淺談臥式快裝燃生物質鍋爐鍋筒鼓包組織分析及預防措施

李衛超，顏正航，李彧

（廣西壯族自治區特種設備檢驗研究院，廣西 南寧 530000）

鍋爐是一種能量轉換設備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學能、電能，鍋爐輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產生的熱水或蒸汽可直接為工業生產和人民生活提供所需熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉換為機械能，或再通過發電機將機械能轉換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業生產中也有大量應用。

產生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業。快裝鍋爐，生產廠家基本把安裝工作在制造廠已經基本完成，經檢驗驗收后運至安裝地點，吊裝至鍋爐基礎上，再經檢查驗收后，安裝好管道和輔機（鼓風機、引風機）以及除塵環保設施，就可以進行運行，所以安裝周期短。

臥式快裝鍋爐特點包括：

（1）結構簡單緊湊，制造、運輸及安裝方便；

（2）鍋爐水容積較小，產汽快，便于調整負荷；

（3）熱效率較高；

（4）爐膛較大，有條件對爐拱進行改造，以適應燃料品種的變化；

（5）鍋殼底部受高溫輻射，當水質不好時，水垢、泥渣等就沉積在底部，造成底部過熱后變形鼓包，并造成底部內側嚴重腐蝕；

（6）煙管受熱不均勻，高溫束煙管的膨脹因受拉撐件的約束，使得煙管的脹口易松動滲漏；

（7）鍋爐的蒸汽空間較小，高負荷時蒸汽帶水嚴重。本文重點對鍋筒鼓包的成因和金相組織變化及預防措施進行重點討論。

1 背景

本文以某木板廠鍋爐為例進行分析，鍋爐型號DZG2-1.25-BMF，鍋筒材料Q245R，壁厚18mm，鍋爐結構如參考圖1。對鍋爐進行定期內部檢驗時，打開鍋筒前側人孔發現底部積有5～8mm的垢渣，進入爐膛檢查筒體底部外表面發現存在鼓包現象，要求企業進行挖補處理，鼓包位置切割后進行測量如圖2、3，經測量鼓包尺寸約為φ500mm，中心變形高度約50mm。

圖1 鍋爐結構

圖2 筒體變形尺寸

圖3 筒體變形高度

2 金相組織

對鼓包中心和周圍未變現位置進行金相組織觀察如圖4圖5，未變形金相組織為鐵素體和珠光體，中心鼓包位置的金相組織為鐵素體和碳化物，珠光體已基本消失，碳化物在晶界處聚集，按照20號鋼珠光體球化評級標準《DL/T674—1999》珠光體球化5級，金相組織基體已經變為強度較低的鐵素體。

圖4 中心鼓包金相組織

圖5 未變形金相組織

3 鼓包處應力

材料的線膨脹量計算公式可用δ＝α·L·ΔT，式中α為線膨脹系數，L為總長，ΔT為溫差。正常情況下，鍋筒筒壁受熱均勻，鍋筒受熱均勻進行均勻膨脹變形，且在額定溫度下變形量很小，鍋筒底部堆積較多垢渣后，形成絕熱層阻斷正常熱交換，導致鍋筒局部溫度升高接近爐膛溫度，結果是中心鼓包位置局部膨脹量較大，受周圍正常溫度金屬的擠壓不能產生變形，產生額外的壓應力如模擬圖6橫截面受力，在鍋筒內部徑向內壓力的共同作用下，產生向外鼓包變形的合力。

圖6 受力模擬圖

同時，由于高溫下材料的組織劣化和高溫強度降低，和附加應力的共同作用下，導致鍋筒局部鼓包變形。

4 預防措施

為防止鍋筒鼓包現象的發生，應采取如下措施。

（1）加強鍋爐水質處理，保證軟水處理裝置有效，保證鹽槽鹽度處于過飽和狀態，定期更換樹脂，防止樹脂中毒失效，以嚴格控制鍋爐水質硬度指標，防止鍋爐結垢。

（2）按照TSG G5002-2010《鍋爐水(介)質處理檢驗規則》要求，至少每半年送水樣至當地鍋爐檢驗機構進行水質化驗，化驗指標是否滿足GB_1576-2008《工業鍋爐水質》要求，如不滿足應及時調節水質處理，生產允許時，停爐檢查結垢情況，必要時清洗鍋爐。

（3）按照鍋爐使用說明書要求，定期進行煮爐。

（4）加強鍋爐運行管理，按照規范要求進行定期排污，保證排污次數和效果，同時定期停爐檢查，清理鍋筒底部的垢渣。