电站锅炉直吹制式粉系统高温炉烟管道断裂失效分析及改进 措施 摘要：高温炉烟管道作为燃褐煤锅炉风扇磨制粉系统重要组成部件，其运行性能对燃褐煤锅炉机组的安全性有着重要的影响。风扇磨直吹式制粉系统采用高温炉烟抽取高温烟气干燥原煤。高温炉烟在因服役工况温度较高（600-1050℃），在机组运行中存在着开裂、变形等失效形式，影响机组安全及稳定运行，本文以满洲里达赉湖热电公司高温炉烟为研究案例，对高温炉烟管道出现的问题进行分析，并提出处理措施及方案。 关键字：高温炉烟、风扇磨直吹系统、耐热钢 选用褐煤作为燃煤的火电厂，一般选用风扇磨直吹系统，该系统结构简单，系统稳定，在北方电厂采用较多。我国褐煤资源丰富，全国储量近1204亿吨，约占我国煤炭总储量的13%。由于褐煤含水量较大，对于制粉系统的干燥能力要求高；并且挥发分较高，煤粉极易发生自燃爆炸。所以当今燃褐煤锅炉制粉系统多采用风扇磨制粉系统。风扇磨制粉系统的干燥剂由高温炉烟+热风(二介质)或高温炉烟+低温炉烟+热风(三介质)组成。由于干燥剂中含有炉烟，干燥剂温度高，因此干燥能力强；同时炉烟的加入使制粉系统中惰性气体含量增加，含氧量下降，防止了煤粉爆炸的发生。所以，风扇磨制粉系统由于其干燥能力强、防爆炸性能优而作为燃褐煤锅炉制粉系统的首选。而高温炉烟管道则是燃褐煤锅炉风扇磨制粉系统中 的重要组成部分，其作用为：
(1)混合干燥剂：将高温炉烟+热风(二介质)或高温炉烟+低温炉烟+热风(三介质)在高温炉烟管道混合室内按比例混合均匀，使干燥剂达到要求温度；
(2)输送干燥剂：将混合后的干燥剂输送至磨煤机人口；(3)输送原煤：高温炉烟管道同时起着将原煤送人磨煤机的作用；
(4)预热干燥原煤：原煤在高温炉烟管道中与干燥剂发生换热，使原煤中部分水分蒸发；
(5)高温炉烟管道中敷设保温层，防止干燥剂热量的损失，保证制粉系统干燥出力。
综上，高温炉烟管道的结构设计直接关系到机组运行的安全。风扇磨直吹式制粉系统采用高温炉烟抽取高温烟气干燥原煤。高温炉烟在因服役工况温度较高（600-1050℃），在机组运行中存在着开裂、变形等失效形式，影响机组安全及稳定运行，本文以满洲里达赉湖热电公司高温炉烟为研究案例，对高温炉烟管道出现的问题进行分析，并提出处理措施及方案。
一、高温炉烟设备概况
满洲里达赉湖热电有限公司两台发电机组所配的HG-670/13.7-HM18型锅炉，是哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计、制造的超高压参数单汽包自然循环锅炉，单炉膛，一次中间
再热，平衡通风，室内布置，固态排渣煤粉炉。锅炉选用直吹式制粉系统，采用风扇磨运行方式，每台炉6台磨煤机，4台运行，一台备用，一台检修，燃烧器布置在炉膛水冷壁的四面墙上，呈六角切圆布置，在炉膛中心形成逆时针旋向的两个直径稍有不同的假想切圆。每台磨煤机对应一条高温炉烟管道，每台炉共计6条高温炉烟管道。高温炉烟布置从47M抽取高温烟气送至0M磨煤机干燥原煤。高温炉烟从27M以上为Q235A管筒，内部硅酸铝棉加高温浇筑料，外部硅酸铝棉保温，管筒规格φ2218*10mm；27M以下为特种钢（3Cr24Ni7Si2NRe）管筒加外保温段，管筒规格φ1536*18mm，特种钢管筒采用熔模铸造工艺。 二、高温炉烟存在问题及原因分析 达赉湖热电公司两台机组自2010年投产以来，每台机组累计运行约5.6万余小时，结合机组运行时间延长，高温炉烟出现27M以下特种钢管段断裂等缺陷，达赉湖热电高温炉烟管道27m以下管筒无内部保温，采用耐热钢（3Cr24Ni7Si2NRe），结合机组运行时间，高温炉烟出现平台支撑管座，管筒焊口，管筒出现开裂，甚至管道整体断开的情况，对机组的稳定运行存在影响。 达赉湖热电公司27m以下管筒无内部保温，采用特种钢（3Cr24Ni7Si2NRe），结合 管筒断裂情况，断裂原因分析如下：
1、材质选型：达赉湖热电公司高温炉烟材质选用铸造耐热特种钢（3Cr24Ni7Si2NRe），简称24-7NRe，为八十年代初的新材料,具有一定的高温强度、抗氧化性和组织稳定性,属奥氏体型不锈耐热钢,但铸造钢韧性差，可焊性差，对冷热变换有一定敏感性，时效脆性及冷裂倾向较大。在长周期高温（500-700℃）服役工况及磨煤机频繁起停温度宽区域变化工况下，产生热疲劳裂纹，结合长周期高温运行溶于基体中的C、N析出，形成自由碳化物及氮化物，产生时效脆化现象，并发生断裂，结合现场断口断裂形貌为典型的脆性断口。
2、材料宏观检查：结合各断裂管筒缺口检查，基于管筒为铸造材料，进行宏观检查、无损检测及金相组织检查工作，经核查管筒内部原始缺陷较多，管筒母材中存在大量类似夹杂或夹层类原始缺陷，存在较多气孔聚集缺陷。此类原始缺陷可形成裂纹源，缺陷较多产生裂纹及开裂可能性较大。
3、材料成分分析：管道设计选材ZG3Cr24Ni7Si2NRe。经材质分析，实际核查成分Cr、Ni元素含量与标准成分有差别，Cr元素成分差1%，Ni元素成分相差2-3%，Cr、Ni元素含量不足将会影响管筒耐热强度及抗热疲劳性能。
三、改进措施及方案
结合达赉湖热电公司高温炉烟出现的断裂等问题，结合运行及检修应采取措施如下：
1、机组运行期间，对所有高温炉烟支座及管筒焊口采取定期排查，检修期间将高温炉烟保温整体拆除进行检查，发现问题进行处理。
2、结合机组运行期间定期排查及检修期间的整体检查，对于高温炉烟支座开裂，管筒及焊口开裂均采用肋板焊接加固方式进行。
3、结合达赉湖热电公司高温炉烟管筒出现的问题，现有材质管筒因材料及长周期服役造成时效脆化严重已满足不了现场生产安全要求，应进行更换。结合行业内火电机组高温炉烟材质选用情况，计划选用310S耐热钢。310S耐热钢，国内牌号：0Cr25Ni20不锈钢，又称耐高温2520不锈钢管，具有很好的耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性。Cr、Ni元素含量高于原材质，极限使用温度1000℃，满足工况（500-700℃）服役要求，同时310S与ZG3Cr24Ni7Si2NRe相比可焊性较好，有较高的蠕变强度。计划结合检修期逐年将高温炉烟27M以下管段逐步更换为310S耐热钢，单条炉烟更换重量约合26T（管筒及支吊），考量到工期等因素，可每年每台炉更换两条，按照每年完成4条高温炉烟工程量核算，三年完成两台炉12条高温炉烟更换整体实施。
参考文献：
【1】谷永锋，王晓聆．高温炉烟管道保温结构的设计及应用研究 [J]．黑龙江电力，2009，31(3)：193—196．
【2】王其君．高温炉烟管道内保温损坏的原因分析及解决措施 [J]．黑龙江电力技术 ，1997，19(2)：105—106．
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