1、前  言
    某鍋爐型號為WG2220/10.3 -1，單鍋筒、自然循環、煤粉鍋爐，爐膛采用7.6×7.6大切角正方形形式，四周采用管徑為60×5全焊膜式水冷壁密封，由于是大切角，角部水冷壁受熱工況也得到了改善，受熱更加均勻，從上至下看外部布置了9圈水平剛性帶，用以對水冷壁的加固，該剛性帶隨水冷壁一起向下自由膨脹。爐膛正四角布置了直流式燃燒器，切圓燃燒，切圓直徑為694 mm。從1992年運行至今，水冷壁四角從9.98~19.5 m處不同程度地裂開，最長裂口達10 m左右，裂口的部位見水冷壁一個角的布置圖。
    該部位檢測的結果是：因焊接質量差而引起有弧坑及弧坑引發的水平方向的裂紋、飛濺及由飛濺引起的裂紋以及咬邊、夾渣等，密封條開裂全部沿焊接缺陷發展而成。而在角部其它沒有裂開的部位也達全部五級球化以上，該種情況在爐膛的四角特別是在燃燒器附近更加明顯。因為裂口較大，爐膛進冷風多，不但影響鍋爐的效率，而且使鍋爐燃燒不穩。為了防止情況的惡化，在停爐時對該部位進行了多次補焊，但補焊了以后同樣會裂開。為此，深入分析該裂紋出現的真正原因，以求找出解決辦法，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。2、水冷壁裂口原因分析
2.1水冷壁管節距選定問題
    鍋爐的爐膛既是燃燒設備，又是吸熱設備。水冷壁膜片在接受爐內高溫輻射熱的同時，通過管內流動的介質加以冷卻，只有當傳導和輻射平衡，并處于材料的許用溫度下，膜片才不致被燒壞。我國鍋爐爐膛熱力計算、設計基本上采用的是“相似理論”的分析方法，并通過應用大量試驗而綜合得出的經驗或半經驗公式，也就是說，根據已有爐膛的結構尺寸（對原有鍋爐因煤種變化等原因需要進行校核計算時）和根據預先所擬定好的結構尺寸的布置圖（設計新鍋爐時）確定爐膛的結構特性，校核爐膛出口煙氣溫度，其是否在合理的范圍內。由于結構尺寸是預先確定的，水冷壁管節距是由經驗公式中獲得的，它的選取與鍋爐蒸汽參數、水冷壁結構以及爐墻結構有關。
    220 t/h燃煤鍋爐是一種經典的爐型，再加上它為全焊膜式水冷壁，根據經驗公式，相對節距選s/d大約在1.3~1.35之間，而水冷壁管直徑選為∮60×5的無縫鋼管較為合適。據計算s：78~81 mm，從圖1可看出在水冷壁的前后左右四個面的s=80 mm，在選定的范圍之內，而在水冷壁的角部s=113 mm，超過經驗公式的選定值。原因是設計者在設計時考慮到角部離熱源遠，輻射弱而加大了安裝距離，但該鍋爐爐膛采用的是大切角正方形形式，設計時只考慮了火焰充滿度較好和避免水冷壁結焦的問題，而沒有過多地考慮角部也同樣應該有傳熱和吸熱平衡的問題，這導致該部位明顯存在超溫現象。
    根據鰭片傳熱原理，鰭片越寬，水冷壁壁管的溫度越大，盡管水冷壁的角部采用了12CrlMoV的材料，但當它的節距從80 mm增加到113 mm，還是超過了鱔片本身的許用溫度，即580℃。這就是為什么鰭片會龜裂的原因。
2.2工地焊接工藝問題
    鍋爐水冷壁由于構件太大不能在制造廠整體焊接，只能角部6根管在制造廠組裝好后，在工地組裝。當工地組裝時，采用手弧焊，雖然焊接位置既是立焊，又是低合金鋼12CrlMoV的角焊縫，運行時溫度很高，但焊接工藝并沒有作嚴格的要求，甚至還籠統標為現場角焊，焊條由焊接者自己決定，因焊接工藝規定不規范，焊接質量難于保證，焊接缺陷多，運行時間稍長，缺陷突現。
2.3水平剛性帶安裝質量問題
    該鍋爐的水冷壁膜片規格為53 mm×5 mm，但它的抗干擾性較差，為增加其剛性和抗爆能力而從上到下布置了9道水平剛性帶，該剛性帶主要由工字鋼、連接板和銷子組成，水冷壁和水平剛性帶之間通過梳型板和支撐板連接，支撐板直接焊在水冷壁的膜片上，結構見圖1。在角部與水冷壁的連接只有兩套，該水冷壁設計時在前后左右側每隔12根水冷壁管有3套連接裝置，而角部17根管只有3套裝置。停爐檢查，還發現水平剛性帶的圓柱銷全部斷裂，根本沒有起到增加剛性和抗爆的作用。經試驗，當水冷壁瞬時超溫時熱應力達240 MPa，如此高的應力只有3個連接板和5 mm厚的鋼板來承擔，因此該部位的連接板非常容易斷，角部焊縫出現裂口。
3、改進措施
3.1規范角部節距的安裝
    既然經驗公式推薦s/d：1.3~1.35之間，在沒有特殊保證下不應隨便改動，因此設計必須選s=78~ 81 mm之間，鑒于其它部位無過熱跡象，為了制造、安裝方便選用與其它部位水冷壁一樣尺寸，即s=80 mm,厚度為5 mm。但減少了膜片寬度，相對來說管子數量增加，為保證水循環暢通，可考慮在該部位減小管徑，設單回路，可以較好地改變膜片過熱的現象。
3.2制定嚴格的焊接工藝，防止焊接裂紋，提高焊接質量
    在制作手弧焊工藝時，因為接頭的形式、焊件材料和厚度、焊接位置這四個參數一定后，必須包括：焊接材料、預熱溫度、熱處理溫度3個參數。當焊件材料一定時，焊縫金屬的成分和性能主要決定于焊接材料，通過選用不同的焊接材料，可以改變和調整焊縫的成分，因此選用正確焊接材料，對于保證焊縫質量特別重要，而預防焊接裂紋，選擇適當的預熱溫度又起著非常決定的因素。因此焊接時除滿足圖1中的條件外，還必須詳細規定焊接材料，焊接條件。
3.2.1選擇正確的焊接材料
    選擇正確的焊條：12CrlMoV為熱強鋼，抗拉強度為480 MPa，為保證焊接接頭的高溫性能，按照焊件材料與焊接材料選用同一強度等級基本原則選用焊條，使焊成的焊縫與母材強度一致而同一強度等級的酸、堿性焊條；根據該母材在焊接過程中容易產生較大的焊接應力而產生裂紋特點，選用抗裂性較好的堿性焊條E5015。
3.2.2焊前預熱
    預熱是防止焊接裂紋的有效工藝措施，它能減少溫差和減慢冷卻速度，這兩者是降低焊接應力的關鍵，但它必須嚴格按照標準，特別是要控制預熱溫度的上限，不能認為預熱溫度越高越好，預熱溫度太低達不到預防產生焊接裂紋的效果，但過高的預熱溫將使材料變脆，對結構的性能十分不利。該水冷壁膜片高度較大，不可能整體加熱，可采取局部加熱，即在焊縫及其兩側不少于80 mm處進行加熱，也可更長些，但不允許小于80 mm,因為加熱區太窄會造成新的溫差應力。預熱溫度為150~ 200℃，不能太快，要均勻，并要求整條焊縫的預熱溫度一致。
3.2.3增加水冷壁與水平剛性帶連接套的數量
    水冷壁與水平剛性帶的連接套是考慮爐膛爆炸和水冷壁管受熱不均勻而產生應力設計的，實際運行來看前后左右部位完好無損，但在角部這個細節部位卻忽略了，從其連接套個數看角部數量較少。為了加強角部剛性另外增加連接套，即每個角部處增加兩套，從上至下共增加18套，并且在裝好膜片和連接板后焊死水平剛性帶的銷子，進行二次加固。
3.3規范運行操作
3.3.1嚴格控制變負荷速率
    如果負荷變化過快，水冷壁壁溫將大幅度波動，存在局部超溫及管間溫差加大，使鰭片所受的應力突然加大。特別是停爐期間防止水冷壁工質溫度突變，即由原運行操作在停爐時退高加運行，改為高加滑退，使給水溫度在停爐過程中仍保持較高溫度，減少與管壁的溫差，同時采用分段熱爐放水的方法，避免熱爐放水時水溫降低過快。
3.3.2加強燃燒調整和泄漏監測
    利用煤粉濃度在線監測裝置，合理調整燃燒，及時發現處理風粉異常現象，為防止因燃燒工況不良，爐內熱偏差過大而造成水冷壁局部溫度升降太快，產生的熱應力過大。防止水冷壁泄漏，當水冷壁泄漏時．利用泄漏監測儀監測，做到早發現早停爐，避免因泄漏使壁溫突變。
3.3.3保證爐膛負壓測定的準確及時，避免爐膛爆然，保證爐膛負壓測定的準確及時而打正壓，保證防爆門正常動作，防止爐膛因突然增加的壓力使膜片撕開。
4、結語
    通過規范技術操作及技術改造，爐膛熱負荷均勻程度提高，壁溫波動幅度和溫差明顯下降，通過消除了結構上的不合理、改善焊接工藝，從根本上消除、改善熱應力及應力集中情況，富通新能源除了銷售生物質鍋爐外，還銷售生物質鍋爐燃燒專用的生物質顆粒燃料，生物質顆粒燃料主要由木屑顆粒機壓制生產而成。