燃气热水锅炉回燃室裂纹分析

燃气热水锅炉回燃室裂纹分张宝祥1,王忠发2(1.天津市特种设备监督检验技术研究院,天津300192;2.天津市质量管理研究所,天摘要:对卧式内燃(WNS)燃气热水锅炉回燃室裂纹进行分析,计算不同燃料特性对回燃室温度的影响,并且运用简化传热模型,计算出水垢对回燃室不同位置金属壁温的作用,认为水循环不充分导致水垢的出现使传热受阻,管口形式存在不合理,总结出热疲劳裂纹出现的原因。关键词:回燃室;热疲劳;裂纹;传热模型:TK229.8文献标识码:A:1002-6339(2012)01-0083-05TheAnalysisofBackBurningChamberCrackZHANGBao-xiang1,WANGZhong-fa2(1.Tian激nSpecialEquipmentInspectionInstituteTian激n300192China;Abstract:Thisanalysesthehorizontaldiesel(WNS)gascombustionchamberofhot-waterboil-er,calculatestheeffectofdifferentcharacteristicsoffueltothetemperatureofcombustionchamber,andusessimplifiedheattransfermodeltocalculatetheeffectofincrustanttothemetalwalltemperatureofdif-ferentpositions.Resultsshowthattheinsufficiencyofwatercycleleadstoincrustantwhichmakesobstruc-tionofheattransfer,theunreasonableformofthepipe,andthereasonforthecrackofheatfatigue.Keywords:combustionchamber;heatfatigue;crack;heattransfer管板上也存在着细小裂纹,分布比较特殊,大多存在于左侧第5、6、7排管排之间,右侧第7、8排管排之间(如图4)。1事故概况在检验工作中,笔者发现一台供暖的小型热水卧式内燃(WNS)锅炉(如图1)运行了两个采暖季后,锅炉二回程入口处回燃室前管板烟管管端出现裂纹而发生渗漏。在进一步检查中,发现烟管管端附近出现大面积疲劳裂纹,导致管端出现轴向内穿透性裂纹(如图2),裂纹有的还会延伸到焊口(如图3)进而威胁到管板的安全。进行磁粉检测后,发图1小型热水卧式内燃(WNS)锅炉示意图收稿日期2011-07-28修订稿日期2011-10-27作者简介:张宝祥(1984~),学士,助理工程师,主要从事锅炉检验、能效测试研究与事故调查等工作。图2穿透性裂纹图3管端裂纹(发展到焊缝上)图5管板腹膜金相200倍3原因分析3.13.1.1设计问题燃料特性的影响图4回燃室前管板(二回程入口)一般来说,锅炉本体是按照燃油燃气通用化设计制造,其中大部分是以已有燃油锅炉为基础,对不同的燃烧器加以改进,从而达到模块化生产,提高生产效率[1]。但是,当锅炉燃用不同性质的燃料时,由于炉内辐射吸热量不同,导致炉膛出口烟气温度发生变化,在这里可以用下表进行对比。其中0#柴油与天然气的原始值如表1与表2所示。表10#柴油成分2事故调查根据检验经验,管端裂纹现象大多成因是由于换热不良,至使烟管局部超温,端口材料抗裂性降低,使用一段时间后局部过热,产生裂纹。经调查研究发现本锅炉频繁启停,用于调峰,而且烟管的管端伸出焊口长度过长,无法得到很好的冷却,长期处于高、低温的交变热应力作用,从而造成管端热疲劳裂纹。管板出现裂纹情况相对较少,管板是否有过热现象存在,为了进一步研究,对本锅炉的管板进行了腹膜金相检查,发现:管板组织结构并没有发生太大变化,金相组织为铁素体+珠光体,珠光体球化二级(见图5),可以排除本锅炉回燃室管板处发生过热,由此可见,此处裂纹并非过热产生。笔者认为本裂纹产生有其他成因。下面对本锅炉烟管与管板出现的裂纹的成因从yyyyyyyyQdw/成分/单位C/H/O/S/N/W/A/[%][%][%][%][%][%][%]kJ·kg-10#柴油85.5513.490.660.250.0400.0142898将0#柴油与天然气在2.8MW的热水锅炉上进行热力计算:其中:化学未燃烧损失q3=0.5%;保热系数φ=0.983;冷空气温度tlk=30℃;过量空气系数α=表2天然气成分QyCH4/[%]C2H6/[%]C3H8/[%]H2/[%]H2S/[%]CO2/[%]O2/[%]N2/[%]H2O/[%]/成分/单位CO/[%]dwkJ·Nm-3天然气95.950.910.14/0.002/3.0//0.00635161表3计算结果送入锅炉热量Qr/kJ·kg-1带入炉膛总热量Q炉/kJ·kg-1炉内辐射受热面积Hf/m3炉膛出口温度θ″L/℃炉膛出口烟焓I″L/kJ·kg-1烟气辐射热量Qf/kJ·kg-1炉膛吸热量Q吸/kJ·kg-1名称辐射系数误差Cf/kW·m...

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