某電廠1號爐為HG - 1021/18.2 - WM型鍋爐，是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司采用美國燃燒工程公司（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，該鍋爐于1996年
1、投入運行。
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，燃用混煤，固態排渣。設計時充分考慮了純燒晉東南無煙煤的可能性，采用了雙通道自穩式燃燒器。每角燃燒器從上至下布置6層一次風口，上3層一次風口可上下擺動±（15°一20°），下3層固定不動。鍋爐爐膛斷面尺寸為12808mm x12 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直徑為∮63、厚8mm、材料為SA - 178C的內螺紋管。
在1999年5月鍋爐大修后進行水壓試驗時，發現爐膛水冷壁螺紋管泄漏，存在許多橫向裂紋。我們與電廠有關人員合作，對水冷壁橫向裂紋產生原因進行調查試驗，研究分析了橫向裂紋產生的原因并提出了防止措施和建議。
1、產生橫向裂紋的情況
該鍋爐從1996年1月投運至1999年5月大修，累計運行約15000 h．機組起停68次，不投油低負荷運行可達160 MW．機組經常參與調峰，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24m處泄漏。現場檢查發現，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。電廠組織人員利用磁粉探傷等手段對水冷壁進行了大范圍的檢查，查明右側水玲壁從63根至72根共10根管，在標高22-28 m存在大量的橫向裂紋，裂紋的長度、深度不等，有些裂紋肉眼可見，有些細小的裂紋則在顯微鏡下可見。檢查割下的裂紋管，在管子向火側的內表面環向約800的范圍內存在水垢，內壁有坑狀腐蝕，并且在螺紋根部有裂紋，有些管子的螺紋部分甚至已經腐蝕掉，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。
2、裂紋原因分析
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情況。原因是負荷變化造成水冷壁壁溫波動而產生交變熱應力引起的，該爐是自然循環鍋爐，水循環系統和特性與前二者不同。因此，需針對鍋爐的特性、運行狀況和管子裂紋的實際情況具體分析，查明造成橫向裂紋的原因。
2.1水冷壁管失效特征
鍋爐受熱面管子的失效是材料、環境、溫度、應力等因素綜合作用的結果，呈現出各種不同的損壞形式，其機理也各不相同。因此，準確地判定水冷壁管的失效形式，才能為查明原因提供更為可靠的依據。從該爐水冷壁裂紋管的外觀形狀看，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，說明可能在鍋爐運行期間，曾發生過因燃燒切圓過大或偏斜而造成的火焰貼壁。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的析出，發生球化現象。因此，可斷定水冷壁管的失效不是由于短期超溫造成的。
由肉眼觀察，裂紋管的向火側內壁有大量垂直于管子軸線的環向裂紋，環向裂紋均呈縫隙狀，管子內壁也有許多細小裂紋。一般來說，這種裂紋是由于管子受到交變熱應力而引起的熱疲勞裂紋。
2.2結垢
檢查裂紋管內壁，結垢情況嚴重。對照CE公司的規定，結垢量大于15mg/cm2為中等結垢，結垢量大干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，水垢中古鐵偏高，氧化銅成分也偏高，磷酸鹽偏低。從試樣情況來看，垢下腐蝕相當嚴重，除了有坑蝕外，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，水玲壁管子也存在著不同程度的結垢情況。
眾所周知，水垢的導熱系數極差，只有金屬導熱系數的幾十分之一，大大降低管壁的放熱系數，導致管壁溫度的急劇升高。水垢在特定的條件下，由于電化學的作用，能夠引起微電池效應；當給水中含有過量鐵、銅離子時、會產生垢下腐蝕。
美國CE公司對平圩電廠600MW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，水冷壁的結垢和熱負荷成線性關系，熱負荷越高的區段，管子內壁結垢的程度越嚴重。
2.3解析
從泄漏處水冷壁管子試驗結果看，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，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，該鍋爐是自然循環鍋爐，設計時已對每一個循環回路進行了精確的水動力計算，鍋爐整個循環倍率為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，自然循環鍋爐永循環具有補償性，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，這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剛性梁附近，爐外側是大風箱。因此，電廠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；剛性梁結構也未異常；爐外大風箱等情況也良好，此結構是美國CE公司成熟的技術。我公司已完全消化吸收并掌握，不可能存在結構問題。
3、結論
由于鍋爐給水不符合要求，引起結垢，在爐右側泄漏處是熱負荷及熱流密度最大的部位，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I．25倍。根部的高熱流密度導致較厚的水垢，水垢不僅導致傳熱的惡化，引起管壁超溫，而且引起垢下腐蝕；同時由于火焰的貼壁及燃燒的不穩定性，負荷及運行工況的變化（據了解該爐啟動及停爐頻繁，經常參加調峰）引起管子壁溫的波動和不同程度升高，產生了交變熱應力，在交變熱應力的作用下，由于內螺紋管剛度較大，易在螺紋根部產生疲勞破壞，隨著疲勞擴展，產生了橫向裂紋，隨著裂紋的加深擴大，逐漸發生了泄漏。
4、建議
4.1換管
在燃燒器區域進行認真檢查，查出有裂紋的管子，予以更換；在熱負荷集中及結垢嚴重的地方，可將國產15CrMa光管換成內螺紋管。
4.2酸洗
對結垢清況進行分析（對照CE公司標準），確定是否酸洗。
4.3加強運行管理
加大水質監控力度，確保合格的給水與爐水品質；加強燃燒調整，防止火焰貼壁；避免長時間低負荷運行，對停爐期間的保養也應加強管理。
