柳林電力有很責任公司1號爐于1995年11月7日正式投產(chǎn)至1996年5月份連續(xù)運行3 600 h。1996年的5月份，屏式過熱器在短短的1個月內(nèi)連續(xù)爆管3次，嚴重影響了機組的安全穩(wěn)定運行。經(jīng)對爆管進行金相分析、試驗數(shù)據(jù)分析和不同部位設測溫點試驗分析，得出較為合理的改進措施。
1、設備概述
    柳林電力有限責任公司1號機組B&WB-410/9. 8-M型鍋爐系北京巴威公司制造生產(chǎn)，1995年11月份投產(chǎn)運行，至今累計運行5萬多小時，啟停137次。
1.1機組主要參數(shù)及與本文相關的主要參數(shù)
    過熱器出口壓力：9. 81 MPa。
    過熱器出口溫度：540℃。
    給水溫度：227℃。
    屏過額定工作壓力：9. 98 MPa。
    屏過額定工作溫度：510℃。
    屏過設計最高金屬壁溫：515℃。
    屏過設計規(guī)格：∮2×5 mm。
    屏過設計材質：鋼102（12Cr2MoWVTiB外圈4根管）與鋼12CrlMoV（其余管圈）。
    設計屏間熱偏差：1.2。
    設計屏管間熱偏差：1.3。富通新能源生產(chǎn)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。
1.2屏過原設計結構
    屏過沿爐寬均布14屏，每屏均為W型，由12根∮2×5 mm的U型管組成，最外圈兩根管為夾屏管，最外圈4根管材質為鋼102，其余為12CrlmoV鋼。
2、屏過頻繁爆管
    爆管發(fā)生：19 96年5月份，屏式過熱器在短短的1個月內(nèi)竟連續(xù)爆管3次，該爐從投產(chǎn)至爆管累計時間僅3600h。
    爆管位置：爐右數(shù)第2，3，4屏外圈管。
3、原因分析
3.1金相分析
3.1.1屏過材質符合設計要求
    兼用美國DU-4直讀型光譜分析儀分析結果說明：管材成份符合鋼102，材質符合設計要求。
3.1.2宏觀分析
    具有長期超溫爆管特征如下。
    a)爆口斷面均粗糙不平，爆口邊緣較鈍，爆口附近有較多平行于爆口的軸向裂紋。
    b)在鼓包處開裂，管徑脹粗明顯，爆口斷面粗糙不平，且附近有較多平行于爆口的軸向裂紋，外表有一層較厚的氧化皮。
    c)距爆口20 mm處管徑無明顯脹粗，管壁厚度不均，向火側4.6 mm，背火側5.1 mm。
    d)爆口均在管子向火側。
3.1.3微觀分析
    具有高溫蠕變失效特征如下。
    a)三組試樣破口處組織均為F+B回，B回沿晶分布，破口處組織明顯拉長。
    b)三組試樣破口處均有大量蠕變孔洞。
    c)蠕變裂紋發(fā)生以混合型（穿晶、沿晶）機制發(fā)展。
3.1.4金相綜合分析
據(jù)宏觀、微觀及運行時間、鋼的蠕變特征綜合分析，三組試樣均具有典型長期超溫特征，管材較長時間在高溫段運行造成管材高溫蠕變而失效。據(jù)拉爾森一米列爾公式推算，管壁溫度高達648℃～680℃，遠遠超過了鋼102≤600℃的要求，因而在短時間內(nèi)發(fā)生了爆管。
3.2結構分析
3.2.1  同屏管間、不同屏間熱偏差大
    裝設測點進行典型工況分析：在同一屏的不同管及不同屏的同一位置管的壁上加裝溫度測點，主要了解同一屏管與管間熱偏差及屏與屏間熱偏差，記錄典型工況進行分析，如表1所示。
    工況一：89 MW。
    由表1計算可知：管間熱偏差136. 5/95.1=1. 44，屏間熱偏差100. 9/84. 33 =1. 20。
    同樣，在負荷98 MW時，投高加和不投高加也進行了測算，結果見表2。
    可見，在89 MW負荷不投高加情況下，管間、屏間熱偏差已達1. 44和1.20，麗在98 MW負荷高加投入情況下，管間、屏間熱偏差可達1. 55和1.29如考慮不投高加，蒸汽量減少，燃燒加強將會造成更大熱,差，則管間、屏間熱偏差可高達1. 63和1. 35。在98 MW不投高加情況下，屏過最高壁溫高達657℃～187℃，遠遠超過了鋼102壁溫≤600℃的要求。此結論與金相試驗分析結果(648℃—680℃)基本吻合。
3.2.2屏過結構分析
    a)屏過結構產(chǎn)生熱偏差：1，2點所在管離火焰太遠，3，4，5，6點所在管線長，介質流動慢，且又處于離火焰最近的位置，從而造成同屏內(nèi)熱偏差大。
    b)當時本地煤質優(yōu)、顆粒細，發(fā)熱量高，使離火焰較近的管壁超溫，使熱偏差更大。
    c)三次風帶粉嚴重，造成火焰抬高，使熱偏差大（通過試驗證實此因素影響不大）。
4、屏過改造方案
    a)去掉每屏的(1)，(2)，(13)管，減小溫度偏高、偏低區(qū)，降低熱偏差。
    b)每屏的(3)，(4)，(5)，(6)管提高適當位置做屏管（提高的高度通過計算而得）可降低屏中最高溫度；且管長減少，流速加快，減小壁溫。
    c)如上改造后，考慮到外圈管即近火焰部位管材質為鋼12CrlMoV，最高允許溫度低于鋼102，因而將后屏(13)管去掉，以提高流速，加強管子冷卻。
    d)通過計算，原12根管質量流速為825 kg/m2．s，前屏10根管為990 kg/m2．s，后屏9根管質量流速為1100 kg/m2．s，可見改進后流速大大提高。
5、改造前后情況比較
    從表3可以看出改造后溫差降為26℃，54℃，大大降低了熱偏差。屏間溫差是由爐膛頂部熱負荷分布不均所致。
    可見，改造后屏內(nèi)管間，屏間溫差大幅下降。自1996年屏過改造至今已安全運行5萬多小時，未見任何異常。
6、結論
    a)通過改造前的各種試驗、分析確定改造方案。
    b)在改造過程中，應考慮到管間熱偏差及管內(nèi)介質流程的影響。
    c)屏間熱偏差及管材最高允許壁溫也是應考慮的重要因素。
    d)通過結構改造，降低管之間、屏之間的溫差，改善溫度分布狀態(tài)。富通新能源生產(chǎn)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。