低氮燃烧器改造水冷套管子局部鼓包原因分析及处理

孔维刚

河北国华定州发电有限责任公司 河北 定州073000

0 前言

某发电公司的锅炉是亚临界压力、中间一次再热、控制循环炉，型号为SG—2008/17.47—M903。喷燃器采用四角切圆方式，单炉膛Π 型露天布置，运转层以下采用紧身封闭，全钢架悬吊结构，固态排渣。

2013年5月完成了低氮燃烧器的改造，燃烧器采用水冷套结构，水冷套管子规格为Φ51×6.5 mm，管子材质为SA-210 A1的内螺纹管，制造厂家由某锅炉厂有限公司委托某锅炉制造有限公司。

2013年10月检修时发现水冷套管子存在多处鼓包现象，影响了锅炉的安全运行。

1 宏观检查

水冷套管子鼓包点共计58点，对管子鼓包的胀粗值进行测量，测量的结果在0.7 mm-1.6mm 之间，胀粗率在1.37%-3.14%范围内。鼓包点胀粗值为0.9 mm 的数量11个，占19%，有50个点分布在0.8-1.3 mm 的区间，占总数量的86%。

对管子鼓包部位表面进行脱漆清理，发现管子表面呈蓝黑颜色并有轻微脱碳现象。

2 金相组织

经检查，金相组织均为正常的铁素体+珠光体，未见异常。

3 力学性能

该材质要求抗拉强度≥415 MPa，屈服强度≥255 MPa。试验结果管子取样力学性能指标满足标准要求。

4 原因分析

根据对锅炉流场的研究，煤粉火炬一般在离开喷口800 mm～1000 mm后着火，且最高温度一般发生在火炬的下游，即煤粉喷嘴向火侧2～3 m 处。发生胀粗的位置在燃烧器喷嘴两侧，此处不正面面对火炬，热负荷较低。在锅炉运行期间，未发现有超温现象，而热负荷较高的水冷壁区域并没有发生胀粗现象。并结合金相组织、力学性能试验结果确定鼓包原因不是在运行期间造成的。

制造厂家水冷套的加工工艺是通过管子间加装扁钢焊接完成密封，密封焊接采用半自动二氧化碳气体保护焊。经对厂家现场进行考察发现，由于焊接的工作量较大，为了提高效率，密封焊接速度较快，焊接顺序和过程无技术管控要求，也无采取防止焊接变形的措施，管屏焊完后变形很大。在变形部位采取火焰热校正过程中，同时采取强力对正，且火焰温度无监控措施，火焰加热后管子表面呈兰黑色并有脱碳现象，见图1。焊接和校正完后并未采取任何消应力处理措施，大量的焊接、结构应力等无法得到有效释放而残留其中。

由此断定，水冷套管子鼓包的原因为制造时密封焊接、热校正工艺不当，过程管控不严格，在火焰热校正过程中造成管子局部超温，并且在采取强力校正过程中致使管屏中残留大量的结构、焊接等残余应力。在运行中应力得到释放造成了管子局部鼓包现象。

图1 火焰加热及强力校正图

5 处理措施

1.加强对制造厂家制造工艺的监控，对火焰加热温度进行监测，防止热校正过程出现超温，并严禁杜绝强力校正现象。

2.对水冷壁管子外径胀粗超过3.5%的部位进行更换；对金相组织、力学性能超标的部位进行更换。未进行更换的水冷套管子可考虑开应力释放槽。

3.加强运行监督，在运行中防止超温超压运行；注意定排、连排的正确使用，避免水动力异常，防止温度和压力的大幅度波动。

4.利用停炉机会对鼓包部位进行监督检查，持续跟踪鼓包变化情况。5.建议厂家采取焊后热处理，增加焊后消除应力措施，防止管屏变形过大和减少残余应力。