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。

锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

锅炉承受高温高压，安全问题十分重要。即使是小型锅炉，一旦发生爆炸，后果也十分严重。因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都制订有严格的法规。锅炉的发展

锅炉的发展分锅和炉两个方面。

18世纪上半叶，英国煤矿使用的蒸汽机，包括瓦特的初期蒸汽机在内，所用的蒸汽压力等于大气压力。18世纪后半叶改用高于大气压力的蒸汽。19世纪，常用的蒸汽压力提高到0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。

随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。开始只装一只火筒，称为单火筒锅炉或康尼许锅炉，后来加到两个火筒，称为双火筒锅炉或兰开夏锅炉。

1830年左右，在掌握了优质钢管的生产和胀管技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。

19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。

二十世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。

以前的火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉都属于自然循环锅炉，水汽在上升、下降管路中因受热情况不同，造成密度差而产生自然流动。在发展自然循环锅炉的同时，从30年代开始应用直流锅炉，40年代开始应用辅助循环锅炉。

辅助循环锅炉又称强制循环锅炉，它是在自然循环锅炉的基础上发展起来的。在下降管系统内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。直流锅炉中没有锅筒，给水由给水泵送入省煤器，经水冷壁和过热器等蒸发受热面，变成过热蒸汽送往汽轮机，各部分流动阻力全由给水泵来克服。

第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐渐成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27MPa压力配1300WM发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。

在锅炉的发展过程中，燃料种类对炉膛和燃烧设备有很大的影响。因此，不但要求发展各种炉型来适应不同燃料的燃烧特点，而且还要提高燃烧效率以节约能源。此外，炉膛和燃烧设备的技术改进还要求尽量减少锅炉排烟中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)

早年的锅壳锅炉采用固定炉排，多燃用优质煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管锅炉出现后开始采用机械化炉排，其中链条炉排得到了广泛的应用。炉排下送风从不分段的“统仓风”发展成分段送风。

早期炉膛低矮，燃烧效率低。后来人们认识到炉膛容积和结构在燃烧中的作用，将炉膛造高，并采用炉拱和二次风，从而提高了燃烧效率。

发电机组功率超过6兆瓦时，以上这些层燃炉的炉排尺寸太大，结构复杂，不易布置，所以20年代开始使用室燃炉，室燃炉燃烧煤粉和油。煤由磨煤机磨成煤粉后用燃烧器喷入炉膛燃烧，发电机组的容量遂不再受燃烧设备的限制。自第二次世界大战初起，电站锅炉几乎全部采用室燃炉。

早年制造的煤粉炉采用了Ｕ形火焰。燃烧器喷出的煤粉气流在炉膛中先下降，再转弯上升。后来又出现了前墙布置的旋流式燃烧器，火焰在炉膛中形成Ｌ形火炬。随着锅炉容量增大，旋流式燃烧器的数目也开始增加，可以布置在两侧墙，也可以布置在前后墙。1930年左右出现了布置在炉膛四角且大多成切圆燃烧方式的直流燃烧器。

第二次世界大战后，石油价廉，许多国家开始广泛采用燃油锅炉。燃油锅炉的自动化程度容易提高。70年代石油提价后，许多国家又重新转向利用煤炭资源。这时电站锅炉的容量也越来越大，要求燃烧设备不仅能燃烧完全，着火稳定，运行可靠，低负荷性能好，还必须减少排烟中的污染物质。

在燃煤(特别是燃褐煤)的电站锅炉中采用分级燃烧或低温燃烧技术，即延迟煤粉与空气的混合或在空气中掺烟气以减慢燃烧，或把燃烧器分散开来抑制炉温，不但可抑制氮氧化物生成，还能减少结渣。沸腾燃烧方式属于一种低温燃烧，除可燃用灰分十分高的固体燃料外，还可在沸腾床中掺入石灰石用以脱硫。

锅炉的工作

锅炉参数是表示锅炉性能的主要指标，包括锅炉容量、蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度等。

锅炉容量可用额定蒸发量或最大连续蒸发量来表示。额定蒸发量是在规定的出口压力、温度和效率下，单位时间内连续生产的蒸汽量。最大连续蒸发量是在规定的出口压力、温度下，单位时间内能最大连续生产的蒸汽量。

蒸汽参数包括锅炉的蒸汽压力和温度，通常是指过热器、再热器出口处的过热蒸汽压力和温度如没有过热器和再热器，即指锅炉出口处的饱和蒸汽压力和温度。给水温度是指省煤器的进水温度，无省煤器时即指锅筒进水温度。

锅炉可按照不同的方法进行分类。锅炉按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船用锅炉和机车锅炉等；按锅炉出口压力可分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、临界压力、超临界压力等锅炉；锅炉按水和烟气的流动路径可分为火筒锅炉、火管锅炉和水管锅炉，其中火筒锅炉和火管锅炉又合称为锅壳锅炉；按循环方式可分为自然循环锅炉、辅助循环锅炉(即强制循环锅炉)、直流锅炉和复合循环锅炉；按燃烧方式，锅炉分为室燃炉、层燃炉和沸腾炉等。

在水汽系统方面，给水在加热器中加热到一定温度后，经给水管道进入省煤器，进一步加热以后送入锅筒，与锅水混合后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁管内吸收炉膛辐射热形成汽水混合物经上升管到达锅筒中，由汽水分离装置使水、汽分离。分离出来的饱和蒸汽由锅筒上部流往过热器，继续吸热成为450℃的过热蒸汽，然后送往汽轮机。

在燃烧和烟风系统方面，送风机将空气送入空气预热器加热到一定温度。在磨煤机中被磨成一定细度的煤粉，由来自空气预热器的一部分热空气携带经燃烧器喷入炉膛。燃烧器喷出的煤粉与空气混合物在炉膛中与其余的热空气混合燃烧，放出大量热量。燃烧后的热烟气顺序流经炉膛、凝渣管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经过除尘装置，除去其中的飞灰，最后由引风机送往烟囱排向大气。

锅炉的结构

锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。

炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上，进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料，喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧，并适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转，并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。

炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。

炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。

锅筒是自然循环和多次强制循环锅炉中，接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒简体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。

锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。

锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽清洗装置、给水分配管、排污和加药设备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用挡板和缝隙挡板作为粗分离元件；中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器进行粗分离外，还用百页窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。锅筒上还装有水位表、安全阀等监测和保护设施。

为了考核性能和改进设计，锅炉常要经过热平衡试验。直接从有效利用能量来计算锅炉热效率的方法叫正平衡，从各种热损失来反算效率的方法叫反平衡。考虑锅炉房的实际效益时，不仅要看锅炉热效率，还要计及锅炉辅机所消耗的能量。

单位质量或单位容积的燃料完全燃烧时，按化学反应计算出的空气需求量称为理论空气量。为了使燃料在炉膛内有更多的机会与氧气接触而燃烧，实际送入炉内的空气量总要大于理论空气量。虽然多送入空气可以减少不完全燃烧热损失，但排烟热损失会增大，还会加剧硫氧化物腐蚀和氮氧化物生成。因此应设法改进燃烧技术，争取以尽量小的过量空气系数使炉膛内燃烧完全。

锅炉烟气中所含粉尘(包括飞灰和炭黑)、硫和氮的氧化物都是污染大气的物质，未经净化时其排放指标可达到环境保护规定指标的几倍到数十倍。控制这些物质排放的措施有燃烧前处理、改进燃烧技术、除尘、脱硫和脱硝等。借助高烟囱只能降低烟囱附近地区大气中污染物的浓度。

烟气除尘所使用的作用力有重力、离心力、惯性力附着力以及声波、静电等。对粗颗粒一般采用重力沉降和惯性力的分离，在较高容量下常采用离心力分离除尘静电除尘器和布袋过滤器具有较高的除尘效率。湿式和文氏—水膜除尘器中水滴水膜能粘附飞灰，除尘效率很高还能吸收气态污染物。

二十世纪50年代以来，人们努力发展灰渣综合利用，化害为利。如用灰渣制造水泥、砖和混凝土骨料等建筑材料。70年代起又从粉煤灰中提取空心微珠，作为耐火保温等材料。

锅炉未来的发展将进一步提高锅炉和电站热效率；降低锅炉和电站的单位功率的设备造价；提高锅炉机组的运行灵活性和自动化水平；发展更多锅炉品种以适应不同的燃料；提高锅炉机组及其辅助设备的运行可靠性；减少对环境的污染。

锅炉的分类：

工业锅炉

专用锅炉

燃油锅炉

双燃料锅炉

燃煤锅炉

电站锅炉

茶浴\锅炉

小型锅炉

燃气锅炉

电热锅炉

其它锅炉

可以从不同角度出发对锅炉进行分类：

1.按结构形式可分为锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉。

2.按用途不同可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。

3.按容量大小可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。习惯上，蒸发量大于100t／h的锅炉为大型锅炉，蒸发量20～100t／h的锅炉为中型锅炉，蒸发量小于20t／h的锅炉为小型锅炉。

4.按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p≤2.5MPa）、中压锅炉（2.5MP＜p≤5.9MPa）、高压锅炉（p＝9.8MPa）、超高压锅炉（p＝13.7MPa）等。

5.按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。

6.按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。

7.按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。第一节

防止电站锅炉事故的意义与对策

一、防止锅炉事故的重要意义

二、当前锅炉机组事故的特点

三、预防事故发生与扩大的措施

四、故障分析的目的、方法

一、防止锅炉事故的重要意义

电力工业的安全生产关系国民经济发展与人民生活的安定，也是电力企业取得经济效益的基础。锅炉机组是火力发电厂三大主机之一。可靠性统计表明，100MW及以上机组非计划停用所造成的电量损失中，锅炉机组故障停用损失占60％～65％，1995年100MW及以上锅炉及其主要辅机故障停用损失电量近120亿kWh。故障停用造成的启停损失（启动用燃料、电、汽、水）若每次以3万元计，仅此一项全国每年直接经济损失就达2400万元。与此同时每次启停，锅炉承压部件必然发生一次温度交变导致一次寿命损耗，其中直流锅炉水冷壁与分离器可能发生几百度温度的变化，从而诱发疲劳破坏。因此，防止锅炉机组的非计划故障停用，历来受到各级领导的重视。部《防止电力生产重大事故的二十项重点要求》中列出了防止大容量锅炉承压部件爆漏、防止锅炉灭火放炮，防止制粉系统爆炸等三项反措要求，要求逐项续贯彻。

为减少锅炉机组故障引起的直接与间接损失，减少故障停用带来的紧张的抢修工作，发电厂的安全监察、锅炉监察、技术监督工作者及全体检修、运行、管理人员，必须认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，落实反事故措施，提高设备的可用率，防止锅炉事故的发生。字串5

二、当前锅炉机组事故的特点

锅炉机组的事故特点是与锅炉所用的燃烧、锅炉结构、控制手段与工艺水平密切相关的。1955年发生在天津的田熊式锅炉下泥包苛性脆性，死亡77人的事故，如今由于淘汰了铆接、胀接工艺，此类事故已被消灭。由于给水品质的提高及蒸汽参数的提高，出现在中小型锅炉的水循环事故及表面式减温器事故也趋于消灭。随着自动控制水平的提高，锅炉缺满水及灭火放炮事故也逐步得到控制。与此同时，由于采用亚临界、超临界参数，采用悬吊式全密封结构，以及实现计算机控制等等，也带来了一些新问题需要研究解决。鉴于各局、厂情况不同，防范措施理当有所区别，本文仅根据国内电厂发生的锅炉故障情况，按严重程度与分布频率，提出以下分析意见。

（1）锅炉承重结构的变形、失稳使悬吊式锅炉坍塌是导致近年来锅炉报废的最终原因，必须高度重视支吊、承重结构的安全。

（2）炉外管道爆漏、受热面腐蚀、转动机械飞车、制粉系统爆炸、锅炉尾部受热面烧损是造成人员伤亡，设备严重损坏的主要原因。

（3）锅炉四管爆漏仍居当前锅炉机组非计划停用原因的首位。锅炉四管因蠕变、磨损、腐蚀、疲劳损坏以及焊口泄漏，常常可以因调度同意使用而不构成事故，但因其停用时间较长，直接、间接损失大仍是锅炉故障损失的主要因素，必须加以重视。

（4）锅炉辅机故障，包括送风机、引风机、磨煤机、排粉机、一次凤机、捞渣机、回转式空气预热器等转动机械卡转、振动、烧瓦等，此类故障约占锅炉机组故障停用次数的10％左右，常常是机组降出力的原因。

（5）热工保护装置故障误动引起机组跳闸，其次数随保护装置采用范围的扩大而有所增加，这是当前新机组投产初期运行阶段的常见故障。说明要解决如何进行设计、安装，使控制手段与设备性能相匹配，并缩短磨合期等问题特别需要对基建工序的安排与配合问题加以研究。但当前主要应防止因耽心误动而随意退用保护装置的倾向。

三、预防事故发生与扩大的措施

综合分析全国大型锅炉故障停用的原因，可以明显地发现，必须从设计标准、设计选型、制造安装、运行调试全过程努力，才能最有效地防止事故的发生。作为发电厂必须搞好检查、修理，认真整治设备，严格各项规章制度的贯彻执行，才能真正提高设备的可靠性。

同防止发电厂其他设备故障一样，防止事故发生与扩大的措施是：

（1）重视运行分析，推广在线诊断技术，提高预防性检修的质量。

（2）重视热工报警及自动保护装置的投用，反对强撑硬拼，把事故消灭在萌芽状态。

（3）事故后要认真分析事故原因，以便采取针对性的措施。同时要研究其他单位事故案例，分析潜在的不安全因素并采取相应措施。字串4

（4）加强燃料、汽、水品质、金属焊接管理，做好防磨防爆工作。

（5）要认真审定事故处理规程及“防灾预案”，运行人员要训练有素以正确判断与处理事故，避免灾难性事故的发生。

四、故障分析的目的、方法

控制电站锅炉故障主要在于预防，在于把缺陷消灭在酿成事故前。但是一旦发生了故障，在组织抢修的同时，分析故障原因也是安监人员与锅炉专业人员义不容辞的责任，不可偏废。

成功的故障分析可以避免类似事故的重演，加速抢修恢复，工作不有利于分清责任，从而提高设计、制造、检修、运行工作质量，也有利于合同的执行。不成功的故障分析往往导致事故的再次发生或导致反措资金的浪费。

例如，1984年10月，一台300MW机组的一台风扇磨炸裂飞车，风扇磨叶轮碎裂成23块，飞散在锅炉房零米层，当场打死检修班长李×，事故发生在检修后试转时，迅速查明原因才能在避免人身事故的前提下解决电网用电的需要（见图4-3-1）。事故调查组在记录好叶轮碎块分布状况的基础上，组织力量通过拼凑叶轮原貌，从分析断口裂纹发展方向着手找出了原始裂纹及裂纹起源点，从而把疑点迅速集中到修复叶轮磨损所用镶条的拼接点上。接着用着色探伤法逐台检查，发现只用此工艺修复的几台风扇磨叶轮的相应部位，都发现裂纹。由于很快找出了事故原因，从而可以有针对性地更换叶轮备件，使机组很快投入正常运行。字串2

而如某厂屏式过热器联箱管座角焊缝泄漏事故，从焊接接头断口宏观检查看，焊缝焊接质量确实存在缺陷，但由于没有细致分析，即决定全部管座重新施焊，事隔不到一年该处又连续发生管座焊口泄漏。最后查明原因是：该屏式过热器用振动吹灰，为了使全屏都振动而达到除灰的目的，在管间加装了固接棍，这样屏式过热器管上部由联箱管座固定，中部由固

接棍固定，由于管间不可避免地存在温差膨胀不畅以及对接时存在的焊接残余应力，导致焊口一再泄漏。当取消固接棍后，这部分焊口泄漏才能解决。说明第一次故障分析由于没有找到事故根源，不仅多耗了返修的资金，也导致事故的重复发生。

当然对于一些多因素、复杂的或不常见的事故，要求一次抓住主要故障原因，从而采取针对性的措施解决问题有一定的难度，但作为事故调查工作的目标与责任应该是：要找出事故根源防止重复性事故发生。

根据多数安监工作者成功的经验，在事故调查方法方面应该做到：

（1）掌握故障第一手材料。包括故障前运行记录，事故追忆打印记录，损坏部位的宏观状况，部件损坏的起源点及扩大损坏面的状况等。

（2）以事实及各项化验，试验数据为依据，避免主观忄意

断或过多的推论。

（3）在掌握各种损坏方式的特征及各种分析手段所能得出的结论的前提下，事故调查人员应当迅速组织取样、化验与测试。

（4）分析情况要有数量概念。在设计范围内超过设计范围，保护正确动作或定值不当或误动等都要用数据说明。

（5）根据部件失效的直接原因，查制造、安装、检修、运行历史情况，以规程、标准的规定为依据判定是非。

（6）要分析故障的起因，也要分析事故处理过程，从中找出故障扩大的原因与对策。

第二节

承重部件的损坏及其预防

《电力工业锅炉监察规程》规定锅炉结构必须安全可靠的基本要求是：①锅炉各受热面均应得到可靠的冷却；②锅炉各部分受热后，其热膨胀应符合要求；③锅炉各受压部件、受压元件有足够的强度与严密性；④锅炉炉膛、烟道有一定的抗爆能力；⑤锅炉承重部件应有足够的强度、刚度与稳定性，并能适应所在地区的抗震要求；⑥锅炉结构应便于安装、维修与运行。

以往分析锅炉部件故障失效，比较重视超温过热、腐蚀、磨损与焊接质量，是因为水管锅炉在汽、水压力作用下一旦汽管、水管、管道不能承受内压作用时，即发生爆破、泄漏；但自从采用悬吊式锅炉结构后，由于锅炉受热面、汽水联箱、管道、烟风煤粉管道都通过支吊架、梁、桁架，由钢柱承重；并以膨胀中心为零点，向下，向四周膨胀。一旦承重系统失效，部件附落，部件的几何形状即发生变化，同样可以导致锅炉部件故障失效。字串6

理论计算表明，一根细长的受热管可以承受很高的内压，但却不能承受一般的轴向压力，更不能承受侧向弯曲力的作用，所以必须重视由此而产生的变形失效。事故案例表明此类失效会导致锅炉报废，不可大意。

1988年4月某热电厂一台220t/h锅炉，由于炉膛内聚集的可燃气体爆炸，锅炉钢架不能承受爆炸引起的侧向作用力，炉后钢柱扭曲、断裂，炉顶大板梁失去支承点，向下向右塌落。于是锅炉省煤器、过热器、水冷壁也随之掉落并发生弯曲变形，回转式空气预热器也被压下沉，导致整台锅炉报废（见图4-3-2）。

1994年3月某热电厂的一台220t/h锅炉由于锅炉房起火，锅炉钢柱遇热屈服强度下降发生弯曲变形，致炉整体后倾10°，后移5.3m，汽包下沉2m，所有受热面下坍弯曲变形，锅炉报废。1993年3月某厂一台2008t/h锅炉由于大量堆集以及可能存在的塌焦、炉压突升等冲击力，使支撑该炉冷灰斗的钢结构失稳，组成冷灰斗的水冷壁管严重变形（见图4-3-3）。

除此以外，近年来国内电力系统由于支吊件失效，而发生的灰斗、煤斗、烟道、风道坍塌、受热面下沉的事故还有十余次，其中一次炉底风道跌落事故见图4-3-3。这些事故虽然没有构成全炉报废的特大、重大事故，但所造成的损失以及可能造成的人员伤亡，应该同样引起我们对承重部件安全状况的重视。字串9

纵观锅炉承重件损坏事故，我们不难发现支吊件损坏事故的几个特点：

（1）事故的突发性。锅炉承重部件基本可以分成三类。一类是受拉部件，如吊杆；另一类是受压部件，如钢柱、支承杆；再有一类就是受弯部件，如梁。他们都具有突发性损坏

的特点，如吊杆断裂、压杆失稳和桁架失稳。

所谓失稳或翘曲失效是指作用在支撑杆、支柱上的压力达到某一临界水平时，它们有时会突然发生例如弓起、褶皱、弯曲等几何形状上的剧烈变化。这时从强度观点，作用力产生的应力完全在设计范围内，但剧烈的几何变形而引起的大挠度可能破坏结构的平衡，形成不稳定的构形，使其突然崩溃，即通常所谓的失稳或翘曲失效。而吊杆的断裂因为常发生在具有应力集中特征的螺扣处，因而也具有突发性。

（2）修复困难。承重件一旦安装就位，就很难卸载，因而给修复带来难度。

（3）力的不确定性。锅炉受热膨胀，其他受力杆件的变形，将严重影响承重部件受力状况，除带受力指示标记的吊标外，一般难以了解受力状况。

（4）常常导致事故扩大。承重件的损坏使相邻承重件负载增加促进联锁损坏，同时也常常导致相关部件受力状况的变化而损坏。严重时可导致该部件的报废。

防止支、吊件损坏，应从防止超载及维持支、吊件承载能力两方面着手。当前应注意以下问题。字串8

（1）锅炉钢结构的工作温度。美国锅炉规范规定承重构件受热后温度不得大于315℃，这是因为钢材的屈服强度因温度上升而急剧下降。锅炉钢柱、钢梁急剧升温发生在锅炉房着火时。《建筑设计防火规范》中规定无保护层的钢柱、钢架、钢层架耐火极限只有15分钟，说是说在大火中钢结构很快变形失效。为此要求：①锅炉油管路，电缆的铺设要离开承重部件；②一旦发生火灾要组织力量控制承重部件的温度，此时立柱和大梁的冷却至关重要。

（2）要避免炉膛严重堆焦、转向室灰斗存灰、风道积灰与烟道存水等超载现象。

（3）锅炉刚性梁的作用是承受一定的炉膛爆炸力，其薄弱环节是角部绞接结构。在设计抗爆压力下，刚性梁的挠度f＝1/500。有怀疑时，应通过测试，确定是否需要加固。

（4）吊杆的安全性取决于力的分配及披屋内吊杆高温部位的强度是否满足要求，最好使用有承力指示的吊架。个别吊杆弹簧压死或不承力都是不正常的现象，要作为锅炉定期检验内容加以确认调整。

（5）现代锅炉普遍采用全密封膜式炉壁，并确立膨胀中心，为此在锅炉周围、上下设许多向构件，保证以膨胀中心为零点，向一定方向膨胀。凡是没有按设计值胀出的，必然存在残余应力，将涉及支吊架安全，务必要究其原因，以防意外。字串7

（6）要弄清锅炉承重部件的设计意图，哪些是受拉杆件，哪些是受压杆件，哪些接合部位要留间隙，哪些部件是要焊牢的。在安装与检修中严格贯彻设计意图，维持结构承重功能。

第三节

可燃物质的爆炸及其预防

一、可燃物质爆炸的机理及其危害

二、防止炉膛放炮事故对策

三、防止制粉系统煤粉爆炸

一、可燃物质爆炸的机理及其危害

可燃气体或粉尘与空气形成的混合物在短时间内发生化学反应，产生的高温、高压气体与冲击波，超过周围建筑物、容器、管道的承载能力，使其发生破坏，导致人身、设备事故，称为爆炸事故。

通常说，发生爆炸要有三个条件，一是有燃料和助燃空气的积存；二是燃料和空气的混合物的浓度在爆炸极限内；三是有足够的点火能源。天然气的爆炸下限约为5％，煤粉的爆炸下限是20～60g

1982年8月，某厂在检修后启动制粉系统时，煤粉仓爆炸，仓顶9块水泥板被掀起，一名输煤值班工被火、热烟烫伤，抢救无效死亡。

其他诸如制粉系统防爆门爆破引燃电缆架上积粉的火灾事故电缆及其它可燃物的火灾事故及煤粉管内爆燃使风管断裂的事故都说明锅炉可燃物质的爆炸威胁人身设备安全，修复困难应予重视。

二、防止炉膛放炮事故对策

锅炉发生炉膛放炮事故，以致水冷壁焊缝开裂，刚性梁弯曲变形，顶棚被掀起，烟道膨胀节开裂等设备损伤屡屡发生。究其原因：①设计上缺乏可靠的灭火保护和可靠的联锁、报警、跳闸装置；②炉膛刚性梁抗爆能力低；③运行人员处理燃烧不稳或熄火时方法不对；④燃料质量下降、负荷调节失当、给粉装及控制机构突然失灵等。防止锅炉灭火放炮已列入部颁二十项反措，包括炉膛安全监控系统（FSSS）在内的灭火保护装置已经在许多电厂推广使用，本文不再重复相关反措。以下强调说明几个观点

（1）关于灭火放炮的提法。部颁二十项重点反措之五，称为防止锅炉灭火放炮事故。正确的提法是炉膛爆炸因为炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不仅发生在运行中灭火时，检修动火点燃聚集的可燃物及点火时吹扫不够同样会发生爆炸而导致炉膛损坏。

常见炉膛中造成爆炸条件的情况是：①运行中灭火，进入炉膛的燃料没有切，经过一估时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃；②一个或几个燃烧器火焰熄灭，而其余燃烧器仍正常燃烧。从未点燃的燃烧器进入燃烧造成可燃物聚集；③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集；④燃料或空气瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集。可燃物聚集后引燃造成的炉膛压力升高超过炉膛承压设计强度，以致发生损坏，称为炉膛放炮或炉膛爆炸。不发生损坏的俗称“反正”或“打抢”。

正确的提法为的是有利于完整的引入以下反事故措施。①一旦全炉灭火，应立即切断进入锅炉的全部燃料，包括给煤、给粉和点火用油、气等。即所谓主燃料切断（MFT）；②锅炉点火前必须通风，排除炉膛、烟风道及其他通道中的可燃物聚集。通风时必须将烟风挡板及调风器打开到一定的位置，风量应大于满负荷风量的25％，时间不少于5min，以保证换气量大于全部容积的5倍（德国TRD规定是3倍）；③点火时要维持吹扫风量；一个燃烧器投运10s内（不包括投煤及煤粉达到燃烧器所需的延滞时间）点不着，就应切断该燃烧器的燃烧。有一些锅炉不具备单个燃烧器自身点燃及火焰监视的条件，除了需明了其保护功能的局限外，我们还是应强调灭火保护及吹扫联锁的两个必要性，不可偏废。字串5

（2）关于保护定值。为了避免爆炸，近年来必须装设炉膛安全保护装置的观点已取得了一致的认可。《火力发电厂设计技术规程》1994年版本已明确：“锅炉燃烧系统应设置炉膛火焰监视、炉膛灭火保护、炉膛压力保护和炉膛吹扫闭锁”。虽然此提法与美国防火协会（NFPA）的标准还有差别，但毕竟大大控制了炉膛爆炸事故。当前作为安全工作者要解决的是：①监督保护装置的投用，越是燃烧不稳、低负荷运行、或是新炉投煤运行，就越要投用保护装置。在投用过程中发现问题、解决问题。作为厂技术负责人要清醒地看到退出保护可能带来的后果；②关于保护定值问题。当前不论火焰监视相关的熄火保护和黑炉膛保护，单就炉膛压力保护而言，动作值的确定并不规范。从原则上讲随炉膛结构强度的提高以及燃烧方式的变化，定值不应相同。但有一种观点认为炉膛负压保护是为防止内爆的，而正压保护是防止炉膛爆炸的，这不对的。实际测量表明，正常情况下一旦锅炉灭火，炉膛负压先增大（即负值增大），而后由于吸风自动调节的作用以及煤粉爆燃而炉膛负压反正，所以炉膛负压保护对于火焰熄灭时迅速切断进入炉膛的燃料，从而减少爆炸威力有先期制止的作用。《电力锅炉监察规程修订说明》写明：“炉膛压力保护报警值视炉膛安全监控系统的功能而异，平衡通风锅炉炉膛压力报警值一般可取±0.4kPa；动作值应避开炉膛压力的正常波动（如吹灰、投停燃烧器及一些小的坍焦等等），当然庆远低于炉膛抗爆强度，以保证保护动作后炉膛压力继续升高时，炉膛各部分不发生永久变形”。“动作值应通过试验确定，作为试运行阶段的初始值，动作值可取＋1.5kPa和－0.75kPa。”过高的值也许可以防止误动，但冒拒动或保护动作过迟的风险似乎没有必要。字串6

（3）关于炉膛防爆门。事实已经证明大型锅炉炉膛防爆门不能防止炉膛爆燃时炉膛损坏。原苏联防爆规程已明确规定：60t/h以上的锅炉不装防爆门，在此必须予以明确，以利于炉膛安全保护装置的推广使用。

（4）使用气体燃烧的锅炉要执行GB6222《工业企业煤气安全规程》的规定，防止可燃气体在炉膛内聚集、爆炸。

三、防止制粉系统煤粉爆炸

正常运行中制粉系统中的煤粉浓度在较大的范围内波动，制粉系统中具备爆炸浓度条件几乎不可避免。因此制粉系统防爆对策包括：①防止点火源（如积粉自燃），②提高结构抗爆强度，③加设爆炸卸压装置，④惰性化处理。

（1）防止点火源自燃。其反措主要指积粉自燃，如煤粉仓壁的平滑，风粉管道及挡板的布置要避免煤粉聚集，运行中控制风粉温度及检修前放粉等。

（2）提高煤粉仓及制粉系统的结构强度。虽然制粉系统防爆反事故措施的基点是防止爆炸，但从防爆门爆破的发生率看，制粉系统的爆炸实际上没有根绝。要避免事故扩大，当前结构强度的问题应引起各方面的重视。前面提到的煤粉仓掀顶事故，就是结构强度不足的结果。粉仓顶是由9块厚6cm的水泥预制板加2～4cm水泥抹面（并无钢筋、螺栓固定）组成，计算表明2kPa的压力即可掀顶，而粉仓防爆门的爆破压力却为10kPa，足见其结构强度严重不足。苏联防爆规程规定装防爆门的制粉系统的部件计算压力为150kPa，而美国防爆规程规定，除制粉系统启动、运行中均匀充满惰性气体的情况外，制粉系统的设计压力应大于344kPa，按NFPA68“爆炸排放指南”所规定的原则设爆炸排放口的不在比例，作为电厂检修、运行工作者应注意制粉系统入孔门螺栓的完整以及煤粉管道法兰或抱箍的连接强度。字串8

（3）保持防爆门的防爆功能。试验表明容器中可燃粉尘点燃引爆后，防爆门动作压力、卸压面积，可燃粉尘特性值与爆后实际压力值有关。防爆门排气管的长度也与卸压能力有关。有的资料甚至断定，当容器的抗爆强度小于0.1MPa时，有长排气管的防爆门已不能达到防止容器损坏的目的。因此必须按设计要求布置足量的防爆门，并控制防爆门的卸压动作压力。此外，多数磨煤机防爆门与排粉机出口风箱防爆门位于零米层上部，一旦动作后从排放口喷出的火焰极易烧损附近的电缆，应注意防范。

（4）制粉系统惰性化。在制粉系统中惰性气体及水蒸汽的存在，会减少混合物的爆炸危险性。苏联防爆规程说明，在各种工况下，制粉系统中氧的容积份额小于16％，则不发生煤粉爆炸。有的资料提出用氮惰化空气煤粉混合物时的含最高允许氧量为14％，事实上用炉烟干燥的制粉系统较少发生爆炸，而引进的中速磨制粉系统虽不设防爆门，除在设计上提高设计抗爆强度外，还在磨煤机上装设了通入惰性气体（一般为氮气）的管接，并规定，制粉系统带负荷跳闸时，应通惰性气体，一直到磨煤机温度低于66℃或将剩煤排空为止。此点应引起各方面重视以免误事。

第四节

受热面烧损及预防

一、锅炉受热面烧损的原因字串6

二、防止尾部烟道再燃烧的措施

一、锅炉受热面烧损的原因

锅炉受热面是将烟气中的热量传递给汽、水、空气的界面，在没有汽、水、空气这些冷却介质时，受热面的温度便会很快接近或达到烟温。煤、油正常燃烧可能达到的温度为1500℃～1600℃，高于钢铁的熔点，由此引起的钢材熔融、氧化称为烧损。一台670t/h炉为了停炉保养烘干过热器内的积水，错误的点油枪升温，由于当时水冷壁无水，不久水冷壁管被烧穿，当然这样的例子是极个别的。发生在发电厂中受热面烧损离主要是空气预热器及省煤器受热面烧损（也有过电气除尘器烧损的报导），通常称为锅炉尾部烟道再燃烧，或称二次燃烧，一台2008t/h锅炉在调试过程中先后于1995年10月13日和11月20日发生空气预热器着火，两台空预器传热元件遭受不同程度的损坏。究其原因是炉膛内未燃烧的可燃油垢（炭黑和油滴）沉积在尾部受热面上。当温度与氧量条件合适，便自燃起火。紧急停炉后空气预热器停转，从关不严的烟、风挡板漏入空气等，常常是促进油垢着火的原因。

二、防止尾部烟道再燃烧的措施

锅炉尾部烟道再燃烧的主要原因是炉膛燃烧恶化，特别是启动和带低负荷期间燃烧不完全，可燃物带至锅炉尾部并在那儿聚集。防范措施包括防止可燃物沉积以及着火后的扑救两部分。通常包括，①油枪投用前应逐个试点火，点火成功后再调试自动点火，避免盲目试点火；②点火不着10～30s内停枪，最好退出油枪倒出管内存油，以免残油入炉；③用好油枪根部风，保持油枪冷却，维持油枪良好的雾化功能以控制低负荷阶段油雾的完全燃烧；④锅炉点火前，空气预热器蒸汽吹灰、水冲洗（或消防水）装置必须投用（有的水冲洗装置在预热器停转后不能覆盖全部受热面，应该改进）；⑤

防止炉外承压部件损坏，应采取如下防范措施：①制作管道弯头要严格控制弯头不圆度，必要时增加壁厚，采用回火工艺以消除冷弯时引起的加工硬化与残余应力；②对于已运行多年的锅炉，汽水管道不圆度超过8％的弯头，在锅炉启停次数超过允许值时，要加强弯头内表面的检查。③主蒸汽、再热汽管道要重点监视弯头的外弧侧外表的微裂纹，对10－14MPa，510℃～540℃参数的φ133×10、φ194×12、φ219×14、φ273×20、φ325×22的12Cr1MoV主汽管和导汽管，以及φ426×17Cr1MoV再热汽管要重点检查。④要改善停炉保护工作，认真控制化学清洗工作的质量。

吹灰介质（空气或蒸汽）带水，吹灰器卡涩在一个位置上不动以及吹灰器定位不当是吹灰磨损管壁变薄的主要原因。吹灰操作程控，吹灰器位置的正确信号显示及采用其他吹灰方式清洁受热面是解决吹灰器磨损的途径。

锅炉冷灰斗斜面被炉膛上部下落的灰渣冲刷使冷灰斗边排管壁爆管的事故还不多见，一旦发现防范措施是在此部份管壁上堆焊防磨层或加焊防磨棒。

煤粒磨损主要发生在喷燃器出口处。主要原因是喷口位置不正确，防磨保护层磨耗、脱落或管排异常变形。

三、防止管壁过热损坏

管壁在高温烟气中受热，如果得不到可靠的冷却，其运行温度超过设计值或超过运行时限发生损坏，称为过热。短期过热造成的损坏是因高温使管材强度下降，例如管子内部堵塞，缺水、水循环破坏或膜态沸腾等，大部分短期过热损坏处会呈现明显的延伸和收缩变形，在破裂处呈现刀刃状边缘；只有当过热温度超过相变温度AC3，钢材的铁素体转变为奥氏体时，管壁减薄才不明显。高温蠕变或称中、长期过热是因为钢材长期工作在蠕变温度以上，金相组织发生变化；包括：珠光体球化，碳钢和钼钢的石墨化，碳化物聚集，奥氏体钢发生σ相沉淀等，从而降低了金属的晶间强度而损坏。这种损坏管壁没有明显减薄，厚唇状破口是高温蠕变的特性。

短期过热损坏有不同的起因，防范措施亦因此而不同。一般的要求是，应建立防止作业工具、切削悄粒以及焊渣进入管段的检修工艺，建立防止汽包低水位及过量使用减温水导致过热器管内出现水塞的操作规程。高温蠕变的原因差异更大，一般情况下，首先要弄清是汽温长期超温、个别蛇形管超温、还是炉内管壁超温；弄清是因为热力偏差、水力偏差还是结构偏差引起的蛇形管超温。个别管的过热采用高一级材料替代往往可以取得良好的效果。

四、防止受热面疲劳损坏

炉管受到周期应力或应变的作用，导致疲劳裂纹的发生、发展而缩短其使用寿命，称为疲劳损坏。分为：振动疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳及低周热疲劳。损坏时间决定于应力交变辐度，交变次数、应力集中程度与腐蚀介质种类。

（一）振动疲劳损坏

锅炉承压部件由于振动引起疲劳损伤事例并不多。机械疲劳破坏，其断口往往有明显的疲劳纹，裂纹由外表向内发展，断口表面呈细瓷状。锅炉喷水减温器喷头、喷管及温度表库通常处于一端固定，一端自由的悬壁状态，当汽流激振频率与自身固有频率相同时发生共振，就有可能导致振动破坏。锅炉转向室吊挂管在烟流“卡门旋涡”作用下也可能发生振动疲劳损坏。

在锅炉设计时加以考虑或事后加装隔板或连杆改变自振频率，是防止此类损坏的根本措施。检修中加强检查及时发现疲劳裂纹有利于早期处理。管件焊接避免咬边、实施圆滑过渡降低应力集中也是防止振动疲劳损坏的有力措施。字串2

（二）热疲劳损坏

锅炉受压部件表面急剧冷却、加热，经受热冲击，当应力辐度及交变次数足够时，便出现网状、放射状或鳄鱼皮状裂纹。锅炉汽包省煤器再循环管孔附近的裂纹（见图4-3-9）、安全阀管座附近、疏水管管座等处，往往容易出现两种温度不同的汽水介质，从而构成壁面温度交变的条件，是锅炉承压部件发生热疲劳损坏的区域。

据西德TUV报道，中间再热机组的快速减温减压装置所用高压旁路阀体内壁在阀门开启之际，温度变化速度最大可达4℃/S，在1～2min内个别的温度可从240℃升到锅炉启停或参数变化而引起的疲劳损坏。因其应力变化辐度大，局部应力有可能达到屈服极限，因而在数百次或数千次交变之后便可能发生低周疲劳破坏。当然对锅炉汽包，厚壁联箱内压应力随锅炉启停也发生交变，也可能出现低周疲劳损坏，但此类事故发生频率不高。

原则上，锅炉元部件只要存在温差，或各相连元部件之间的膨胀死点不同，或相连部件的膨胀系数不同都将出现热应力。问题是热应力的大小，能否导致局部屈服。例如锅炉受热管的穿墙部分，由于组成墙壁的管排（如顶棚管）与蛇形管之间的温差，冷态与运行状态下联箱与管排的相对位置有差异，当蛇形管挠度不够时，联箱管座将因这种热应力而发生低周疲劳损坏。一台WGZ400/100炉顶棚管与前悬吊管上联箱之间的高差只有500mm，计算表明，锅炉启停时，管座的根部应力达到300MPa，因而在一段时间后发生损坏，将联箱分段，并将中间段箱抬高增加挠度后，就解决了问题。

风箱、燃烧器、人孔门框架与水冷壁连接处角焊缝一般都存在温差应力，管子管卡、管道支吊架部位虽然无较大的热应力，但管子、管道的热膨胀变形也影响这些管件的受力状况。事实上，一些频繁启停的锅炉已发生过这些部件的损坏事件。日本《火力及原子力发电》杂志1989年第10期报道了日本各制造厂为提高调峰锅炉可靠性所采取的措施，有一定的参考价值。

五、防止人员责任引起的承压部件损坏

锅炉制造、安装、维修、运行不当均可使锅炉承压部件过早损坏。

错用钢材，焊接缺陷。杂物遗留管内等制造、安装质量问题曾严重影响锅炉可靠运行，锅炉汽包集中下降管管座裂纹曾导致多台锅炉汽包挖补修理。至今汽包炉省煤器联箱管座角焊缝、直流炉水冷壁联箱管座角焊缝、超临界锅炉水冷壁鳍片管对接焊缝的焊接缺陷仍是新炉故障的重要原因。

运行锅炉燃烧控制不当、汽水流量控制失灵（例如汽包炉的缺水、直流炉煤水比调节失当）、过量使用减温水特别是低负荷使用喷水减温等等也是某些事故的原因，见图4-3-11。正确编订规程并严格执行规章制度，提高自动控制与保护装置的水平是预防此类事故的对策。

第六节

锅炉受热面腐蚀及预防

一、水冷壁管的垢下腐蚀的预防

二、水冷壁管氢损坏的预防

三、水冷壁向火侧腐蚀及其预防

四、低温腐蚀

锅炉受热面腐蚀减薄损坏，因涉及范围较大，一旦暴露，常导致重复爆漏停炉，而且修复工作量大，因此预防及保护设备不受腐蚀是提高机组可用率必须解决的基本任务之一。

汽、水侧腐蚀按其机理分，包括苛性腐蚀、氢损害、氧腐蚀、垢下腐蚀及应力腐蚀。字串7

烟气侧腐蚀包括水冷壁向火侧腐蚀、高温煤灰（油灰）腐蚀和低温腐蚀。

国内电厂曾因垢下腐蚀，水冷壁氢损坏及向火侧腐蚀，导致大面积换管。曾有一台锅炉由于斜顶棚内的下降管外壁腐蚀爆破造成一死六伤的重大人身事故。国外一些超临界机组曾发生因过热器管内壁氧化皮脱落，被蒸汽带入汽机而引起喷嘴、叶片的固体硬粒侵蚀。

一、水冷壁管的垢下腐蚀的预防

水冷壁管垢下腐蚀是以紧贴管壁的垢下管壁为阳极，外围表面为阴极所构成的局部电池作用引起的电化学损害，严重时可导致鼓包或腐蚀穿孔。

一台670t/h炉在半年内先后停炉6次处理水冷壁管鼓包、穿孔。在喷燃器中心线部位换管139根、挖补167处。主要原因是凝汽器铜管泄漏，给水硬度长期严重超标，其次是停炉保养效果不好；基建酸洗质量不好；与给水含铁量超标；分析认为采用Na3PO4炉内处理时大量向炉内加入Na3PO4调节炉水的pH值也不够妥当等。

当前防止垢下腐蚀最主要的防范措施是解决凝汽器泄漏后给水硬度超标问题；要加强给水含铁量的检测与控制；对已结垢的水冷壁进行化学清洗。总之，要加强化学监督工作。

对于超临界直流炉由于给水水质纯度较高组必须采用挥发性处理。所以美国通常采用氨－联氨方式，而德国和前苏联推荐采用氨－氧处理和中性水加氧的方式。前苏联试验肯定了中性水加氧的方式，认为可以大大降低炉管垢量。我们推荐采用加氧处理方式。当然，采用何种方式还与汽水系统中管道、阀门所用的材料有关，需综合考虑。

二、水冷壁管氢损坏的预防

水冷壁管氢损坏原因是受热面内壁结垢，加以炉水处于低pH值状态。当时入凝结水系统的酸性盐类在水冷壁管垢下浓缩，氢原子进入管壁金属组织中与碳化铁作用生成甲烷，使钢材晶间强度下降。发生氢损害时，管壁几乎没有明显减薄，有时发生“开窗式”破裂。所以一般的超声探伤技术难以发现发生氢损害使金属变脆的位置，使故障处理复杂化。

例如，一台1100t/h强制循环汽包炉投产不到一年，运行只有2110h，水冷壁19.5m处向火侧应发生“开窗式”脆性爆破。事故主要原因是凝汽器铜管泄漏，除氧器长期运行不正常，凝结水处理设备不能投用，以致给水、炉水的O2、Fe、pH和电导率等指标严重超标。经查共需换管2900m，重17t。迫使该机组停产3个月，并重新酸洗。

鉴于一些火电厂热力设备腐蚀、结垢严重，甚至导致有些锅炉频繁爆管的情况，中电联1992年举办了研讨班，整理出一本《火电厂化学监督及水处理技术资料选编》，提出了加强化学监督，特别是从基建到生产全过程执行部颁规程的意见十分重要。

已投产电厂一旦发生管壁很少减薄的脆性破坏，宜割管检查，通过多相或宏观侵蚀试验，判断是否是氢损坏。若经确认是氢脆损坏，则其对策是化学清洗并更换已发生材料强度下降或管壁减薄的管子。字串5

由于氢损坏是属于垢下发生的二次腐蚀，所以防范措施应补充：①严格控制锅水质量，不使管内壁腐蚀结垢；②发现腐蚀时要采取措施清洗管壁防止结垢；③防止凝汽器管泄漏，特别要控制锅炉水中酸性盐类，如Mgcl2硼酸、等盐类存在；④监测饱和蒸汽中含氢量。

三、水冷壁向火侧腐蚀及其预防

水冷壁向火侧腐蚀是指水冷壁外壁在还原性气氛中，挥发性硫、氯化物及熔融灰渣作用下，使管壁减薄引起的故障

水冷壁向火侧腐蚀不可能发生在燃烧区域的氧化气氛中。一氧化碳，包括未燃烧的煤粒冲刷管壁，在硫酸盐和氨氯化物（英国煤有一些煤氯含量超过0.6％）的作用下加速腐蚀，导致管壁减薄，当其腐蚀速度超过25μm/103h时，表示已有明显腐蚀。此外低熔点的钠、磷的

焦硫酸盐甩落在水冷壁管外表，能熔掉管外表的氢化铁保护层，也使金属受到腐蚀。超临界压力锅炉因其布置特点及壁温相对较高，容易发生圆周方向的沟槽或裂纹。

由于水冷壁向火侧腐蚀涉及燃烧器区域附近一批管子的安全问题，严重时1～2万小时就要更换一批水冷壁管，所以应予以重视。

预防水冷壁向火侧腐蚀的措施是：①控制喷燃器喷射角度与烟气氧量，避免未燃煤粉与还原性气体冲刷水冷壁；②采用渗铝管或火焰喷涂的方法提高水冷壁管的抗腐蚀能力；③在降低烟气含氧量采用低氧燃烧或为降低NOX而采用二次燃烧法时，要注意可能出现的向火侧腐蚀。字串8

四、低温腐蚀

低温腐蚀是烟气中的硫酸、亚硫酸在低于露点的受热面上凝结，使受热面腐蚀的一种现象。

煤、油含硫量高、壁面温度低是产生低温腐蚀的主要原因，大容量电站锅炉低温腐蚀主要发生在空气预热器。一般情况下，空气预热器低温腐蚀并不构成事故，但影响机组的长期安全可靠运行，增加检修工作量，并降低锅炉经济性。个别情况下，由于不均匀的堵灰、腐蚀，使烟、风压随回转式空气预热器的旋转而周期性变化，当影响燃烧稳定及自动控制质量时，可能成为锅炉强迫停用的因素之一。

采用低硫煤、炉内脱硫等措施有利于防止低温腐蚀；采用耐腐蚀材料、改变传热元件型线，采用玻璃管预热器、热管式空气预热器，加装暖风器等都是防止低温腐蚀的措施。

第七节

发电厂锅炉安全监察（监督）的作用

一、实行全过程安全（质量）监督

二、开展状态分析、提高设备可靠性

三、建立三道防线，杜绝重大、特大事故发生

四、搞好事故分析，防止重复性事故发生

部总结电力生产安全工作的经验教训，于1995年11月颁发了《电力生产安全工作规定》，规定明确提出了安全保证体系与安全监察体系的关系；明确了安全监察人员的职责与职权，提出“安全第一、预防为主”的方针以及坚持“保人身、保电网、保设备”的原则。

作为火电发电厂的主要设备，锅炉机组显然是发电厂安全监察的重要设备。而且由于锅炉压力容器是具有爆炸危险的设备，故世界各国都十分重视它的安全问题，设立国家监督机构或授权技术权威机构，实行强制性安全管理。

一、实行全过程安全（质量）监督

参照国际上通用的办法，国务院于1982年2月颁发了《锅炉压力容器安全监察暂行条例》，条例规定从事锅炉压力容器设计、制造、安装、检验的单位必须经资格审查，具备合格证书。使用锅炉压力容器的单位必须向有关部门申请使用登记，并接受定期检验。锅炉的设计、制造、安装、改造必须符合电力部颁发的《电力工业锅炉监察规程》的规定（或满足制造国法定制造标准）。这些规定、标准主要规定了锅炉承压部件制造阶段应遵循的人员资格、材料使用、结构强度、工艺标准及检验要求。对于电站锅炉的制造厂具备这些要求并不难，取得资格证书也基本没有问题。但总结国内一些电站锅炉发生的问题，诸如炉膛热负荷过高，受热面布置不匹配，使汽温控制困难，省煤器磨损过快、直流炉水动力不稳，锅炉辅助设备配套不良等重大设计、制造质量问题，使我们不得不重视从设计开始的全过程安全（质量）管理、监督与检验。

（1）设计阶段。在电厂筹建初期或扩建初期，诸多内外条件错综复杂，在进行、质量、投资诸因素中要把握大型锅炉投产后的运行质量，责任无疑落实到决策与参谋层中从事锅炉专业的工程技术人员身上。前水电部与电力部先后制订了《锅炉谈判导则》，由于它总结了国内电站锅炉设计方面的经验教训与国外一些设计咨询公司的经验，因此至今仍应遵循并作为决策的主要依据。炉型、燃烧器布置方式、再热器调温方式、炉膛各热负荷强度指标、过热器再热器高温段金属材料的等级、控制水平及其与所用燃料的关系等问题历来都是设计阶段讨论研究的重点。对于燃用难燃、易结焦、高硫煤种的电力，在设计中考虑上述性能要求时，要特别慎重。

当前比较普遍的问题，是对国际标准配套性的认识不够重视。众所周知，各国标准是根据该国国情制订的。历史基本形成了以美国为代表的和以德国为代表的两套系统。我国以前基本套用前苏联ГOCT标准，现在又引进美国ASME标准（前苏联标准和美国标准也都在不断修改之中）。二者在强度理论、工艺要求、检验内容、安全系数等基本要求方面存在着差异。因此比较妥当和慎重的做法是按某系列来套用标准，而不断章取义，以偏盖全。当必须互相借用时，要先弄清各系统标准的原理，以免发生错误。

（2）制造安装阶段。锅炉要消耗几千吨钢材，并具有数万个焊口，因此对锅炉制造安装质量的检验与判断是一个庞大的系统工程。其责任应落实到质检站、锅炉监察工程师及检验员的身上。监督、控制质量保证体系的正常运转及工序中关键点的检验，是当前推行的ISO9000系列及“文件包”作法的主要思想。若前期失控，木以成舟再讲质量谈何容易。焊接工艺，焊缝检验，管内（汽水、油、气管）清洁，酸洗与吹管，膨胀间隙，转动机械的基础与动静平衡，电缆防火隔断以及阀门严密性等是历来受到重视的质量（安全）问题，应予以坚持。

在采用全密封炉体，锅炉设膨胀中心以后，应特别重视锅炉承重问题以及锅炉本体及其附件的焊接质量。按膨胀中心的设计意图，焊与不焊，应该怎么焊，都应按设计要求施工。一处失误，膨胀不畅可能造成巨大的残余应力或不必要的变形。

（3）调试阶段。调试阶段是从基建到生产的过渡阶段，这一阶段是设计，制造阶段质量的整体验收与考验时期，也是建立正常生产指挥、操作制度的重要阶段，许多重大设备损坏和人身事故往往发生或起源于这一阶段。理想的调试工作的标志是：①不发生设备损坏。如炉膛放炮、尾部受热面烧损，受热面变形，转动机械烧瓦、动静部分摩耗等；②锅炉受热面内外清洁，汽水品质合格，不留后患；③通过必要的变工况运行，掌握机组动态、静态性能，主要自动与保护装置能够可靠投运；④为修编《发电厂锅炉运行与事故处理规程》（临时使用稿）提供全面的依据；⑤能暴露锅炉设计、配套、制造工作中存在的问题，并为正确地评价锅炉机组的质量打下基础。

调试工作顺利与否除了与设计、制造质量有关外，科学的工作程序及严格的分部试运至关重要。消防水系统不健全往往是火灾的原因，而吹灰系统缺陷的忽视往往使蒸汽参数失调，使燃烧工况恶化而酿成大错。无数教训早已证明侥幸闯关最后还是过不了关。

发电厂锅炉安全的全过程管理，在调试阶段是从质量向安全转变的阶段。要研究可行的措施，要培养、训练运行人员，组织他们作好防止设备严重损坏的措施，同时必须全面及时地收集设备故障信息，为制订反事故措施提供依据。现代发电锅炉配备了一系列保护装置，这些装置有力地避免了许多设备损坏事故，但装置的动作参数的确定以及避免误动的问题也同样重要。由于一台锅炉的一次启停意味着一定的寿命消耗和数以万元计的启停热损失。所以迅速掌握与控制保护正确动作并防止误动，降低非计划停运次数，是当前锅炉调试工作的重要任务