文军华能集团香港公司北京市西城区复兴门内大街4号邮编：100031Discussiononrootcauseofwaterwalltubefailureona420MWcoalfiredsupercriticalunitandthepossibleresolutionJunWenAddr.No.4FuxingmenNeidajie,Beijing,China,100031ABSTRACT:A420MWcoalfiredsupercriticalunithasexperiencedtwoincidentsofwaterwalltubefailureinashorttimeperiod.Thepaperanalyzesthepossiblerootcausesandgivessomerecommendationstoaddressthisissue.KEYWORD:circumferentialcrackingthermalfatigueoverheatingclinkeroxidedepositionwaterwalltube摘要：一台420MW的超临界燃煤机组接连发生了两次水冷壁爆管事故，本文对可能的事故原因进行了分析，并提出了解决对策。关键词：周向裂纹热疲劳过热结渣氧化物沉积水冷壁管1．背景：该机组于2001年投产，为超临界燃煤机组，采用前后墙对冲燃烧方式，前墙布置3层燃烧器，后墙2层，5台中速磨，每台磨各带一层燃烧器。炉膛下部燃烧器区域的水冷壁管为螺旋布置方式，过燃烧器区域后，改为竖直上升。机组有关参数如下：蒸发量(atBMCR)1,281,326kg/h主蒸汽压力25.88MPa主蒸汽温度569oC再热蒸汽压力4.3MPa再热蒸汽温度568oC给水温度315oC炉膛宽度18,360mm炉膛深度12,667mm炉膛高度46,900mm(冷灰斗拐点到炉顶)2005年4月14日和16日分别发生了一次水冷壁爆管事故，爆管位置在炉膛两侧墙中心线附近，大约炉膛标高20米的地方，对应于第2排燃烧器的高度，这也是炉膛内热流密度最大的地方。水冷壁管爆裂的裂纹为周向裂纹，即垂直于管子的轴向方向。爆裂管子附近的管子上也多处发现有周向、细小的裂纹。该台机组发生爆管事故时累计运行小时数为35000小时。水冷壁管爆管位置2．水冷壁爆管原因分析2．1水冷壁管温度波动管壁温度负荷剧烈波动该机组自投产以来一直存在比较严重的结渣现象。自发生爆管事故后，为查明原因，在全炉膛内安装了22只热流计，以监测结渣和管子壁温的变化情况。测量结果显示，由于不断发生结渣-掉渣过程，向火侧金属壁温的变化幅度很大很快，在30秒的时间内波动幅度能达到70-100C范围内，而且频率很高，几乎每20分钟就发生一次结渣-掉渣过程。剧烈波动管壁温度负荷图1：水冷壁爆管处管壁温度波动影响水冷壁管温度波动的因素主要是煤质情况、负荷以及磨煤机组合方式。当煤质变差时，特别是当煤灰中的含铁量超过15%时，锅炉结渣加重，掉渣频繁，管壁温度波动大；机组负荷高时，结渣加重，管壁温度波动大；在某种磨煤机组合方式下，结渣加重，管壁温度也波动大。2．2水冷壁管金相分析开裂管子表现出来的特征与EPRI出版的“锅炉爆管：理论与实践，第2卷：与水接触的管子”中描写的超临界水冷壁管开裂机理非常相似。主要相似的特征是发生在向火侧管子外表面上的周向裂纹的模式，带有规则的间隔分布的二次裂纹。裂纹的特征也是典型的，具有楔状、氧化物填充的外表，裂纹的氧化物中分布着的硫成分。裂纹以一种渐进的形式发展，显示出这是一种疲劳热开裂。通常认为引发疲劳开裂所需要的温度波动与锅炉的结渣-掉渣过程有关，但有一点，正如在有关的参考文献中所说的，仅有温度波动通常并不足以引发开裂。随着管子内表面沉积物的增加，管壁温度升高，从而有可能引发爆管。在有些事例中，这种内表面的沉积物以波纹状磁铁物的形式出现，特别是在所有采用了除氧器给水处理的炉子中容易生成。一个用来控制这种波纹状磁铁沉积物的方法是采用给水加氧处理，正像在这台机组上采用的一样。在这台机组上并没有生成波纹状的磁铁沉积物，但有管子过热以及大量内表面氧化物沉积的现象。对开裂管子横断面的显微测量显示，平均氧化物的厚度为64um，最大88.9um。氧化物相对致密，紧紧地附着在管子表面，似乎是蒸汽生成型氧化物，而不是工质中沉淀下来的氧化物。这一点似乎也可以从在氧化物中发现有锘和钼的成分得到证实，因为合乎逻辑的解释是这些元素是从基质材料中扩散出来的。管壁金属在微观结构上显示出一种梯度分布，靠近中心的金属有轻度的退化，靠近外表面的金属是球形结构。基于以上这些微观表现，以及机组运行了3万多小时，估计管壁金属的温度梯度大概是中心480C，外表