锅炉基础知识(水处理班)2012.10.21一

锅炉基础知识2012.10长沙锅炉基础知识锅炉的定义锅炉的发展方向锅炉的应用领域锅炉的工作原理锅炉的介质特性锅炉的分类锅炉的型号锅炉的结构锅炉的保护装置

部分锅炉结构介绍锅炉的定义锅炉(也称蒸汽发生器)是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热水或其他工质，以生产规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽、热水或其他工质的设备。---《电工名词术语锅炉》注：1）燃料包括：煤、油、天然气、生物质燃料等；2）其他热能包括：电加热、余热利用等；3）工质包括：水、有机热载体等。*<特种设备安全监察条例>规定的锅炉范围：1）容积大于或者等于30L的承压蒸汽锅炉；2）出口水压大于或者等于0.1MPa(表压)，且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；3）有机热载体锅炉。

锅炉是由“锅”和“炉”，以及配套的附件、自控装置、附属设备组成。“锅”是指锅炉受热部件，主要包括：锅筒（或锅壳）、水冷壁、过热器、再热器、省煤器、对流管束及集箱等。“炉”是指将化学能转化为热能的空间和烟气流通的通道——炉膛和烟道。主要包括：燃烧设备和炉墙。锅炉附件有安全附件和其他附件。如安全阀、压力表、水位表、高低水位警报器、排污装置、汽水管道、阀门、仪表等。锅炉自控装置包括：给水调节装置、燃烧调节装置、点火装置、熄火保护及送、引风机联锁装置等。锅炉附属设备包括：燃料制备和输送系统、通风系统、给水系统以及出渣、除灰、除尘等装置。锅炉的发展方向：增加蒸发量提高蒸汽参数减少煤耗、节省钢材改进工艺锅炉结构简图电站锅炉：向高效率（部分减少污染）、大容量、高参数、低污染、自动化、高可靠性、低成本（金属消耗量）方向发展；工业锅炉：更注重高效率、低污染、自动化、低成本（金属消耗量）；生活锅炉：追求低污染、自动化、安全可靠。锅炉发展方向锅炉的应用领域锅炉应用于：发电厂、纸品加工、包装材料、制衣、洗衣、纺织、印染、酒店、食品加工、发电厂、饲料加工、化工生产、皮革加工、木业、电镀、酸洗、洗浴、水泥制品、医院等诸多行业。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，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业；而应用于加热有机热载体的锅炉称为有机热载体锅炉。锅炉工作示意图加热传热吸热锅炉产生热水或蒸汽的整个工作过程

包括三个过程：1.燃料的燃烧过程即：燃料燃烧产生烟气的过程。燃料燃烧完全，经济性就高；燃烧不完全，燃料中的热量不能充分放出，就会影响热效率，影响经济性。2.传热过程即：火焰和烟气通过受热面将热传给水的过程。传热情况的好坏取决于传热面积的大小，结垢、积灰程度和排烟损失的大小。3.加热汽化过程即：水吸收热量转变为热水或蒸汽的过程。加热汽化的目的是要得到一定参数（温度和压力）的热水或蒸汽，并保证质量符合要求。在一定量的水容积中，产生蒸汽热量的多少和蒸汽品质的好坏取决于受热面传热的好坏，所存水量的吸热程度和汽水分离的程度。锅炉的基本技术参数锅炉额定负荷（t/h）：蒸汽锅炉在额定蒸汽参数、额定给水温度、使用设计燃料时设计所规定的蒸发量，又称锅炉额定蒸发量。额定供热量（MW）：热水锅炉在额定回水温度、额定回水压力、额定循环水量和使用设计燃料长期连续运行时应予保证的供热量。锅炉的基本技术指标额定蒸汽压力（MPa）：蒸汽锅炉在规定的给水压力和负荷范围内长期连续运行时应予保证的出口蒸汽压力。额定蒸汽温度（℃）：蒸汽锅炉在规定的负荷范围、额定蒸汽压力和额定给水温度下长期连续运行应报保证的出口蒸汽温度。锅炉的基本技术指标锅炉热效率---TSGG0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》对工业锅炉热效率提出了更高的要求。锅炉热效率是反映锅炉对燃料所放出的热量的有效利用程度的参数。锅炉热效率是反映锅炉是否符合节约能源的标准，是锅炉经济运行的重要指标。锅炉热效率(η)=燃料放出的总热量有效利用的热量×100%锅炉介质特性-水循环锅炉水循环是指锅内水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的闭合回路中有规律地、连续不断地流动的过程。锅炉水循环按其循环方式可分为强制循环、复合循环和自然循环三种。强制循环除了依靠水与汽水混合物之间的密度差以外，主要靠锅水循环泵的压头进行循环的水循环方式。复合循环指在低负荷时，依靠炉水循环泵使蒸发受热面出口的部分或全部水，经过再循环管路回到炉膛水冷壁受热面中进行再循环，而在一定高负荷下自动切换成直流方式运行。自然循环依靠下降管中的水与炉内上升管中汽水混合物之间密度差和重位高度产生的压差而推动水循环。锅炉水自然循环示意图单回路水循环示意图1—上升管2—锅筒3—蒸汽出口管4—给水管5—下降管6—集箱常见的自然循环如左图所示。图中锅炉水循环回路是由锅筒、下降管、下集箱和上升管(即水冷壁)组成的，形成一个连通器。其中上升管布置在炉膛内，受到高温热辐射，管中的水有一部分被汽化，成为汽水混合物。下降管布置在炉墙外不受热，管内流动的是水。由于上升管内的汽水混合物的密度比不受热的下降管内水的密度为小，于是就产生了一个流动压头，形成了箭头所示的有规律的、连续的循环流动回路。锅炉介质特性---有机热载体循环有机热载体--是热载体的一种，是一种用来传递热量的中间媒体。根据其生产方法分为矿物油型导热油和合成油型导热油两大类。循环方式--热载体依锅外循环泵施加的压力在锅内及锅外按设计路径进行循环。热载体锅内循环为吸热过程、锅外循环为放热过程，整个循环封闭进行，热载体不与其他介质接触。导热油是一种有机热载体，多呈淡黄色或褐色油状液体，大部分是无毒无味的，少数具有一定程度的毒性和刺鼻臭味。导热油具有较高沸点，可以在很低的饱和压力下被加热到较高工作温度，达到液相340℃或汽相400℃，并具有较好的热稳定性，一般不腐蚀金属设备，粘度不大，泵送性能好，已被广泛用于作为传递热量的中间媒介。使用中当油温超过80℃时必须有隔离空气措施，否则导热油会被急剧氧化而变质，影响使用。导热油都是可燃的，使用中必须注意防火要求。导热油超温工作时会产生裂解而析出碳，粘度增加，传热效果下降，造成结焦时会引发事故。有机热载体事故:导热油超温裂解碳化锅炉的分类1、按用途分：电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉、车船用锅炉2、按锅筒放置的方式分：立式锅炉、卧式锅炉3、按烟气在锅炉流动的状况分：水管锅炉、锅壳锅炉（火管锅炉）、水火管组合式锅炉4、按介质分：蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉5、按安装方式分：快装锅炉、组装锅炉、散装锅炉6、按燃料分：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、余热锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉、原子能锅炉7、按水循环分：自然循环、强制循环、复合循环8、按压力分：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉9、按锅炉数量分：单锅筒锅炉、双锅筒锅炉10、按燃烧在锅筒内部或外部分：内燃式锅炉、外燃式锅炉11、按燃烧方式分类：火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、旋风炉、流化床燃烧锅炉12、按制造级别分类：A级、B级、C级、D级。锅炉型号工业锅炉型号---按JB/T1626《工业锅炉产品型号编制方法》规定编制，锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。锅炉本体型式代号锅炉类别锅炉本体型式代号锅壳锅炉立式水管LS(立水)立式火管LH(立火)立式无管LW(立无)卧式外燃WW(卧外)卧式内燃WN(卧内)水管锅炉单锅筒立式DL(单立)单锅筒纵置式DZ(单纵)单锅筒横置式DH(单横)双锅筒纵置式SZ(双纵)双锅筒横置式SH(双横)强制循环式QX(强循)注：水火管混合式锅炉，以锅炉主要受热面型式采用锅壳锅炉或水管锅炉本体型式代号，但在锅炉名称中应写明“水火管”字样。燃烧设备代号燃烧设备代号固定炉排G固定双层炉排C链条炉排L往复炉排W滚动炉排D抛煤机P下饲炉排A鼓泡流化床燃烧F循环流化床燃烧X室燃炉S注:抽板顶升采用下饲炉排的代号。燃烧种类燃烧品种代号燃烧品种代号燃烧品种代号Ⅱ类无烟煤WⅡ稻糖D水煤浆JⅢ类无烟煤WⅢ褐煤H油YⅠ类烟煤AⅠ贫煤P气QⅡ类烟煤AⅡ型煤X甘蔗渣GⅢ类烟煤AⅢ木柴M工业锅炉型号举例

DZL2-1.25-AII表示单锅筒纵置式链条炉排，额定蒸发量为2t/h，额定工作压力为1.25MPa，蒸汽温度为饱和温度，燃用Ⅱ类烟煤的蒸汽锅炉；

WNS4-1.25-YQ表示卧式内燃室燃炉，额定蒸发量为4t/h，额定工作压力为1.25MPa，蒸汽温度为饱和温度，燃油、燃气两用的蒸汽锅炉；工业锅炉型号举例

SZS10-1.6/350-Y、Q表示双锅筒纵置式室燃，额定蒸发量为10t/h，额定蒸汽压力为1.6MPa，过热蒸汽温度350℃，燃油、燃气两用的蒸汽锅炉。

SHX20-2.5/400-H表示双锅筒横置式循环流化床燃烧，额定蒸发量为20t/h，额定蒸汽压力为2.5MPa，过热蒸汽温度为400℃，燃用褐煤的蒸汽锅炉。

WDR0.7-1.0/95/70表示卧式电加热锅炉，额定热功率为0.7MW，额定出水压力为1.0MPa，额定出水温度为95℃，额定进水温度为70℃的热水锅炉。电加热锅炉型号烟道式余热锅炉型号按JB/T9560《烟道式余热锅炉产品型号编制方法》规定编制烟道式余热锅炉型号余热载体类别余热载体类别余热载体量名称代号单位符号气体Q千米3/小时Km3/h液体Y吨/小时t/h固体G吨/小时t/h1）m3/h是指0.1013MPa、0℃时立方米每小时。烟气特性分类烟气特性分类含尘类腐蚀类粘结类代号C（尘）F（腐）Z（粘）举例：QF35/900-20-3.9/450表示利用腐蚀性烟气所携带的显热，进入锅炉的烟气流量为35Km3/h，烟气温度为900℃。锅炉设计蒸发量为20t/h，蒸汽出口压力为3.9MPa，过热蒸汽温度为450℃的余热锅炉。我国电站锅炉型号

设计燃料代号某些电站锅炉制造厂代号电站锅炉型号举例HG一670/13.7一M：表示哈尔滨锅炉厂制造，额定蒸发量为670t/h，额定蒸汽压力为13.7MPa的电站锅炉，设计燃料为煤，原型设计。SG一1000/16.66一YM2表示：上海锅炉厂制造，额定蒸发量为1000t/h，额定蒸汽压力为16.66MPa的电站锅炉，设计燃料为油煤两用，第二次变型设计。锅炉的结构锅炉的结构，是根据所给定的蒸发量或热功率、工作压力、蒸汽温度或额定进出口水温，以及燃料特性和燃烧方式等参数，并遵循锅炉有关安全技术法规及锅炉受压元件强度计算标准等有关规定确定的。组成锅炉本体的主要受压部件是指锅炉在运行中锅炉本体承受内部或是外部介质压力作用的零件、部件。

锅炉的结构锅炉本体：由锅筒、受热面及其集箱和连接管道，炉膛、燃烧器和空气预热器（包括烟道和风道），构架（包括平台和扶梯），炉墙和除渣设备等所组成的整体。锅筒：是锅炉用以净化蒸汽、组成水循环回路和蓄汽蓄水的筒形受压容器装置。一般由筒体和封头（管板）组成；受热面：从炉膛及烟道内的放热介质中吸收热量并传递给工质的金属或非金属表面。辐射受热面：在炉膛及其出口部位，主要以辐射换热方式从火焰及高温放热介质吸收热量的受热面。对流受热面：布置在锅炉对流烟道中，主要以对流换热方式从烟气吸收热量的受热面。锅炉的结构水冷壁：敷设在锅炉炉膛四周由多根并联管组成的水冷受热面。主要吸收炉膛中高温燃烧产物的辐射热量，工质在其中受热、蒸发并作上升运动。过热器：将饱和温度的蒸汽或高于饱和温度的蒸汽加热到规定过热温度的受热面。再热器：将汽轮机高压缸或中压缸排汽再次加热到规定温度的锅炉过热蒸汽受热面。省煤器：利用给水吸收锅炉尾部低温烟气的热量，降低烟气温度的对流受热面。空气预热器：利用锅炉尾部烟气的热量加热燃料燃烧所需空气，改善燃料燃烧条件并提高锅炉效率的热交换装置。燃烧器：将燃料和空气，按所要求的比例、速度、湍流度和混合方式送入炉膛，并使燃料能在炉膛内稳定着火与燃烧的装置。锅炉的保护装置（1）超压报警和连锁保护装置超压报警装置是由能发出电讯号的压力测量仪表、必要的电气控制线路及音响、灯光、报警信号等组成。当锅炉出现超压现象时，能发出警报，并通过联锁装置控制燃烧，如停止供应燃料、停止通风，使司炉人员能及时采取措施，以免造成锅炉超压爆炸事故。超压联锁保护装置动作整定压力值应低于安全阀较低整定压力值。（2）超温报警和连锁保护装置，能在超温报警的同时，自动切断燃料的供应和停止鼓、引风，以防止过热器、热水锅炉和有机热载体炉发生超温而导致锅炉损坏或爆炸。锅炉的保护装置（3）高低水位报警和低水位连锁保护装置：当锅炉内的水位高于最高安全水位或低于最低安全水位时，水位报警器就自动发出报警声响和光信号，提醒司炉人员采取措施，防止事故发生。最低安全水位联锁保护装置不仅能自动报警，而且控制给水设备和燃烧通风设备可以自动切断燃烧，保证锅炉的安全。（4）锅炉熄火保护装置。当锅炉炉膛熄火时，切断燃料供应，并发出相应信号。（5）排污阀或放水装置：排放锅水蒸发而残留下的水垢、泥渣及其它有害物质，当锅炉超过最高安全水位时，放水调整水位至最高安全水位以下。（6）防爆门：在炉膛和烟道易爆处装设防爆门，以保证炉膛爆炸时，防爆门首先破坏而按预定方向泄压，保护炉膛或烟道不被破坏并防止人员伤亡。部分锅炉结构介绍锅壳锅炉（指蒸发受热面布置在锅壳内的锅炉）

1）立式燃煤锅炉2）卧式内燃室燃锅炉

3）卧式外燃锅炉

立式燃煤锅炉立式燃煤锅炉主要有立式横水管锅炉和立式多横水管锅炉、立式直水管锅炉、立式无烟管锅炉、立式弯水管锅炉和立式火管锅炉等，目前应用较多的是后两种。由于立式燃煤锅炉的热效率低和机械化燃烧问题难以解决，并且炉膛水冷程度大，不宜燃用劣质煤，目前产量逐渐减少，只是局限在低压小容量及环保控制不严及供电不正常的地方少量应用。立式弯水管锅炉1、人孔；2、封头；3、压力表孔；4、水位表孔；5、锅壳；6、炉胆顶；7、弯水管；8、隔垫层；9、喉管；10、出灰门；11、炉胆；12、手孔；13、下脚圈；14、烟囱；15、烟箱；16、上炉门；17、炉排管；18、固定炉排；19、下炉门立式弯水管锅炉立式弯水管锅炉的型号是LS（立、水）后发展起来的一种新型炉种。其主要受压部件有锅壳筒体、锅壳封头、炉胆、炉胆封头、和下脚圈。炉胆内均匀布置1-2圈弯水管，以增加受热面。锅壳筒体弯水管外有烟箱包围。烟囱置于前烟箱顶上。立式弯水管锅炉立式弯水管锅炉烟气流程锅炉炉排搁置在炉胆内U形下脚的上部，燃烧火焰直接冲刷炉胆和装在炉胆内的炉排水管；高温烟气经炉排管两侧进入炉胆上部，与上部炉胆和弯水管进行对流换热，经喉管9进入锅筒中部的烟箱，然后分左右两路各旋转180。，对部分锅筒和装置在锅筒上的耳形弯水管作横向冲刷，最后汇集于烟箱的前部，从烟囱排出。立式弯水管锅炉立式弯水管锅炉水循环靠近炉胆和锅壳中部的锅水以及弯水管中受热较强的锅水向上流动，而炉胆与锅壳夹层之间的锅水受热比较弱，因此向下流动，形成自然循环。立式弯水管锅炉1、弯水管内的水垢不易清除，如水不经过软化处理，炉胆内的弯水管易堵塞、过热、变形、鼓包、爆管；2、下脚圈内的水垢也不易清除，也容易发生堵塞被烧坏的现象；3、炉胆壁上产生水垢，使得导热能力差，比钢铁低几十到几百倍，引起过热变形，还可能发生垢下腐蚀，加速受热面损坏；锅炉效率降低，造成燃料的浪费，通常每结垢1mm，得多耗燃料3%~7%。4、运行过程中加强水质处理工作，确保加入锅内软水达标，加强定期排污工作，可有效地防止沉积物的产生。特点：1）锅筒中部被烟箱包围的部分，约占整个锅筒高度的三分之一，因受高温烟气冲刷，成为重要受热面，提高了锅炉热效率。2）炉胆内装有内弯水管，增加了对流受热面积。但由于炉胆水冷程度较大，炉温相应降低。因此，一般适于烧优质煤。如在炉内加砌耐火砖，保持炉膛较高温度也可烧较差煤种。3）水循环较好，凡被烟气冲刷的部位都有水冷却，整个结构弹性好。4）锅炉的最高火界是烟箱内侧最高点或炉胆顶最高点，由两者中较高的一个来确定锅炉的最低安全水位。这种锅炉一般多采用双层炉排的燃烧方式。5）锅炉耗用钢材少，传热面积大，水循环较好，升压快，存汽量较大，适应负荷的变化较强，它还适于燃用液体和气体燃料。在使用中应注意的问题弯水管内的水垢不易清除，如水不经过软化处理，炉胆内的弯水管易堵塞而被烧坏；立式弯水管锅炉卧式内燃室燃锅炉

湿背式燃油锅炉示意图1、炉胆；2、烟管；3、回转烟室；4、锅壳；5、管板；6、拉撑；7、人孔；卧式内燃室燃锅炉

结构锅炉的结构，是在一个直径较大的锅筒内布置许多烟管，作为主要受热面，在锅筒内的下部布置炉胆。燃料在炉胆内燃烧，炉胆表面积为辐射受热面。卧式内燃室燃锅炉

卧式内燃室燃锅炉

卧式内燃室燃锅炉

烟气流程燃料通过燃烧器喷入炉胆，由炉胆进入回燃室，然后转入第一束烟管，由后向前流入前烟箱，在前烟箱内转180°弯后进入第二束烟管，再由前向后流入尾部受热面，最后通过烟囱排出。卧式内燃室燃锅炉

水循环当两束烟管分别布置在炉胆两侧时，炉胆上方和第一束烟管周围的炉水因吸收热量多，温度高，密度小，所以向上流动；第二束烟管周围的炉水因吸收热量较少，温度较低，密度较大，所以向下流动，从而构成水循环回路。当两束烟管按先下后上顺序布置时，锅筒中部的炉水受热多，向上流动；沿锅筒内壁两侧的炉水受热少，向下流动，从而构成水循环回路。1、在上部烟管表面，处于汽水分离界面，容易氧腐蚀，产生铁垢，铁垢下易产生垢下腐蚀。腐蚀严重时，产生穿孔。2、在回燃室管板与烟管管端处，高温烟气冲刷，水循环不流畅，由于管板水侧水温在70℃左右，而烟气侧烟气温度一般在900~1100℃，有很高的传热温差，同时由于水侧属于管束区，水流动速度缓慢，也就是说处于“死水区”，此处很难有效地提高水流速，不能及时带走热量，于是此处特别是管束焊缝内侧缝隙中的水被加热至沸腾，如果锅炉给水水质不好，水中的杂质和各种钙离子、镁离子等在此析出结成水垢；若水中NaOH浓度增大，此处容易发生苛性脆化，产生裂纹。3、锅筒进水管处由于有很高的温差，如果锅炉给水水质不好，水中的杂质和各种钙离子、镁离子等在此析出结成水垢。卧式内燃室燃锅炉

卧式内燃室燃锅炉特点:因为炉胆较长，热胀冷缩的幅度大，所以炉胆结构应有足够的弹性，以减少热应力。通常将炉胆制成波浪式，或者将炉胆分成多节，相邻两节之间用U形膨胀节连接。为了满足管板的强度要求，应在管束四周和中间（胀接时）布置拉撑管（管壁较厚的无缝钢管），在管板上无管束的平面部分加装斜拉撑。炉胆与管板的连接，一般是将管板扳边后与炉胆对接，烟温大于600℃不允许采用T型接头。锅炉的排污管一般在炉后，因此，锅炉安装位置应前高后低，以提高排污效果，并在放水时能把水全部放净。在使用中要注意的问题:喷入炉内的雾化油气或燃气，如果熄火或与空气在一定范围内混合，容易形成爆炸性气体，因此燃油（气）锅炉均需采用自动化燃烧系统，包括火焰监测、熄火保护、防爆等安全设施。卧式外燃锅炉DZL型锅炉本体示意图1、水位表座；2、前管板；3、锅壳；4、起重吊耳；5、主汽管；6、烟管；7、角板拉撑；8、后管板；9、集箱；10、下降管；12、后棚管；13、排烟管；14、下集箱；卧式外燃锅炉烟气循环这种锅炉由于采用具有水冷壁的外燃炉膛，炉膛可以适当加大，以改善燃料在炉内的燃烧条件，减少飞灰含炭量及气体未完全燃烧造成的损失。还可在炉膛内砌拱，以利于燃烧。锅炉的辐射受热面由水冷壁管和锅筒的底部组成（采用八字形水墙管锅底绝热者除外）。燃烧后的高温烟气从炉膛向后流入左侧的烟管（如果锅底有八字形水墙管，则烟气进入水墙管和锅筒间组成的烟道），由后向前流人前烟箱，在前烟箱内折入右侧的烟管，再由前向后流入尾部受热面，最后通过引风机从烟囱排出，有些锅炉的烟管束是按照先下后上的顺序布置的。卧式外燃锅炉卧式外燃锅炉卧式外燃锅炉卧式外燃锅炉卧式外燃锅炉水循环水循环回路有两条。一条是锅筒下部的炉水经下降管流入两侧水冷壁管，吸收炉膛辐射热量后形成汽水混合物向上流入锅筒，构成独立的水循环回路。另一条是第一束烟管周围的炉水因吸热多而向上流动，第二束烟管周围的炉水因吸热较少而向下流动，构成锅筒内部的水循环回路。卧式外燃锅炉1、锅壳前下部，由于该处热负荷相对较高，有的直接受火焰辐射，烟气冲刷，往往会因锅壳底部水侧长时间结垢，泥沙堆积物，而水垢的导热性极差，使得锅筒金属壁不能及时有效的得到冷却，壁温超过允许温度。金属壁会发生塑性变形（鼓包）被损坏。2、在上部烟管表面，处于汽水分离界面，容易氧腐蚀，产生铁垢，铁垢下易产生垢下腐蚀。腐蚀严重时，产生穿孔。3、在前管板与烟管管端处，高温烟气冲刷，水循环不流畅，由于管板水侧水温与烟气侧烟气温度有很高的传热温差，同时由于水侧属于管束区，水流动速度缓慢，也就是说处于“死水区”，此处很难有效地提高水流速，不能及时带走热量，于是此处特别是管束焊缝内侧缝隙中的水被加热至沸腾，如果锅炉给水水质不好，水中的杂质和各种钙离子、镁离子等在此析出结成水垢；若水中NaOH浓度增大，此处容易发生苛性脆化，产生裂纹。4、锅筒进水管处由于有很高的温差，如果锅炉给水水质不好，水中的杂质和各种钙离子、镁离子等在此析出结成水垢。水管锅炉水管锅炉（烟气在受热面管子外部流动，水或汽水混合物在管子内部流动的锅炉）1）循环流化床锅炉2）双锅筒水管锅炉3）双横锅筒横置式室燃炉循环流化床锅炉循环流化床锅炉循环流化床锅炉过热器管大面积裂纹事故原因分析

殷先华，傅劲清，张希旺，刘丽红（湖南省特种设备检测中心，长沙410075）摘要：针对UG-150/3.82-M循环流化床锅炉在煮炉过程中发生过热器大面积开裂的事故，通过现场勘查、试样的金相检查、断口扫描电镜及能谱分析、垢样的化学成分分析，确定该事故的原因是煮炉过程中碱液进入过热器系统引起苛性脆化造成的。并提出相应的处理方案和整改措施。关键词：锅炉煮炉、过热器裂纹、苛性脆化1情况简介湖南某纸厂于2009年建设一台150t/h循环流化床锅炉，型号为UG-150/3.82-M，单锅筒横置式，自然循环，全悬吊结构，全钢架∏型布置。但是，在2009年7月13日——2009年7月16日煮炉期间，发生锅炉过热器管大面积开裂的事故，导致锅炉不能按时投产。该锅炉过热器管的材质均为15CrMoG，低温过热器规格为Φ42X4，高温过热器规格为Φ38X4，吊挂管规格为Φ51X5。现场检查发现，发生裂纹的部位主要集中在如下三个位置：1.低温过热器出口集箱管接头与低过蛇形管对接焊缝（见图1）；2.高温过热器进口集箱管接头角焊缝、管接头与高过蛇形管对接焊缝及高过第一个弯头处（见图1）；3.炉顶吊挂管上集箱管接头与吊挂管对接焊缝（见图2），且破口均位于焊缝的上半周承受拉力的范围内。图1低、高温过热器开裂位置示意图图2吊挂管开裂位置示意图2裂纹宏观检查与断口形貌分析2.1裂纹宏观检查经宏观检查，开裂管段均没有胀粗迹象，裂纹处管壁无减薄现象，内外表面未发现疲劳、氧化起皮现象，呈典型脆性破坏特征。并且，所有裂纹均分布在焊缝或弯头处，直管段上没有发现裂纹缺陷，说明裂纹的产生与焊缝或弯头有关，这些部位由于焊接和机械加工会存在残余应力，并且由于结构的不连续性（如未焊透、咬边、错边、加工细微沟槽等表面缺陷）会造成一定程度的应力集中。现场拍摄的裂纹照片2.2断口宏观形貌分析下列图为断口宏观照片。从照片中可以观察到，断囗呈规则的粗糙表面，边缘没有剪切唇断口内侧区域失去金属光泽，有腐蚀痕迹，可以观察到裂纹扩展区及断裂区，见图（a）、（b），呈明显的应力腐蚀宏观断口特征。图（c）、（d）为弯头处裂纹宏观形貌，从图中可以看出，内壁裂纹已全部开裂，且缝隙较大，而外壁还有金属相连。说明裂纹起源于内壁。（a）高过对接焊缝处断口（b）吊挂管对接焊缝处断口（d）弯头处裂纹（c）弯头处裂纹2.3断口微观形貌分析对断口进行扫描电镜微观分析。下列图为扫描电镜照片。分析结果表明，过热器焊缝开裂处的断口均呈明显的脆性破坏特征，如图（a）所示，断口晶粒晶界明显，具有典型的冰糖状花样，裂纹以沿晶开裂为主，在晶界处还可以观察到不连续的显微裂纹存在，并且断口表面存在腐蚀产物。弯头处裂纹断口的形貌与焊缝处断口形貌有所不同（见图（b）），为穿晶和沿晶的混合模式，这与弯头处材料经过了弯制加工有关，该处晶粒组织细小，细小的晶粒组织中晶界强度高，裂纹沿晶界的扩展阻力增大，故形成穿晶和沿晶的混合断口形貌，并且断口表面被较多的腐蚀产物覆盖。（a）焊缝处裂纹断口形貌（b）弯头处裂纹断口形貌3管子内、外壁结晶产物与煮炉药品成分分析3.1管子内、外壁结晶产物分析用内窥镜检查过热器管内的情况发现，管子内壁留有大量的结晶物，如图（a）所示。开裂部位外壁也有渗出物（见图（b））。（a）管内壁内窥镜照片（b）管外壁宏观照片对内、外壁结晶物取样，分别采用能谱分析、常规化学分析和X射线衍射分析方法对管内结晶物成分进行分析。EDS能谱分析结果见表1，管内、外壁结晶物均主要由Na、O、Cl、P等元素构成。采用化学方法检测结晶物中Cl-、CO32-、PO43-的含量，分析结果见表2。X射线衍射图谱与物相分析结果显示，结晶物主要由NaCl和Na2CO3·H2O组成，另外尚含有少量Na3PO4、Na2HPO4·5H2O、Na3PO4·8H2O、Na3PO4·12H2O，这与EDS能谱分析结果和化学分析结果一致。表1管内壁结晶物EDS分析结果（质量分数%）元素ONaPSCl内壁44.7041.968.241.203.89外壁46.0215.065.45-1.10表2化学分析结果名称分析结果（质量分数%）Cl-CO32-PO43-过热器管内壁结晶物3.3425.004.85表1管内壁结晶物EDS分析结果（质量分数%）元素ONaPSCl内壁44.7041.968.241.203.89外壁46.0215.065.45-1.10表2化学分析结果表1管内壁结晶物EDS分析结果（质量分数%）元素ONaPSCl内壁44.7041.968.241.203.89外壁46.0215.065.45-1.10名称分析结果（质量分数%）Cl-CO32-PO43-过热器管内壁结晶物3.3425.004.85表2化学分析结果表1管内壁结晶物EDS分析结果（质量分数%）元素ONaPSCl内壁44.7041.968.241.203.89外壁46.0215.065.45-1.103.2煮炉药品成分分析对煮炉碱液取样分析，结果显示NaOH含量411.3g/L，质量分数约40%，并且含有Cl-，含量为38.01g/L（约3.5%），这与过热器管内壁结晶物EDS分析与化学成分分析结果中Cl-含量一致。名称分析结果（质量分数%）Cl-CO32-PO43-过热器管内壁结晶物3.3425.004.85表2化学分析结果表1管内壁结晶物EDS分析结果（质量分数%）元素ONaPSCl内壁44.7041.968.241.203.89外