变更煤种后水冷壁横向裂纹和爆管原因分析

锅炉变更煤种后水冷壁横向裂纹和爆管原因分析及对策何红光研究员西安热工研究院有限公司2010年4月

1简介国内大型机组锅炉变更煤种后，由于种种原因，锅炉水冷壁向火侧外壁出现腐蚀、疲劳裂纹，甚至爆管，炉膛内严重结渣甚至会引起安全事故等，造成非计划停机次数增加，直接影响锅炉的安全和经济运行。国内某台大型锅炉的水冷壁管向火侧外壁有大量的横向裂纹。通过研究分析，找出了影响锅炉水冷壁管横向裂纹和爆管的主要因素。由于掺烧高挥发份烟煤，炉内局部烟温过高、水吹灰、快速频繁启动和烟气中腐蚀气体的影响，水冷壁管壁组件局部受高温和冷热温度交变，以及腐蚀性气体的共同作用，水冷壁金属发生应力腐蚀疲劳，形成横向裂纹和爆管。2通过燃烧优化调整试验，减少燃烧器区域的局部高温、还原性气氛和腐蚀性气体，以及建议改进和优化水吹灰运行方式等措施，从而提高锅炉运行的安全性、经济性与环保性。3内容煤的种类、生成与主要特点中国煤炭与动力用煤炭分类及特征电厂锅炉设备和燃料锅炉测点、燃烧调整和检测水冷壁管横向裂纹和爆管分析防止水冷壁管高温氧化和腐蚀结论与建议4A.煤的种类、生成与主要特点煤的种类1.腐植煤

2.残植煤

3.腐泥煤5A.煤的种类、生成与主要特点腐植煤生成来源：高等植物大致了解植物的进化历程、分类名称来源：腐殖酸储量大、分布广，主要研究、利用对象分为四类：

1.泥炭

2.褐煤

3.烟煤

4.贫煤

5.无烟煤煤化程度低，一般称为年轻煤（或低阶煤）煤化程度高，一般称为年老煤或高阶煤煤炭生产、加工及利用6A.煤的种类、生成与主要特点残植煤生成来源：高等植物残骸中对生物化学作用最稳定组分富集而成。储量很少，夹杂在腐殖煤中，有时能构成有价值的单独煤层。外观光泽较暗，韧性较大

按稳定组的主要成分分类：孢子残植煤、角质层残植煤、树皮残植煤等特点：一般氢含量高，挥发分高，低温焦油产率高，适于低温干馏、加氢液化7A.煤的种类、生成与主要特点3.腐泥煤外观：外观暗淡、无光泽，块状结构，风干后硬度、韧性极大，真密度一般小于1。生成来源：由低等植物（如藻类）形成。储量很小，夹杂在腐殖煤中，有时也能形成单独的可采每层。特性：低温干馏产率高，适于低温干馏。8A.煤的种类、生成与主要特点泥炭外观：棕褐色或黑褐色的不均匀物质，水分很大，一般可达85~95%，经风干后可降低至25~35%，干燥后为土状碎块。特性：有胶体特性，能将水吸入其微孔结构而不膨化，含有腐殖酸，有很强的吸附能力；含有未分解的植物组织（糖类）。用途：主要做有机肥料，也可做燃料。9A.煤的种类、生成与主要特点褐煤外观：褐色（少数为黑色），密度较小，硬度较小，水分较大，天然状态水分为30~60%，空气干燥后仍有10~30%。与泥炭的区别：不含有未分解的植物组织（糖类）；与烟煤的区别：含有腐殖酸。特性：易风化破裂，不宜于长期存放挥发分很高，宜于作气化原料10A.煤的种类、生成与主要特点烟煤外观：黑色，有一定光泽，密度较高，硬度较大，真密度约在1.20~1.45。特点：品种多、分布广、最重要的煤种。分类：通常划分为：长焰、气、肥、焦、瘦、贫煤。又可划分为：气、肥、焦、瘦煤有粘结性，称为粘结性煤或炼焦煤；褐煤、长焰、贫煤、无烟煤没有粘结性称为不粘性煤或非炼焦煤。11A.煤的种类、生成与主要特点无烟煤外观：灰黑色，有金属光泽，一般硬度最大，密度最大，真密度约在1.40~1.70。特性：挥发分最低，碳含量高，热值高。12A.煤的种类、生成与主要特点B.煤的生成1.地层系统与地质年代2.主要成煤期3.腐殖煤的生成过程13A.煤的种类、生成与主要特点地层系统与地质年代地层系统：时代地层单位（由大到小）：宇、界、系、统常见代表符号：泥盆系D、石炭系C、二叠系P、三叠系T、侏罗系J、白垩系K、第三系R（细分为五统：E1~E3、N1~N2)，带下脚标1、2、3表示早、中、晚（或上、中、下）统。14A.煤的种类、生成与主要特点地质年代地质年代单位（由大到小）：宙、代、纪、世。年代地层与地质年代一一对应。地球年龄约60亿，生物出现约46亿年前，0.65亿年前恐龙灭绝，约360万年前人类出现，人类文明开始5000年前。15A.煤的种类、生成与主要特点主要成煤期煤炭生成从（古生代）泥盆纪开始，经过石炭纪、二叠纪、（中生代）三叠纪、侏罗纪、白垩纪，到（新生代）第三纪结束。16A.煤的种类、生成与主要特点主要成煤期１.古生代的石炭纪和二迭纪（3.2~2.3亿年前），成煤植物主要是孢子植物，主要煤种为烟煤和无烟煤。

２.中生代的侏罗纪（1.95~1.40亿年前），成煤植物主要为裸子植物，主要煤种为烟煤和无烟煤。

３.新生代的第三纪（0.80~0.03亿年前），成煤植物主要为被子植物，主要煤种为褐煤和烟煤。17A.煤的种类、生成与主要特点腐植煤的生成过程泥炭化阶段（生化作用）煤化阶段（1）成岩作用阶段（泥炭变为褐煤）（物理化学作用）（2）变质作用阶段（褐煤、烟煤、无烟煤）

（主要为化学作用）温度、压力、时间三因素；

深成变质、岩浆变质和动力变质三种类型18B.中国煤炭与动力用煤分类及特征一、中国煤炭分类二、中国主要分类方法三、常见煤种煤质特征及分布19B.中国煤炭与动力用煤分类及特征煤炭分类1.按煤化（变质）程度，中国煤炭分成三大类：无烟煤、烟煤和褐煤。2.按煤化（变质）程度及化工用途，各大类分成若干小类：（1）无烟煤分为无烟煤一、二、三号；（2）烟煤分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、

中粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤共12个煤类；（3）褐煤分为褐煤一、二号；20B.中国煤炭与动力用煤分类及特征主要分类方法1.褐煤以透光率PM划分成2小类（1、2号）；2.烟煤采用煤化程度指标Vdaf和粘结性指标(粘结指数G、胶质层最大厚度Y或奥亚膨胀度b指标）来划分成12小类（长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤）；3.无烟煤采用煤化程度指标Vdaf和Hdaf指标来划分成3小类(1、2、3号）。需注意：原煤样灰分小于10%的不需减灰，灰分大于10%的煤样需要用氯化锌重液减灰后再分类。21B.中国煤炭与动力用煤分类及特征

主要分类指标采用煤的煤化程度参数(干燥无灰基挥发分Vdaf、透光率PM）来区分无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤：无烟煤：Vdaf

≤

10.00%贫煤：Vdaf10.01%-20.00%（动力用煤划分）烟煤：Vdaf>20.01%

褐煤：Vdaf

>37%

PM≤

30%定义为低质褐煤

PM=30%-50%定义为高品质褐煤，

Qgr,maf≤24MJ/kg

*褐煤与烟煤中的长焰煤划分时辅以恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf指标。22B.中国煤炭与动力用煤分类及特征发电煤粉锅炉用煤技术条件（GB/T7562-1998）23B.中国煤炭与动力用煤分类及特征常见煤种煤质特征褐煤：水分大、挥发分高、密度小，含氧量常高达15%~30%，在空气中易于风化碎裂变质，发热量低，易着火、结渣、沾污和燃尽，堆放易自然。主要形成于侏罗纪、第三纪。主要分布：

1.内蒙古东部（宝日希勒、伊敏、扎赉诺尔、霍林河、大雁、平庄矿区）（约占全国褐煤储量的79%）；

2.山东龙口矿区；

3.云南小龙潭、昭通矿区。24B.中国煤炭与动力用煤分类及特征常见煤种煤质特征低阶烟煤（包括：长焰煤、不粘结煤、弱粘煤）：水分较高，挥发分较高(Vdaf

>20%),无粘结性或较低（G<35)，主要形成于侏罗纪（J1-J2)。主要分布西北地区：1.新疆大部分矿区2.甘肃（靖远、华亭、窑街矿区）、宁夏（灵武矿区）、青海（大通矿区）3.陕西北部（黄陵、彬长矿区）、内蒙(神府、东胜矿区）4.东北部分矿区（辽宁阜新、铁法矿区等）25B.中国煤炭与动力用煤分类及特征常见煤种煤质特征炼焦煤（气煤、肥煤、焦煤、瘦煤）：有粘结性。全国各地都有分布，大的矿区有：黑龙江（鸡西、双鸭山、鹤岗矿区）、河北（开滦矿区）、山西（大同、平朔、汾西矿区）、山东大部、河南（义马、平顶山矿区）、安徽（淮南矿区）等。26B.中国煤炭与动力用煤分类及特征常见煤种煤质特征贫煤、无烟煤：无粘结性低挥发分煤主要分布：山西(西山、阳泉、潞安、晋城矿区)、河南（郑州、焦作矿区）、云南、贵州、四川、湖南、江西、广东、广西、福建等南方省份大部分矿区。27B.中国煤炭与动力用煤分类及特征28B.中国煤炭与动力用煤分类及特征煤种无烟煤贫煤弱粘煤不粘煤长焰煤褐煤主要分布地区山西（40%）贵州（30%）山西（60%）陕西（50%）山西（40%）内蒙+陕西（>50%）新疆（50%）内蒙北部（70%）其它地区河南、四川、云南、河北、北京、福建、广东、湖南河南、陕西宁夏、甘肃、新疆内蒙、山西、东北三省、甘肃、陕西云南、东北三省、山东、广西、广东不同煤种主要分布地区29B.中国煤炭与动力用煤分类及特征中国聚煤区划分示意图

I——东北内蒙古晚侏罗世聚煤区II——西北早、中侏罗世聚煤区

III——华北石炭二叠纪聚煤区IV——滇藏中、新生代聚煤区

V——华南晚二叠世聚煤区VI——台湾第三纪聚煤区30B.中国煤炭与动力用煤分类及特征中国煤炭储量、产量和发电用煤量探明保有储量10000亿吨以上，居世界第二，仅次于美国；其中动力煤占全国煤炭储量70%以上；西北、华北动力煤储量占全国的80%以上。工业发达的华东地区仅占1.73%；2009年，中国原煤产量约30.2亿吨，比上年增加9.2%2009年6000千瓦及以上机组用煤14亿吨，比上年增加6.08%31

煤灰熔融温度（ST），℃＞1500≥1350～1500≥1250～＜1350≥1150～＜1250＜1150无烟煤（%）

32.5524.4114.1722.316.56烟煤（%）

33.2323.7013.5616.8412.67褐煤（%）

21.1319.7228.1725.355.63低灰熔点煤ST≤1250℃在我国动力用煤中所占比例大约在30%左右，见上表我国不同类别煤的灰熔融温度分布范围32B.中国煤炭与动力用煤分类及特征

灰组份的熔点温度及化学特性

元素氧化物熔点(℃)化学特性化合物熔点(℃)SiSiO21715酸性Na2SiO3877AlAl2O32043酸性K2SiO3977TiTiO21838酸性Al2O3-Na2O-6SiO21099FeFe2O31566碱性Al2O3-K2O-6SiO21149CaCaO2521碱性FeSiO31143MgMgO2799碱性CaO-Fe2O31249NaNa2O1277℃升华碱性CaO-MgO-2SiO21390kK2O349℃分解碱性CaSiO3154033B.中国煤炭与动力用煤分类及特征341号炉炉膛结构简图C.电厂锅炉设备和燃料C.电厂锅炉设备和燃料35制粉系统试验取样点简图C.电厂锅炉设备和燃料36煤粉分配器内部结构实拍图C.电厂锅炉设备和燃料时间换管位置炉膛标高换管数量（根）（m）2008年9月A侧墙（后）4197A侧墙（后）3535A侧墙（前）

B侧墙（后）

B侧墙（前）

2009年2月A侧墙（后）237A侧墙（前）35138A侧墙（前）

A侧墙（前）4117B侧墙（后）

B侧墙（后）3835B侧墙（后）4128西北角206东南角17737C.电厂锅炉设备和燃料38符号符号单位设计煤（晋北烟煤）神华煤准格尔煤全水分Mt%9.615.714.0空气干燥基水分Mad%2.853.165.84收到基灰分Aar%19.779.8718.52干燥无灰基挥发分Vdaf%32.3134.3238.24收到基碳Car%58.8660.9453.74收到基氢Har%3.363.613.25收到基氮Nar%0.790.710.97收到基氧Oar%6.988.779.05全硫St,ar%0.630.40.47收到基高位发热量Qgr,arMJ/kg-23.9020.95收到基低位发热量Qnet,arMJ/kg22.4422.8019.95哈氏可磨指数HGI/585867煤灰变形温度DT×103℃1.101.10>1.50煤灰软化温度ST×103℃-1.14>1.50煤灰半球温度HT×103℃1.191.16>1.50煤灰流动温度FT×103℃1.271.19>1.50煤灰中二氧化硅SiO2%50.4141.7433.03煤灰中三氧化二铝Al2O3%15.7314.9150.01煤灰中三氧化二铁Fe2O3%3.468.473.16煤灰中氧化钙CaO%3.9320.834.11煤灰中氧化镁MgO%1.271.670.50煤灰中氧化钠Na2O%2.330.570.16煤灰中氧化钾K2O%2.331.170.25煤灰中二氧化钛TiO2%1.590.501.70煤灰中三氧化硫SO3%1.287.200.01煤灰中二氧化锰MnO2%-0.1900.04439电厂燃煤数据C.电厂锅炉设备和燃料C.电厂锅炉设备和燃料40试验期间入炉煤发热量变化情况试验期间入炉煤挥发分变化情况C.电厂锅炉设备和燃料41试验期间入炉煤硫分变化情况C.电厂锅炉设备和燃料42燃煤的着火温度比较煤粉不同停留时间下燃尽速度曲线（一维火焰炉工况2）C.电厂锅炉设备和燃料43神华煤掺烧准格尔煤后结渣特性的变化趋势C.电厂锅炉设备和燃料一维火焰炉渣棒结渣情况（神华煤）

44D.锅炉测点、燃烧调整和检测45炉膛水冷壁取样孔布置图共28个取样孔D.锅炉测点、燃烧调整和检测46炉膛燃烧器水冷壁区域烟气取样点示意图D.锅炉测点、燃烧调整和检测47炉膛水冷壁管壁温度测点布置图工况编号工况内容试验日期试验时间电负荷MW磨运行方式表盘氧量%T1基础102-2510:30-12:00500停14/164.5T2基础202-2701:40~03:403005台磨7.2T3500MW变氧量03-0209:15~10:45500停14/164.5T403-0310:10~11:40500停14/164.1T503-0313:20~14:50500停14/163.5T6变防焦风03-0315:10~16:40500停14/163.6T7变氧量03-0316:50~17:40500停14/163.8T8变磨组合03-0614:10-15:40500停11/173.5T9变二次风旋流强度03-0609:40~11:10500停11/173.5T1003-0613:45~15:15500停11/173.6T1103-0616:00~17:30500停11/173.8T1203-0712:50~14:10500停11/173.5T13变氧量03-0714:30~16:00500停11/173.9T14停中层磨03-0810:30~12:00500停14/123.5T15习惯风速03-0909:40~11:10500停14/123.5T16高风速03-0913:00~14:15500停14/123.7T17低风速03-0915:00~16:20500停14/123.6T18停中层磨03-1014:10~15:40500停12/183.7T19低负荷103-1201:50~03:00350停6.1T20低负荷23-1301:30~02:40270停8.1T21低负荷33-1303:00~04:10300停7.3T22400MW变氧量3-1409:15~10:10400停11/175.5T233-1410:30~11:30400停11/174.9T243-1411:40~12:30400停11/174.5T25450MW变氧量3-1414:30~15:25450停11/175.0T263-1415:40~16:40450停11/174.6T273-1415:55~17:55450停11/174.1T28旋流微调3-1916:25~16:00500停14/123.5T29二次风挡板60%3-1918:20~19:20500停14/123.548燃烧调整试验工况表D.锅炉测点、燃烧调整和检测49（A侧墙）（B侧墙）燃烧器区域A、B两侧墙结渣情况D.锅炉测点、燃烧调整和检测50

（前墙）（后墙）

燃烧器区域前、后墙结渣情况D.锅炉测点、燃烧调整和检测5142m标高处结渣情况47m防焦风喷口处结渣情况D.锅炉测点、燃烧调整和检测5217磨#4燃烧器冷态火花示踪图片（2007年5月华北电力研究院试验结果）D.锅炉测点、燃烧调整和检测主爆口向火侧主爆口横向条纹横向条纹向火侧爆口金相A取样点能谱分析垢样取样点图1送检管样宏观照片53D.锅炉测点、燃烧调整和检测54变氧量工况侧墙标高38m处贴壁氧量分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测55变氧量工况前后墙标高38m处贴壁氧量分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测56变氧量工况侧墙标高38m处贴壁一氧化碳分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测57变氧量工况前后墙标高38m处贴壁一氧化碳分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测不同氧量条件下，A、B侧墙区域氧量值均较高，大多在2.0%以上；相比较而言，前后墙由于没有布置燃烧器，为流动的死滞区，氧量值较低，大多在2.0%以下；个别区域氧含量甚至低于1.0%，CO含量超过5000ppm。总体来看，炉内不存在大面积的较强还原性气氛。测试结果也表明A、B墙以及前后墙H2S的含量均较低，仅有个别点超过50ppm。58D.锅炉测点、燃烧调整和检测59变氧量工况水冷壁贴壁烟气温度沿炉膛高度分布图D.锅炉测点、燃烧调整和检测60不同二次风旋流强度炉内温度分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测61不同磨组合工况炉内温度分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测62不同一次风速炉内温度分布D.锅炉测点、燃烧调整和检测6321%盘路管开度与水冷壁温度的关系D.锅炉测点、燃烧调整和检测64不同负荷水冷壁最高管壁温度（表盘值）比较D.锅炉测点、燃烧调整和检测65工况1炉膛贴壁烟气温度的测量结果D.锅炉测点、燃烧调整和检测66

1号炉水力吹灰器布置图D.锅炉测点、燃烧调整和检测67500MW吹灰试验炉膛41m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测68500MW吹灰试验炉膛38m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测69500MW吹灰试验炉膛35m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测70500MW吹灰试验炉膛25m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测71500MW吹灰试验炉膛25m标高前后墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测72500MW吹灰试验炉膛20m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测位置500MW300MWXYZXYZ水冷壁下联箱膨胀指示器前墙055363054347后墙035367032355标高膨胀指示器A前850313900300A后050317047307B前570318550307B后01033170105305标高实测A前45--40--A后38--35--B前45--40--B后43--40--73表中：X-炉膛宽度方向坐标；Y-炉膛深度方向坐标；Z-炉膛高度方向坐标不同锅炉负荷炉体膨胀指示器记录值（mm）D.锅炉测点、燃烧调整和检测74

磨切换过程炉膛41m标高两侧墙管壁温度变化图磨切换过程炉膛38m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测75图5-12磨切换过程炉膛35m标高两侧墙管壁温度变化图图5-13磨切换过程炉膛25m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测76图5-14磨切换过程炉膛25m标高两侧墙管壁温度变化图图5-15磨切换过程炉膛20m标高两侧墙管壁温度变化图D.锅炉测点、燃烧调整和检测77图5-16启炉阶段磨投运对水冷壁壁温的影响E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析煤中硫分变化对锅炉运行的影响硫分为四类：St=SO+SP+SS+SESt煤中全硫，＜1%，有机硫为主，＞2%，黄铁矿硫为主60~70%，有机硫为30~40%SO有机硫，490℃左右热解完毕SP黄铁矿硫，580℃左右热解完毕SS硫酸盐硫，硫酸钙大于1450℃，硫酸镁1110℃，SS一般不超过0.1~0.2%SE元素硫，很少，可忽略不计78E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析水冷壁高温氧化由此可见，水冷壁向火面处于高温烟气环境。金属材料在高温氧化性介质环境中会与氧气以及含氧化性气体，如H2O，SO2，CO2等发生下述氧化反应：Fe+1/2O2=FeO3FeO+1/2O2=Fe3O42Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3Fe+CO2=FeO+COFe+H2O=FeO+H279E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析金属氧化初始，氧被吸附于金属表面并可能反应形成氧化物膜，且迅速覆盖金属表面。固态氧化膜在一定程度上阻滞了金属与介质间的物质传递,因而起到了一定的保护作用。但是由于燃烧器二次风旋流较大高温的回流烟气频繁冲刷水冷壁，水冷壁管由于内外温差形成交替作用的热应力，管表面保护性氧化膜发生破裂与剥离，形成氧化皮。氧化皮的导热系数远低于钢材，从而进一步提高水冷壁管内外温差，促进热应力的产生，形成恶性循环。80E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析硫化物型腐蚀

锅炉检测表明水冷壁附近烟气中氧量较低，并存在较少的还原性气氛，少量的H2S。H2S是导致受热面高温腐蚀的主要因素之一。当炉内燃烧工况不良、配风不合理时，在水冷壁附近易形成局部还原性气氛，当管壁温度达到450℃左右时，H2S可以与金属铁与氧化铁反应生成硫化铁，然后硫化铁与纯金属反应生成低熔点的共晶体，发生腐蚀。反应方程式如下：

81E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析

H2S+Fe=FeS+H2↑

H2S+FeO=FeS+H2OFeS再继续氧化成Fe2O3,使壁面受到破坏。这个腐蚀过程在近350℃及大于以上温度时进行的很迅速。E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析硫酸盐型腐蚀当水冷壁管壁温度在310~420℃下，正常的氧化使管壁面形成Fe2O3层，燃料燃烧时升华出来的硷性金属氧化物Na2O及K2O，凝结在管壁上，然后与烟气中的SO3化合形成Na2SO4及K2SO4（M2SO4用表示）。M2SO4有粘性，可捕捉灰粒，粘结成灰层，于是灰表面温度上升，外面形成渣层，最外层成流渣层。然后烟气中的穿过灰渣层，在灰渣层内部发生以下反应：3M2SO4(结积渣层中)+Fe2O3（管壁氧化层）

+3SO3（烟气中）→2M3Fe(SO4)3（固态）研究也表明在500℃以下SO3对碳钢的腐蚀量较小，当温度大于550℃时腐蚀量才急剧增大。83E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析检测表明：满足硫化物腐蚀和加剧硫酸盐腐蚀的温度条件。41米标高背火侧水冷壁管壁温度为430~440℃，个别管(A5-1)达到490℃。向火侧管子表面温度一般是介质温度加50℃，也就是说，一般情况下，水冷壁表面温度达到480~490℃，该水冷壁管(A5-1)达到540℃。也就是说，其水冷壁向火侧外壁温已经满足硫化物腐蚀的温度条件（450℃）。当火焰冲刷水冷壁管，其表面温度会进一步提高，满足加剧硫酸盐腐蚀550℃的温度条件。84E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析水吹灰引起水冷管的热应力受热膨胀或受冷却在水冷管内部产生热应力σ，其值由胡克定律所决定：σ=-αl×E×Δt式中：E—材料的弹性模量，MPa（400℃，12Gr1MoV弹性模量;αl—材料的线膨胀系数，1/℃;Δt—水冷壁管管壁温度的变化值，Δt=t1-t0或t2-t0，℃。当机组满负荷时，锅炉水冷壁温度为t0。当水冷壁管上的渣被吹掉后，管壁温度迅速上升，温度为t1。当水冷壁上无灰渣或灰渣较少时，吹灰后水冷壁管壁温迅速下降，温度为t2。Δtmax=t1-t2时温差最大。85E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析查表得到水冷壁管材在400℃的热物性为：αl=12.49×10-61/℃；E=1.75×105MPa，水吹灰直接吹扫到无渣水冷壁管上，管壁温度下降100℃，大约2-3分钟管子又恢复到吹灰前状态，大致计算得到水冷壁管收缩或加热受阻时所产生的热应力为218MPa。86E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析硬度检验表明：爆口处的硬度与远离爆口处的硬度相当。拉伸检验表明：材质的拉伸强度、塑性均满足GB5310及DL438的要求。金相检表明：爆口及远离爆口处的处基体组织为铁素体＋珠光体＋少量贝氏体，珠光体、贝氏体区域已经分散，晶界开始有碳化物析出，老化2－3级。87E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析在向火面有内壁有大量的横向裂纹，裂纹形态为楔形，表现为穿晶特征，从外壁向内壁扩展，裂纹区域内有类似氧化腐蚀的特征。大量的裂纹都具有明显的疲劳裂纹特征。背火面的内外壁没有裂纹特征。扫描电镜观察表明：原断口上不但有高温氧化后的特征，而且仍观察到大量的腐蚀疲劳弧线特征，疲劳特征从外壁向内壁延伸，部分区域有二次裂纹以及腐蚀坑特征。88E.水冷壁管横向裂纹和爆管分析能谱分析表明：向火侧表层的灰样中含有较高浓度的S元素。对外壁裂纹区域内的成分分析中发现，该区域内存在着一定浓度的S、O等腐蚀性元素。从外壁向内层的扫描中发现，虽然S、O等元素的浓度逐渐降低但仍保持较高浓度范围。89F.水冷壁管横向裂纹和爆管分析通过上述锅炉试验和水冷壁管检测可得到如下结论：炉膛内燃烧器区域及上部水冷壁贴壁烟温高造成水冷壁管表面氧化；水冷壁管表面存在硫化物和硫酸盐性腐蚀；水吹灰对水冷壁造成了较大的交变热应力；磨煤机和锅炉速频繁启动等对水冷壁产生了一定的热应力。90F.防止水冷壁管高温氧化和腐蚀经过燃烧调整，使水冷壁贴壁氧量有所提高，以及水冷壁贴壁温度有所降低调整前A侧墙贴壁烟温明显高于调整后，对应的氧量也达到2％的较低值。调整后尽管运行氧量降低1个百分点，但贴壁氧量明显提高（基本上大于4％），且更为均匀。所以，调整后明显改变了火焰中心位置，有效避免了火焰贴墙的现象。本次调整在锅炉安全性方面达到了如下效果：91F.防止水冷壁管高温氧化和腐蚀92两侧墙不同位置贴壁氧量和烟温分布G.结论与建议结论与建议通过对锅炉的调整和检测试验研究，指出由于受高温烟气、水吹灰、快速频繁启动、调峰和烟气中硫的腐蚀等主要因素的影响，水冷壁管壁组件局部受冷热应力的交替作用，以及在腐蚀气体的共同作用下水冷壁发生应力腐蚀疲劳，形成横向裂纹和爆管。通过锅炉优化燃烧调整试验和合理掺配高挥发分煤，防止火焰冲刷水冷壁，造成局管部过热。93G.结论与建议建议优化和合理使用水吹灰器，防止频繁、大水量吹扫结渣较少和无渣的水冷壁。尽量避免锅炉快速、频繁启动，以及快速改变锅炉负荷，或超负荷运行，造成锅炉受热面应力过大。控制掺配煤的灰熔点，合理配煤，防止炉内结渣，出现影响锅炉安全的事故。控制燃煤中的硫含量，防止出现高温和低温腐蚀94G.结论与建议对1号炉贴壁气氛的测量结果显示，正常运行时H2S含量较低。但不排除煤中含硫量增高，较低氧运行或燃烧调整不当等时，燃烧区域出现还原性气氛和腐蚀性气体。经运行优化后，排烟氧量降低，锅炉效率提高，煤耗降低2g/kWh以上；由于再热汽减温水减少可降低煤耗0.5g/kWh左右；引、送风机电流均降低5A左右，降幅达1.7%以上，可有效降低厂用电率。1号炉送、引风机选型偏大，低负荷高氧量运行对锅炉效率及NOX排放影响较大，建议对送、引风机进行节能改造。95谢谢！96C.炉内结渣对锅炉安全的影响一般水冷壁污染数小时后其传热能力会降低30%~60%。炉内结渣砸坏冷灰斗水冷壁管冷灰斗大量积渣，压塌冷灰斗，水冷壁断裂，水蒸汽大量外泄，造成锅炉损坏和人员伤亡冷灰斗大量积渣，停炉清渣(XIN,TIE.ETC)大渣下落造成炉膛灭火在喷燃器出口处，可能会因结渣而扰乱煤粉气流的正常喷射，引起气流偏移，形成局部高温，烧坏喷燃器对流受热面塌灰导致引风机工作状态发生急剧变化，引起锅炉灭火事故等97350MW机组屏下轻微结渣屏过下部屏过下联箱出口98350机组神华煤混煤掺烧印尼煤燃烧器喷口

后墙燃烧器区域水冷壁99水冷壁管比温度高引起高温爆管

锅炉水冷壁管爆口形状100水冷壁管比温度高引起高温爆管锅炉水冷壁爆管爆口形状101锅炉水冷壁高温、腐蚀及应力作用下的爆管

锅炉水冷壁管腐蚀、撕裂爆管形状102350机组神华煤混煤掺烧印尼煤熔融性渣块103国内600MW机组锅炉冷灰斗坍塌104C.炉内结渣对锅炉运行的影响炉内结渣热阻增大，引起炉膛出口、排烟温度升高，炉效降低，影响锅炉运行经济性再热器大幅度投减温水降低了机组的效率，影响机组的经济性炉内火焰中心向后推移，引起受热面高温腐蚀高温受热面管壁超温105125MW机组锅炉对流受热面结渣和沾污高过烟气入口侧高再烟气入口侧低再垂直管段高再烟气出口侧106高温及腐蚀引起管壁减薄、胀粗

高温再热器管弯头明显胀粗过热器直管管壁减薄107煤燃烧、结渣研究技术路线图

D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标108D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标特征评价指标基本数据的获取按GB进行常规分析并计算，可得指标：Vdaf、Qnet,ar、Mt、Ad、ST、DT、（1）燃尽率B已燃烧的可燃质占初始可燃质的百分数，其值越高，煤的燃尽特性越好。（2）煤粉气流着火温度IT煤粉气流着火温度测定炉测出的在特定条件下煤粉气流的着火温度，其值越高，煤粉气流着火越难。（3）结渣指数Sc一维火焰炉渣型对比法所得的TPRI结渣指数。结渣109D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标源上沉积的灰渣依照其粘结的紧密程度由强到弱可分为熔融、粘熔、强粘聚、粘聚、弱粘聚、微粘聚和附着灰等7个等级。（4）反应指数RI、燃尽指数Cb热重分析可测反应指数越大，煤样着火越困难。燃尽指数Cb。该指数越大，煤样燃尽越难。（5）灰熔点类型结渣指数RT灰熔点类型结渣指数RT由弱还原性气氛和氧化性气氛下测定的变形温度DT和软化温度ST确定：110D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标RT=（STmax+4DTmin）/5式中：STmax——在弱还原性气氛和氧化性气氛中测得较高的软化温度，℃；DTmin——在弱还原性气氛和氧化性气氛中测得较低的变形温度，℃。（6）灰成份类型结渣指数碱酸比B/A＝（CaO＋MgO＋Fe2O3＋K2O＋Na2O）／（SiO2＋Al2O3＋TiO2）111D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标硅比Sp＝SiO2／（SiO2＋Fe2O3＋CaO＋MgO）FKNA指数＝（Fe2O3＋Na2O＋K2O）／Al2O3Rz指标＝1.24（B／A）＋0.28（SiO2／Al2O3）－0.0023ST－0.019Sp＋5.4TGS热重分析可测：Rw、Rj煤灰高温导电仪可测：Tp比磁化仪可测：磁导率112D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标1MW半工业性煤粉燃烧试验台1——燃烧器2——炉顶3——炉体4——前转向室5——过热器6——后转向室7——空预器8——水平烟道9——烟气冷却器113D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标

烟煤燃烧结渣特征它是碳化程度中等的煤，包括挥发分14-30%的焦煤（牌号为J）直到挥发分>37%的长焰煤（牌号为C）之间的所有煤种；易~极易燃烧性能，有易自燃、爆炸倾向；HGI一般在50以上；侏罗纪煤Ad一般<15%，但易结渣，其中神华煤灰具高CaO特性，而大同煤灰具高Fe2O3性，其熔点ST<1250℃;石炭纪煤(府谷、保德、大同等）均为低结渣性能，Ad一般>20%。114D.中国动力用煤燃烧结渣特征及其评价指标

褐煤燃烧结渣特征其是碳化程度较低的煤种。挥发分Vdaf为40-50%甚至更高。极易燃烧性能，有极易自燃、爆炸倾向；HGI一般在50以上；内蒙、云南等大部分褐煤Mt可达30%以上，Ad一般<20%，极易结渣，其熔点ST<1200℃;东北Ad>30%的老年褐煤，Mt<25%，具高结渣性，ST最高可>1400℃。115E.我国大容量电站锅炉燃用主要煤种存在的问题烟煤炉膛、过热器结渣，再热器超温,灰水管结垢：神华等煤；无烟煤炉膛结渣、燃烧经济性差：阳泉、贵州无烟等煤无烟煤锅炉出力不足：阳城等煤（HGI）褐煤锅炉出力不足：新疆哈密、内蒙等地煤（Mt）116G.不同用途的混煤方案、措施及其在电站锅炉中的实绩

1.几种