循环流化床锅炉分离器中心筒钢板开裂原因分析

循环流化床锅炉分离器中心筒钢板开裂原因分析

单利锋

（国能亿利能源有限责任公司电厂，内蒙古，鄂尔多斯市达拉特旗 014300）

摘要：利用外观形貌分析、化学成分分析、金相显微组织检测、冲击试验、断口形貌分析等方法对循环流化床锅炉旋风分离器中心筒开裂钢板进行了试验研究分析。结果表明：分离器中心筒钢板为铸造部件，内部存在多处铸造缺陷，同时中心筒长时间处于高温状态，导致内部组织发生蠕变并已产生蠕变孔洞和蠕变裂纹，在外部应力的作用下，造成分离器中心筒钢板开裂。

关键词：循环流化床；分离器；中心筒；铸造缺陷；蠕变孔洞

1  引言

旋风分离器是循环流化床锅炉（CFB）的主要设备之一，主要用于分离和收集高温烟气中较大粒径的煤粉颗粒，其分离性能及操作状况直接影响到循环流化床锅炉的长周期运行[1]。

在循环流化床锅炉运行过程中发生过多起旋风分离器中心筒失效事故，包括旋风分离器中心筒发生形变、出现裂隙，甚至发生下移、脱落等，这给循环流化床锅炉运行带来了不良影响，严重时会造成机组停运事故，导致较大的经济损失[2-5]。

2  设备概况

型号为DG-1089/17.4-Ⅱ1的循环流化床锅炉，布置有三个旋风分离器进口烟道，将炉膛的后墙烟气出口与旋风分离器连接，并形成了气密的烟气通道。旋风分离器为膜式包墙过热器结构，其上下各为一个Φ273 mm的环形集箱，两集箱之间通过Φ44.5mm、材质为SA-210C的管子连接，蒸汽流程从下往上。烟气出口为圆筒形钢板件，形成一个端部敞开的圆柱体。旋风分离器中心筒直径为4000mm，长度为6320mm，由高温高强度、抗腐蚀、耐磨损的奥氏体不锈钢Cr25Ni20MoMnSiNRe钢板卷制而成。

2016年8月，锅炉运行中旋风分离器中心筒卷制钢板开裂并脱落。为了查明开裂原因，了解钢管的寿命及健康状况，利用外观形貌分析、化学成分分析、金相显微组织检测、冲击试验、断口形貌分析等方法对循环流化床锅炉旋风分离器中心筒开裂钢板进行了试验研究分析。

3  试验内容及分析

3.1  宏观形貌观察与分析

对开裂的中心筒钢板宏观形貌进行观察，发现钢板存在一处长约600mm的裂缝，如图1所示。中心筒钢板内部存在多处铸造缺陷，如图2所示。

图1  开裂的分离器中心筒钢板宏观形貌

图2  分离器中心筒钢板铸造缺陷

3.2  化学成分检测与分析

按照GB/T 11170-2008《不锈钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)》要求，使用SPECZROMAXx型台式直读光谱仪，对开裂的中心筒钢板取样进行化学成分分析，检测结果见表1。Cr25Ni20MoMnSiNRe为非标准牌号材料。

表1  中心筒钢板化学成分检测结果   单位：%

3.3  力学性能检测与分析

按照GB/T 229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》要求，对来样中心筒钢板取样，在ZBC-300B型数字式冲击试验机上进行常温冲击试验，检测结果见表2。由表2可知，中心筒钢板冲击吸收能量低，不利于抵抗冲击载荷。

表2  分离器中心筒钢板冲击韧性测试结果

3.4  显微组织观察与分析

对开裂的分离器中心筒钢板取样进行显微组织分析，中心筒钢板微观组织为奥氏体+析出物，晶界上碳化物边缘存在较多蠕变孔洞，且部分蠕变孔洞已连接成为细蠕变裂纹，钢板内部存在多处支晶状铸造缺陷，如图3、图4。

图3  分离器中心筒钢板微观显微组织

图4  支晶状铸造缺陷

3.5  断口形貌观察与分析

利用扫面电镜对分离器中心筒钢板冲击试样进行断口形貌分析，发现断口内存在多处支晶状铸造缺陷，如图5所示。

图5  冲击试样断口微观形貌

3.6  试验结果及分析

分离器中心筒钢钢板存在一处长约60公分的裂纹缺陷，此外中心筒钢板内存在多处铸造缺陷。中心筒钢板微观组织为奥氏体+析出物，晶界上碳化物边缘存在较多蠕变孔洞，且部分蠕变孔洞已连接成为细蠕变裂纹，钢板内部存在多处支晶状铸造缺陷。分离器中心筒钢板为铸造部件，内部存在多处铸造缺陷，同时中心筒长时间处于高温状态，导致内部组织发生蠕变并已产生蠕变孔洞和蠕变裂纹，这样在外部应力的作用下，造成分离器中心筒钢板开裂。

4  结论及建议

分离器中心筒钢板为铸造部件，内部存在多处铸造缺陷，同时中心筒长时间处于高温状态，导致内部组织发生蠕变并已产生蠕变孔洞和蠕变裂纹，这样在外部应力的作用下，造成分离器中心筒钢板开裂。

参考文献：

[1]张晓蕾,刘建新,张海鹏.循环流化床锅炉旋风分离器中心筒的高温蠕变失稳分析[J].化工机械，2020，47（6）：838-839.

[2]梁娜娜.300MW循环流化床锅炉分离器中心筒固定方式存在问题分析及改进措施［J］.应用能源技术，2017，（9）：16～19.

[3]郭寿鹏，高洪吉，李晓桐．锅炉旋风分离器中心筒失效分析［J］．山东冶金，2010(01):61-62.

[4]张晓蕾，刘建新，张海鹏，等.循环流化床锅炉旋风分离器中心筒的外压稳定性分析[J].热力发电，2021，50（2）：84-85.

[5]张群山.循环流化床锅炉中心筒改造案例分析[J].能源与节能，2016，（11）：96～101.

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