1、前言
    對于鍋爐來說，為了確保額定過熱蒸汽溫度的允許偏差在±5℃以內，既保證電廠循環效率，又達到機組安全可靠的運行目的，就必須采用汽溫調節措施。目前比較多采用的是噴水減溫和擺動火嘴2種方式的相結合。擺動火嘴是針對布置有墻式再熱器的鍋爐用作再熱器調溫的手段，但是對過熱器同樣具有調溫作用。噴水減溫由于結構簡單、調溫幅度大和惰性小等特點，在電站鍋爐的汽溫調節中得到廣泛應用。不僅可以調節過熱器出口汽溫不超溫，還可以起到調節四角切圓燃燒方式中兩側汽溫偏差的作用。但是，由于減溫水溫度遠遠低于該處過熱汽溫，而且噴水流量不斷變化，因此減溫器運行條件相當惡劣，經常出現噴水管（笛形管）斷裂、套管裂紋等缺陷。這些與調溫裝置本身、調溫手段、鍋爐運行都有很大關系，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、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
2、過熱器調溫系統及實際運行狀況
    某廠于1998年投產的1025 t/h亞臨界自然循環汽包鍋爐，設計的過熱汽溫調節方式為噴水減溫和擺動火嘴相結合的方式。上三層擺動火嘴設計調節幅度為±20°，從而達到通過改變爐膛火焰中心位置和火焰長度來調節燃燒，進而改變過熱器出口溫度的目的。兩級噴水減溫布置見圖1所示，一級減溫器布置在低溫過熱器到分隔屏的大直徑連接管上，其設計意圖是，以此作為主要的調溫手段，同時還可以起到保護后屏過熱器不至于發生超溫爆管，設計最大噴水量為35t/h。二級減溫器布置在后屏過熱器到末級過熱器的大直徑連接管上，能起到靈敏調節汽溫的作用，其最大優點是安全、快速，設計最大噴水量為20 t/h。但是鍋爐投產運行一段時間后，發現擺動火嘴因執行機構卡死而不能擺動，從而失去了調溫功能，過熱汽溫完全由兩級噴水減溫器來調節。
3、減溫器失效經過及原因分析
3.1減溫器失效經過
    2004年9月該鍋爐進行了一次計劃性大修，檢修中用內窺鏡對減溫器進行了檢查，未發現異常。鍋爐大修后整體啟動運行10h后，發現有一末級過熱器壁溫測點持續超溫，隨后發生了超溫爆管，后在該末級過熱器入口集箱內發現一塊減溫器笛形管碎片(30×30 mm)。擴大檢查該鍋爐一、二級減溫器笛形管，發現均已碎裂損壞。同時，該廠同型號1號爐（1997年投產）在加強監視的情況下運行一段時間后，利用停爐機會對過熱器減溫器進行檢查，發現一、二級減溫器笛形管也同樣出現了碎裂現象。另外，內套管經過檢查未有異常。圖2、3為1號爐一級和二級減溫器笛形管缺陷圖。圖4、5分別為2號爐一級和二級減溫器笛形管缺陷圖。經過了解，其它電廠同類型鍋爐減溫器也出現過類似缺陷，采取的措施各不相同。
3.2失效原因分析
    鍋爐設計要求噴水減溫器要有較好的霧化性能，因而減溫器噴管上設計成笛形，開了很多小孔，使減溫水得到霧化。同時，為了避免噴人的水滴與管壁接觸引起熱應力而產生疲勞破壞，在減溫器內裝有保護套管，其長度應大于水滴蒸發段的長度。笛形管噴水減溫結構簡圖如圖6所示，一級減溫器噴管φ76×6 mm，材質為15 CrMo、內套管+426×5 mm，材質為SA- 387GR12CL1；二級減溫器噴管φ51×6 mm，材質為lCr18Ni9Ti、內套管+263×5mm，材質為SA- 387GR22CLI。
    兩級減溫水均取自給水泵出口，溫度為179℃。一級減溫器處蒸汽溫度為445℃，二級減溫器處蒸汽溫度為513℃。因此，一旦有減溫水投運時，笛形管處產生溫度應力是不可避免的。根據分析：(1)笛形管背汽面和迎汽面存在著很大的溫度差，背汽面溫度低承受拉伸應力，迎汽面溫度高承受壓縮應力；(2)背汽面有小孔管段與光管段溫度不均勻存在應力；(3)笛形管內外壁由于壁厚也存在溫度應力。從2臺鍋爐的減溫器缺陷圖可以看出一級減溫器笛形管均是在中心部位出現小片管碎裂，而二級減溫器笛形管則是從中間一排小孔出現1條長裂紋，自末端往入口發展，有碎裂情況。這是因為二級減溫器笛形管管徑小，相同壁厚承受溫度應力能力更差。事實上，比較1號、2號爐減溫器笛形管裂紋隨著運行時間增加的發展情況，可以看出，這種由于溫差引起的熱應力始終存在，如果材質不良，使用壽命則更短。文獻比較了lCr18Ni9Ti和12CrIMoV 2種材料作為二級減溫器笛形管的溫度應力，發現壁厚5 mm的前者受到的溫度應力是壁厚3 mm的后者的2.06倍。
    此外，二級減溫水系統調節閥由于行程調整不當，出現過閥桿頂壞，后預留一定行程，造成減溫水有漏流，長期漏流造成笛管始終承受溫差引起的溫度應力，這也是原因之一。
4、處理方法
4.1定期檢查
    嚴格按照安全生產規程定期檢查減溫器，發現缺陷及時處理。檢查方法有2種：(1)將減溫器從導汽管上整體切割并移位。具有直觀、檢查比較徹底的優點；缺點是工作量較大，尤其是焊接、熱處理工作量大大增加。(2)從噴水管座的上焊縫將給水管切開，然后用角向磨光機和電動磨具將噴管的上焊縫磨開，抽出噴管，最后利用內窺鏡對內套筒進行檢查。這樣做大大減少了工作量，并且使檢查取得了事半功倍的效果。
4.2更換性能更優的材料，適當減小壁厚
    從一級減溫器缺陷圖可以看出，使用超過20 000 h的笛形管缺陷是可以接受的。事實上，15CrMo在520℃以下具有較高的持久強度和良好的抗氧化性能，因此一級減溫器笛管只做更換新備品處理。鍋爐二級減溫器笛形管設計材質為lCr18Ni9Ti，屬于奧氏體不銹鋼，運行時間不長就會出現裂紋和破碎現象，所以全部二級減溫器笛形管更換為珠光體鋼12CrlMoV，因為此種材質導熱系數大，有利于傳熱，還具有較高的熱強性和持久塑性等特點。某鍋爐廠改進型減溫器即采用12CrIMoV[3]。根據GB 9222 - 88水管鍋爐受壓元件強度計算§4.6節中對壁厚的限制要求，適當減小壁厚是可行的，壁厚減小可以減少由于壁厚引起的溫度應力。因此新設計的二級減溫器笛形管壁厚為3 mm。
4.3加強設備管理和運行調節
    減溫水系統閥門尤其是頻繁動作的調節閥需要加強檢修維護，檢修后的行程調整由熱控和機務共同參與，確保調節到位。燃燒調整不當會造成多用減溫水調節汽溫，從而引起減溫器溫度應力，縮短減溫器使用壽命。因此，對減溫水系統閥門要加強檢修，防止漏流；加強運行調節，盡量減小減溫水流量和投運時間，這樣可以延長減溫器使用壽命。
5、結論與建議
    雖然不是所有1025 t/h鍋爐的過熱器噴水減溫器笛形管都會出現碎裂現象．但是針對某型鍋爐重復發生類似缺陷，提出以下建議，以提高鍋爐的安全可靠性。
    (1)減溫器笛形管裂紋破碎系長期運行的溫度應力所致。
    (2)減溫器溫度應力不可避免，但是采用更合適的材料可以延長使用壽命。
    (3)加強檢查和消除缺陷，防止運行中出現鍋爐停運事故；優化運行調節，結合各種調溫手段，保證過熱汽溫正常，盡量減少減溫水用量。
（信息來自：富通新能源生物質鍋爐http://www.hbwcty.com/swzglcp/）