高温过热器金相分析及球化评级

图2　高温过热器金相组织（400×）

查阅锅炉的设计资料得知：锅炉100%负荷运行时，排烟温度为141.8℃、一二级减温水度σb=475 MPa，其抗拉强度正好处于GB 5310—用量为6.29 t/h。经查阅锅炉的实际运行情况发现，排烟温度一般在180℃左右，最高可达到近200℃；一二级减温水用量多数情况下大于20 t/h，最多可达到29 t/h。在该锅炉定期检验时对高温过热器管（材料为12 Cr1MoV）迎火面进行金相分析发现，组织为铁素体和碳化物；根据DL/T 773—2001《火电厂用12 Cr1MoV钢球化评级标准》对该组织进行球化评级，球化级别达到4级（图2）。同时对该管进行机械性能测试，抗拉强1995《高压锅炉用无缝钢管》所要求的该材料抗拉强度的下限（GB 5310—1995规定12Cr1MoV钢管纵向抗拉强度为470～640 MPa）。由以上设计、运行和检验情况可以说明，该锅炉长期处于高温运行状态，尤其是燃烧器上部、屏式过热器以及高温过热器区域的温度更高，这有可能是燃烧器角度调节不妥，炉膛火焰中心抬高造成的，最终导致了这些区域的灰粒软化以至熔融；因这些受热面相对于炉膛温度较低，故熔融的灰渣在受热面处冷凝而结焦。另外，由于该锅炉在冬季既要供热，又要发电，而且供热压力大，因此锅炉常常处于超负荷运行状态；此时炉温升高，烟气流速加快，灰粒冷却不够，因而更容易结焦。还有一个原因是，燃烧器配风不均匀，没有及时得到调节，使得切圆长期出现偏斜，这样就会加剧受热面的局部结焦。同时燃烧器调节不当，燃烧切圆直径过大，出现火焰贴墙燃烧，此时贴墙温度高，受热面上的积灰就会熔融而结焦。

燃烧时投入的煤粉和空气的比例没有调整好，过量空气系数比较小，空气供给不足，或者煤粉与空气混合不充分时，即使供给足够的空气量，也会造成有些地区空气多一些，另一些地区空气少一些。此时由于空气供给不足使得煤粉没有充分燃烧，因此造成能源的浪费。但更重要的是煤粉中的H2S、H2没有被氧化，同时煤粉不完全燃烧产生CO气体，此时炉膛处于还原性气氛中，灰渣中的Fe3O4便会发生如下还原反应：

3Fe3O4+H2S→SO2+H2O+9FeO

Fe3O4+CO→CO2+3FeO

Fe3O4+H2→H2O+3FeO

FeS2会发生如下还原反应：(www.xing528.com)

FeS2+H2→FeS+H2S

FeS2+CO→FeS+COS

可以看出，Fe3O4还原产生FeO，在一定温度范围内，FeO与SiO2形成FeSiO3，其熔点较低（1146℃）；FeS2还原产生的FeS熔点低（1195℃），且易与FeO（熔点1030℃）形成熔点更低的共熔体。因此，在常见的烟气温度下它们会熔融，加上它们的密度较大，所形成的熔融小球阻力小、惯性大，很容易穿过气流而到达温度较低的水冷壁、屏式过热器及高温过热器管壁上凝结而结焦。

根据该锅炉运行规程的要求，煤粉细度R90应为16%±2%，查阅该锅炉的运行记录，发现煤粉细度基本上都大于18%，最高时可达到22%。由此可知，该锅炉燃烧的煤粉颗粒比运行规程要求的粗，此时煤粉燃尽需要相当长的时间，因此常常贴壁造成还原性气氛而增加了结焦的概率；另一方面，煤粉颗粒粗，着火推迟，火焰中心上移，炉膛出口温度提高，灰渣容易在炉膛出口处的屏式过热器及高温过热器上结焦。

该锅炉在运行时，由于吹灰器没有正常投入运行，加之燃烧煤种的灰分值高，使得锅炉在运行时炉膛积灰不能及时吹扫掉，受热面管上的积灰量增加，阻碍了热量向受热面的传递，因此造成炉膛温度不断升高，当温度达到灰的软化温度甚至熔化温度时，受热面上的积灰就会熔融而结焦。