某電廠l號爐為HG-1021/18.2-WM型鍋爐，系哈爾濱鍋爐廠有限責任公司采用美國CE公司（現為ABB-CE）技術制造的亞臨界壓力、一次中間再熱的自然循環汽包鍋爐，于1996年投入商業運行。該爐采用單水冷爐膛、尾部雙煙道，II型半露天布置，全鋼架懸吊結構。鍋爐爐膛四角布置直流式燃燒器，采用切圓燃燒方式，燃用混合煤，固態排渣。設計時充分考慮了純燒晉東無煙煤的可能性，采用了雙通道自穩式燃燒器。每角燃燒器從上至下布置5層一次風口，上3層可擺動±150～20°，下3層固定不動。鍋爐爐膛斷面尺寸為12 808 mm×12 802 mm，為防止水冷壁系統發生傳熱惡化，在冷灰斗拐點以上的爐膛高熱負荷區域采用了直徑為∮63×8 mm、材料為SA-178C的內螺紋管。
    在1999年5月大修后水壓試驗時，發現爐膛水冷壁螺紋管有泄漏并存在許多橫向裂紋。為此，進行了調查試驗，初步分析了原因并提出防止產生橫向裂紋的建議和措施。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、水冷壁管產生橫向裂紋的情況
    該爐自投運至大修累計運行約15 000 h，機組起停68次，不投油低負荷運行可達160MW，機組經常調峰，燃料較雜。鍋爐大修后水壓試驗時，發現爐膛右側水冷壁從前向后數第67根內螺紋管在標高24 m左右泄漏�，F場檢查發現，泄漏處為一橫向裂紋，且在泄漏處附近存在著多條縫隙狀橫向裂紋。利用磁粉探傷等手段對水冷壁進行了大范圍的檢查，查明右側水冷壁從63根至72根共10根管，在標高22～28 m處的范圍內存在大量的橫向裂紋，裂紋的長度、深度不等。從割下的裂紋管看，在管子向火側的內表面環向約80。的范圍內有水垢存在，內壁有坑狀腐蝕，并且螺紋根部有裂紋，有些管子的螺紋部分甚至已經腐蝕掉。
2、橫向裂紋的原因分析
    水冷壁產生橫向裂紋的原因很復雜，國內大容量機組中平圩電廠600 MW控制循環鍋爐和姚孟電廠300 MW直流鍋爐出現過類似的情況，原因是負荷變化造成水冷壁管壁溫波動而產生交變熱應力引起的。但該電廠l號爐是自然循環鍋爐，其水循環系統和特性與前兩者不同。因此，需針對鍋爐的特性、運行狀況和管子裂紋的實際情況進行具體分析。
2.1水冷壁管失效的形式
    從該電廠l號爐水冷壁裂紋管的宏觀形貌看，裂紋泄漏處破口不大，管段無明顯脹粗，管壁減薄量不大。在爐內的水冷壁外觀檢查中發現，在燃燒器區域的四周水冷壁管子外壁有一層約1mm厚的氧化皮，說明在鍋爐運行期間可能曾有過因燃燒切圓過大或偏斜而造成火焰貼壁，但在右側水冷壁裂紋泄漏處卻沒有氧化皮。通過金相檢查發現，裂紋管的向火側外壁和內壁組織均有碳化物在鐵素體晶界聚集以及石墨析出，發生球化現象。因此，可斷定裂紋管的失效不是由短期超溫造成的。
    肉眼觀察，裂紋管的向火側內壁有大量垂直于管子軸線的環向裂紋，呈縫隙狀，且管子內部也有許多細小裂紋。一般來說，這種裂紋是由管子受到交變熱應力而引起的疲勞裂紋。
2.2管壁結垢
    水冷壁結垢相當嚴重。對照CE公司對水質的規定，結垢量大于15mg/cm2為中等結垢，當結垢量大于40mg/cm2為嚴重結垢（此數據系指管子向火面試樣，其結垢量包括軟性水垢和硬性水垢，水垢質量／結垢面積）。根據電廠初步分析，永垢中含鐵偏高，氧化鈉成分也偏高，磷酸鹽偏低。從試樣情況來看，垢下腐蝕相當嚴重，除有坑蝕外，局部地方內螺紋部分已經腐蝕掉，而背火側管內壁較清潔。從該鍋爐水冷壁其他部位割管檢查情況來看，水冷壁管子也存在著不同程度的結垢情況。
    水垢的導熱系數極差，只有金屬的幾十分之一，能嚴重降低管壁到工質側的放熱系數，導致管壁溫度急劇升高。水垢在特定條件下，由于電化學的作用，還能夠引起垢下腐蝕。有關資料表明，當鍋爐給水中含鐵較多時，在高熱負荷區的管子內壁形成氧化鐵垢，同時，當水垢中含有氧化銅時，就能夠引起垢下腐蝕。
    CE公司對平圩電廠600 MW鍋爐水冷壁泄漏管試樣的分析報告也認為水冷壁管子橫向裂紋與垢下腐蝕有關。如果酸洗不及時，水冷壁結垢和垢下腐蝕就會越來越嚴重。應該指出，水冷壁結垢和熱負荷成線性關系，熱負荷越高的區段，管子內壁結垢程度越嚴重。這也可能是導致水冷壁管子超溫爆管事故均發生在燃燒器和其上方等高熱負荷區域的原因之一。
2.3結構特點
    從泄漏處水冷壁管子金相試驗結果來看，材料的化學元素含量符合規定，材料的屈服強度、延伸率等機械性能也符合要求，而且發生裂紋的管子都集中在一個回路上，在水冷壁的其他部位沒有發生裂紋，這說明管子材料本身不是直接導致產生裂紋的原因。
    從鍋爐水動力情況來看，鍋爐設計時已對每一個循環回路進行了精確的水動力計算，整個循環倍率為4.3，在管子出現裂紋的回路，計算循環倍率約為3，水循環是安全的。同時，自然循環鍋爐水循環具有補償性，在水循環特性較差的后水冷壁及延伸包墻均未發生水循環破壞情況，說明水循環是可靠的。目前，國內還沒有電站鍋爐水循環發生故障的報道。
    這次大量橫向裂紋分布在燃燒器區域，斷口出現在剛性梁附近，爐外側是大風箱等。因此，首先懷疑鍋爐結構是否有問題。通過檢查，水冷壁向下膨脹是自由的，不受阻；剛性梁結構也未見異常；爐外大風箱等情況也良好，此結構是美國CE公司的傳統結構，技術非常成熟，已完全消化吸收并掌握，不存在結構問題。
3、結論
    由于某種原因，鍋爐給水不符合要求，引起結垢，在爐右側泄漏處（即斷口）是熱負荷及熱流密度最大的地方。根據CE公司的經驗，內螺紋根部的熱流密度為向火側平均熱流密度的1.25倍。根部的高熱流密度導致較厚的水垢，水垢不僅導致傳熱惡化，引起管壁超溫，而且引起垢下腐蝕：同時由于煙氣的貼壁及燃燒不穩定、負荷及運行工況變化（該爐啟動及停爐頻繁，經常參加調峰）引起管子壁溫的波動，產生交變熱應力，在其作用下，管子產生了疲勞破壞，隨著疲勞的加深，出現橫向裂紋，隨著裂紋的加深擴大，逐漸產生了泄漏。
    平圩電廠600MW鍋爐由于水質監控不嚴，加上運行中火焰貼壁等產生垢下腐蝕以及熱疲勞的交變作用，曾一度在燃燒器區域上方的水冷壁出現過不少橫向裂紋而導致泄漏。
4、防治建議
    (1)換管。在燃燒器區域進行大規模的檢查，查出有裂紋的管子，根據裂紋的情況換管。在高熱負荷及結垢嚴重的地方，可將國產15CrMoG光管送到異型鋼管廠拔成內螺紋管、換管。
  (2)酸洗。對照CE公司標準，對結垢情況進行分析，確定是否酸洗。
   (3)加強運行管理。對水處理設備運行管理要加強，加大對水質監控力度，確保合格的給水與爐水品質：對燃燒的調節也要注意，防止煙氣貼壁，避免嚴重結垢的產生；對鍋爐停啟頻率及負荷變化率、鍋爐升溫升壓速度以及鍋爐停爐冷卻速度等均應嚴格控制，避免長時間低負荷運行，對停爐的保養也應加強管理。
    (4)加強對壁溫的控制。在燃燒器區域，有必要加裝水冷壁壁溫測點，加強對水冷壁管子壁溫的監控，避免水冷壁管子壁溫出現大幅度的波動。
不同管徑和膜片寬度下的計算結果，以便分析膜片結構對磨損的影響；也可調用優化程序，得出最佳結構尺寸。計算結果見表。
    由于膜片厚度對傳熱及煙速的影響相對較少，且錯列布置比順列布置換熱效果要好，故以上計算數據針對錯列且膜片厚度為3 mm的情況。從表中數據可知：
  (1)膜片管管徑越大時，煙速越小，有利于減輕磨損，降低煙道阻力，減少廠用電耗；同時，金屬耗量也降低，減少了材料成本。但煙速過低，會增加積灰的可能性，故管徑并非越大越好。
    (2)增加膜片寬度，對磨損影響不大，但可降低煙側流阻及金屬耗量。
    (3)經優化設計的膜片管省煤器與原光管省煤器相比，最大磨損量、流阻及金屬耗量分別減少為原來光管的33.5%、41.5%及68.2%，說明用膜片管省煤器取代光管省煤器具有明顯的優勢。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。