垃圾发电锅炉主要受压部件损伤模式分析.pdf

第44卷第2期
石油化工设备
Vol 44 No. 2
2015年3月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
Mar.2015
文章编号:1000-7466(2015)02-0013-05
垃圾发电锅炉主要受压部件损伤模式分析
王哲芳,谢小明,李学来,陈世旺
(1.福州大学石油化工学院,福建福州350108
2.福建省锅炉压力容器检验硏究院,福建福州350008)
摘要:依据垃圾发电锅炉检验时常见的损伤情况,对其锅筒、省牒器系统、过热器系统和水冷壁系
统等主要受压部件的损伤模式进行分析。结果显示,这些主要受压部件的损伤模式包括焊接缺陷、
热废劳、飞灰磨损、低温腐蚀、氧腐蚀、高温蠕变、高温腐蚀和垢下腐做等。
关键词:垃圾发电锅炉;腐蚀;损伤模式
中图分类号:TK224.9
文献标志码:A
doi:10.3969/j.issa.10007466.2015.02.003
Analysis of Damage Patterns in Main Pressure Components of
Waste Incineration
WANG Zhe-fang XIE Xiao-ming, LI Xue-lai, CHEN Shi-wang
(1. School of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China;
2. Fujian Institute of Boiler and Pressure Vessel Inspection, Fuzhou 350008, China)
Abstract: Based on the common defects obtained during inspections of waste incinerations, the
damage patterns in the main pressure components, namely the drum, the economizer system, the
superheater system and the water wall system were studied. The result was that damage patterns
in the main pressure components of the waste incinerations included welding defect, heat fatigue
fly ash abrasion, low temperature corrosion, oxygen corrosion, high temperature creep, high
temperature corrosion and under deposit corrosion
Key words: waste incinerations; corrosion; damage patterns
垃圾发电可使垃圾变为资源且无害,也可减少灰,对锅炉有较强的腐蚀作用,易造成受热面管(省
其绝对数量,产生巨大的经济效益和社会效益。因煤器管、水冷壁管、过热器管)爆管。因此,研究垃圾
此,随着国家环保政策的实施和城市基础建设的加发电锅炉主要受压部件的损伤模式,对提高其设计
快,垃圾发电在我国得到了迅速发展。截止到2012水平和保证锅炉的安全运行具有重大意义。
年底,我国建成并投人使用的填埋气体发电厂约50
近年来,国内外学者对垃圾发电锅炉损伤的研
座,投人运行的生活垃圾焚烧发电厂共有142座。究主要集中在过热器管和水冷壁管的高温腐蚀方
至2015年,垃圾焚烧处理量将由2011年的15.9%面26。高温腐蚀对垃圾发电锅炉的影响相当严重,
增至35%,意味着垃圾发电厂数量将翻番。
然而,其它形式的损伤,如高温蠕变、飞灰磨损和垢
确保垃圾发电锅炉的安全运行,是促进垃圾焚下腐蚀等,也可能导致锅炉的严重破坏。对垃圾发
烧发电工业发展的前提。用于焚烧发电的垃圾成分电锅炉主要部件的损伤进行系统的研究,分析其损
复杂,燃烧后会产生具有强腐蚀性的复杂气体和飞伤模式,并以此为依据来指导相关的设计和维护工
收稿日期:2014-10-28
基金项目:福建省质量技术监督局科技项目(FJQI2012019)
作者简介:王哲芳(1990-),女,福建泉州人,硕土研究生,主要从事热过程装备及节能技术研究。
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石油化工设备
2015年第4卷
作,才能更好地确保其安全运行。但目前尚未见对余应力较高,焊接缺陷又常常是热疲劳的源点。热
垃圾发电锅炉各主要部件可能发生的损伤进行系统疲劳是指锅炉受压部件表面急剧冷却、加热,经受热
研究和分析的报道。为此,笔者依据几台垃圾发电冲击,当应力幅度及交变次数足够时,便产生裂纹。
锅炉检验时常见的损伤,对其锅筒、省煤器系统、过
通常,在锅炉给水进入锅筒后,锅筒内汽空间的
热器系统和水冷壁系统等主要受压部件的损伤模式锅筒壁温与锅筒工作压力下的饱和温度相适应,水
进行了分析。
空间锅筒壁温则并不是所有壁面都与锅筒工作压力
1锅筒损伤模式
下的饱和温度相适应。离给水部位越远的锅筒壁部
位,其温度越接近饱和温度,反之,偏离饱和温度值
根据垃圾发电锅炉锅筒检验的实践经验,锅筒越大。这种不均匀的锅筒壁温度场会产生热应力
较常出现的损伤是裂纹。锅筒环焊缝和纵焊缝、锅导致热疲劳。在这种情况下,如果锅炉启停频繁,
筒管座角焊缝、封头拼接焊缝和锅筒内表面等部位会导致锅筒内温度变化更快,热应力更大,更容易造
易产生裂纹,导致裂纹产生的原因主要是焊接缺陷成疲劳裂纹,加剧锅筒的寿命消耗。
和热疲劳。焊接缺陷是锅筒较常见的损伤模式,主
由于产生热应力大小、位置和发生时间的不同,
要包括裂纹、夹渣、气孔、未熔合和未焊透等。其中,热疲劳裂纹可能呈不同的形态。锅筒中常见的热疲
最常见的焊接缺陷是裂纹,且多发生于焊缝部位。
劳裂纹主要有两种:一种呈网状龟裂,产生这种裂纹
垃圾发电锅炉的锅筒主要采用20钢、20g以及是由两个方向的热应力或约東所导致,有时这种裂
16MnR等低碳钢材料。虽然这些材料具有较好的纹表现为在较大的一条直线型裂纹中混有网状的细
焊接性能,但焊接工艺选择不当、焊接操作失误、焊裂纹。当部件热应力特别大或承受较大热冲击、或
条选用不当或焊渣清理不及时,都可能导致焊接缺者有比较显著的裂纹诱发源时,热疲劳裂纹也可能
陷的产生。此外,焊缝中某些埋藏缺陷如气孔、夹渣呈一条主裂纹型式。
等,在运行中,由于交变应力的作用,也有可能扩展
对某锅筒筒体底部裂纹进行金相检验,得到的
形成裂纹。
基体组织与裂纹形貌见图3。
某垃圾发电锅炉锅筒筒体纵焊缝裂纹缺陷见图
1。某垃圾发电锅炉锅筒集中下降管管座角焊缝处
的裂纹缺陷见图2。
裂纹
图3锅筒筒体底部裂纹尖端金相照片(400×)
由图3可以看出,锅筒基体组织由铁素体十珠
光体及少量粒状贝氏体组成,未见异常。裂纹则是
图1锅筒筒体纵焊缝裂纹图
呈一条主裂纹的形式,整体扩展较为平直,具有典型
穿晶断裂特征,很可能是热疲劳所致。
2省煤器系统损伤模式
裂
省煤器一般布置在尾部烟道中,烟气携带的飞
灰会对省煤气管造成冲刷,导致管子的磨损。由于
尾部烟道烟