京能集团运行人员培训教程
BEIH Plant Course
锅炉四管失效与控制
Four boiler tube failure and control
目录
1 锅炉管失效概述 (3)
2 锅炉管失效分析与防止措施 (3)
2.1烟气侧高温腐蚀 (3)
2.2受热面磨损 (13)
2.3超温爆管 (35)
2.4炉管腐蚀和疲劳 (42)
2.5膨胀不均撕裂损坏 (57)
2.6异种金属焊接 (60)
2.7锅炉防磨防爆工作的技术管理 (61)
2.8锅炉重点检查部位与处理方法 (64)
3 炉管失效附表 (67)
4 试题库 (76)
4.1填空题 (76)
4.2简答题 (77)
1 锅炉管失效概述
各种汽水管道和锅炉受热面管子，都是按照一定的工作温度和应力设计其使用寿命的。如果运行中工作温度、应力超过设计值度，虽未超过极限值，也会使金属组织稳定性变差，蠕变速度加快，最后使其工作寿命缩短。例如过热器在超温10~20℃下长期运行，过热器寿命会缩短一半以上。根据试验研究材料达到破坏的时间与蠕变速度成反比，随温度的升高呈指数关系缩短。按照这一原理，在应力相同和条件下，不同温度的使用寿命，可用拉尔森米列尔近似方程来估算。
式中：
T：使用温度；
t：使用寿命时间；
σ：应力；C：常数；
C1:与材料老化有关的系数（老化因子）可通过每根管的实际材料状态参数测量结果分析确定。
应急状况计算σ=PD/Cδ式中：
P：压力；
D：管径：常数（与部件、材料、压力有关的系数）
2 锅炉管失效分析与防止措施
锅炉管失效类型：高温腐蚀、低温腐蚀、超温爆管（分长期超温爆管和短期超温爆管）、磨损失效、水（汽）侧的氧腐蚀（腐蚀疲劳）、汽水侧的垢下腐蚀、腐蚀热疲劳（烟气侧）、奥氏体不锈钢管的应力腐蚀断裂、水侧的热疲劳。由于管内压强大大超过减薄水冷壁管的强度，致使炉管瞬间爆裂并引起裂纹扩展，管爆后管内局部压力由于迅速下降，裂纹止裂。
2.1烟气侧高温腐蚀
2.1.1腐蚀机理
(1)特点及原因
火电厂锅炉的水冷器、过热器和再热器的烟气侧存在的高温腐蚀与部件工作环境的温度、气体成分、煤质成分和煤粒的运动状况等因素有关，具有腐蚀速度快、腐蚀区域相对集中以及突发性的特点。例如煤粉在气流的作用下，在贴壁附近燃烧，使其周围区域严重缺氧，形成还
原性气氛，导致炉内腐蚀性气氛增强。在含氧量较高的区域H2S 的含量较低；而在含氧量较低且CO含量较高的区域H2S 的含量较高，导致严重的高温腐蚀。当蒸汽温度高于565 ℃时，燃料灰分中含有较多的S、V 及碱性物质等成分时，往往在覆盖有熔盐或积灰层下的管壁上发生烟灰腐蚀。燃料中含有的S、V 及碱性物质越多，炉管金属的耐蚀性、耐热性越差，腐蚀越易发生；管壁温度越高，腐蚀越严重。锅炉受热面管子，在高温情况下，烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550—710℃范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。另外，灰中的钒在高温下升华，并生成V2O5，在550—660℃时凝结在管壁上起催化作用，使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧（O），对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的，它将氧化膜破坏、生成、再破坏，管壁逐渐减薄，最后导致爆管。
高温腐蚀是炉内高温烟气与金属壁面相互作用的一个复杂的物理化学过程，按其机理通常可分为三大类：硫化物(FeS2、H2S)型腐蚀、焦硫酸盐型腐蚀和氯化物型腐蚀。多年研究表明，水冷壁管发生高温腐蚀的区域是有规律的：通常多在燃烧高温区，即局部热负荷较高，管壁温度也较高的区域，如燃烧器区附近，其余区域的高温腐蚀明显减弱或根本不发生高温腐蚀；发生高温腐蚀的管子向火侧正面的腐蚀速度最快，管壁减薄量最大，背火侧则不发生高温腐蚀。
高温腐蚀主要是煤中硫和氯的腐蚀行为。硫主要是以硫酸盐为主要成分的熔盐腐蚀和H2S 及硫氧化物造成的气态腐蚀，氯主要是以HCl造成的气态腐蚀。在煤粉锅炉中，高温腐蚀主要有三种：硫酸盐型、氯化物型和硫化物型。
(2)SO2 和SO3 的生成
锅炉燃料普遍含S，在燃烧过程中S 几乎都氧化成SO2 ，其中约有6 %～7 %的SO2 进一步氧化成SO3。在高温状态下，SO2 和SO3 均呈气态。由于SO2 不易和高温水蒸汽结合，对锅炉受热面的危害不大，但SO3 能与水蒸汽结合生成H2SO4 ，对受热面有较强的腐蚀作用。
SO3 生成量与锅炉结构、燃烧室容积热强度、过剩空气系数及燃料品种等有关。锅炉型式不同，煤的燃烧率不同，生成SO2 和SO3 的量亦不同。链条炉约70 %、煤粉炉约85 %～90 %、旋风炉约95 %以上的S 燃烧生成SO2 和SO3 。SO2 生成量高，则SO3的含量随之升高。烟气中含O 是生成SO3 的基本条件，含O 量越高，SO3 生成量越多。此外，管壁温度对SO3 的形成也有影响，且烟气中的飞灰对SO2 氧化能起催化作用，在700 ℃～800 ℃温度范围内尤为强烈。
(3)硫酸盐型腐蚀主要发生在高温受热面上，如锅炉的过热器和再热器上；硫酸盐腐蚀主要有两种方式：一是复合硫酸盐腐蚀，另一种是焦硫酸盐腐蚀。
1)复合硫酸盐型的腐蚀过程可分为五步：
a受热面生成一层薄的氧化铁（Fe2O3）铁锈和极细灰粒的沾污层，其厚度是有限的，实际上是金属的保护膜（因铁锈的氧化速度是较慢的）；
b在火焰高温作用下而升华的碱土金属氧化物（如Na2O 和K2O 等）冷凝在管壁的沾污层上，如周围烟气中有SO3，则会发生反应形成硫酸盐（Na2SO4或K2SO4等）：Na2+SO3→Na2SO4 ；K2O+SO3→K2SO4
c硫酸盐层增加，热阻加大，表面温度升高而开始发粘、熔化，并开始粘结飞灰，形成疏松的渣层，硫酸盐熔化时会放出SO3；
d所放出的SO3及烟气中的SO3会通过疏松的渣层向内扩散，发生如下反应：3 K2SO4（或Na2SO4）+ Fe2O3+3 SO3→2K3Fe（SO4）3［或Na3Fe（SO4）3］
此时管壁Fe2O3铁锈层被破坏，而K3Fe（SO4）在584 ℃下就会熔化，进一步氧化而使金属耗损。此时铁的腐蚀为10Fe+2Na2Fe（SO4）3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4
Na2SO4或K2SO4的循环作用而使腐蚀不断进行。
e运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使得K3Fe（SO4）3或Na3Fe（SO4）3等暴露在高温火炬的辐射下而发生分解反应生成新的碱土金属硫酸盐层，在SO3作用下，不断使管壁受到腐蚀。
2)焦硫酸盐存在的温度范围为400 ℃～590 ℃，受气氛中SO3 含量的影响，当SO3 的浓度低于其存在温度所要求的浓度时焦硫酸盐不会存在。在400 ℃～480 ℃的温度范围内，烟气侧的腐蚀以焦硫酸盐为主。焦硫酸盐与金属表面的氧化膜反应形成相应的硫酸盐，而硫酸盐在此温度分解为不具保护性的金属氧化物。外露的金属进一步氧化而导致腐蚀加速：
3Na2S2O7 + Fe2O3 →3Na2SO4 + Fe2 (SO4) 3
4Na2S2O7 + Fe3O4 →4 (Na2SO4 ) ( FeSO4 ) + Fe2(SO4) 3
Fe2 (SO4) 3 →Fe2O3 + 3SO3
3Fe + 2O2→Fe3O4
碱金属硫酸盐，特别是M3Fe ( SO4 ) 3 对管壁的腐蚀起主要作用。M指各种碱金属。(4)硫化物型高温腐蚀大多发生在炉膛水冷壁上。当管壁附近氧量不够，存在还原性气氛，并出现有H2S 气体时，就会产生硫化物腐蚀。
1)燃料中黄铁矿（FeS2）随灰粒和未燃尽煤粉一起冲到管壁上，受热分解出自由原子硫和硫化亚铁：FeS2→FeS+［S］；此外，当管壁附近存在H2S 和SO2时也可能生成［S］H2S＋SO2→2H2O＋3［S］
2)在还原性气氛中，由于缺氧，原子硫有可能单独存在，当管壁温度达到350 ℃时，会发生如下反应：Fe+［S］→ FeS
3)硫化亚铁进行缓慢氧化而生成黑色磁性氧化铁Fe3O4：3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2
(5)HCl气体腐蚀主要发生在小型锅炉的过热器上和大型锅炉燃烧器区域的水冷壁上：
1)HCl燃用高氯化物燃料时，炉内存在氯化物型腐蚀，燃煤中的氯在燃烧过程中是以NaCl 的形式释放出来的；
2)NaCl 易与H2O、SO2 和SO3 反应，生成Na2SO4 和HCl 气体，在炉内造成氯化氢腐蚀。
2NaCl+H2O→Na2O+2HCl
NaCl+H2O→NaOH+HCl
2NaCl+H2O+SO2→Na2SO3+2HCl
2NaCl+H2O+SO3→Na2SO4+2HCl
2NaCl+H2O+SO2+0.5O2→Na2SO4+2HCl
2NaCl+H2S→Na2S+2HCl
2NaCl+H2O+SiO2→Na2SiO3+2HCl
上述反应在炉膛温度和环境条件下是可能发生的。这些反应释放出来的氯化氢是活性很强的气态腐蚀介质，在高温条件下会积极参与对Fe 、FeO、Fe3O4 和Fe2O3 的腐蚀。
3)受热面表面氧化铁腐蚀过程如下：
Fe + 2HCl →FeCl2 + H2
2Fe + 6HCl →2FeCl3 + 3H2
4FeCl3 + 3O2 →3Fe2O3 + 6Cl2
4FeCl2 + 3O2 →3Fe2O3 + 4Cl2
Fe2O3 + 6HCl →2FeCl3 + 3H2O
4FeCl3 + O2 →2FeCl3 + 2FeOCl 氧基氯化铁
4FeOCl + O2 →2Fe2O3 + 2Cl2
FeO + 2HCl →2FeCl2 + H2O
Fe3O4 + 2HCl + CO →2FeO + FeCl2 + H2O + CO2
以上一系列化学反应表明，氯化氢的存在可以使金属表面的保护膜( FeO、Fe3O4、Fe2O3) 遭到破坏，从而加大了气态腐蚀介质Cl2 、O2 、SOx 还有HCl 等向基体界面的传递速率而直接腐蚀基体金属。除此之外，由于生成的FeCl3 具有较低的熔点(303 ℃) 和高的蒸汽压
(1670Pa) ，所以在炉管表面温度下极易挥发。因而使保护膜层中产生空隙，使之变得疏松，从而大大降低了活性气态腐蚀介质向基体金属界面的传递阻力，同时使腐蚀产物更易脱落，从而更加速了金属的腐蚀进程。
另外，通过上面一系列反应的分析还证实了一种现象，即氯的腐蚀可能是重复性的。从上列反应式中可以看到，有些反应中还生成了氧化性很强的Cl2，这些氯可以和铁及FeCl2继续发生反应：2Fe + 3Cl2→2FeCl3；2FeCl + Cl2 →2FeCl3生成的FeCl3 在一定条件下又可以重复上述的反应而生成Cl2 。在这种循环中，不断对铁及其化合物造成腐蚀，因此，高温氯腐蚀具有重复性的特征，只要有HCl 和Cl2 不断补充，腐蚀反应就会一直进行下去。
4)受热面锅炉管氧化铬的腐蚀过程
除了对铁及其氧化物腐蚀外，氯与氯化物还可在高温条件下对Cr2O3保护膜造成腐蚀：
2Cr2O3 + 4Cl2 + O2 →4CrOCl2；Cr2O3 + 4HCl + H2 →2CrCl2 + 3H2O；2Cr2O3 + 8NaCl + 5O2 →4Na2CrO4 + 4Cl2；4CrCl2 + 3O2 →2Cr2O3 + 4Cl2而这种腐蚀也是重复的。同时研究还发现，氯的存在对Ni合金也会造成腐蚀，其腐，蚀动力学曲线也与氯对铁的腐蚀动力学曲线相似，当温度大于550 ℃时，氯化物的挥发也相当剧烈，使腐蚀呈线性高速发展。这些可能是造成合金钢受热管腐蚀的重要原因之一。不仅如此，当有硫化物共存时，氯化物的影响会更大。可见，当氯化物和硫化物共存时并借助于O2和H2O ，不仅可以加速硫酸盐的生成，也有利于HCl 和Cl2 的形成，这就更加加速了高温腐蚀的进程。
2NaCl + SO3 + H2O →Na2SO4 + 2HCl
2NaCl + SO2 + O2 →Na2SO4 + Cl2
4NaCl + 2SO2 + 2H2O + O2 →2Na2SO4 + 4HCl
国内外的研究发现，煤中所含的氯在锅炉管的高温腐蚀中起着很重要的作用。当煤中含氯量达到一定值时，它的作用远远超过了硫的作用。当煤中氯含量大于0.3 %时，与氯有关的高温腐蚀倾向严重。世界四大锅炉制造商也以煤中氯含量0.3%左右作为其考虑高温腐蚀的参考值。研究还发现，在锅炉管的高温腐蚀中，硫的腐蚀是一次性的，而氯的腐蚀很可能是重复性的。因此其危害性更不容忽视。
氯化物型腐蚀发生的条件，一是有足够高浓度的HCl 存在，一般应≥0. 35 %；二是近壁处是还原性气氛，存在CO 和H2。氯化物型腐蚀单独存在的可能性不大，主要是HCl 作为一种破坏氧化膜的腐蚀性气体，起到加速其它类型腐蚀的作用。受热面处为氧化性气氛可减轻氯化物型腐蚀。
(6)钒腐蚀机理
锅炉点火重油中的V、Na 、S 等元素，燃烧后会变成V2O5、Na2O、SO2 等物质。V 是引起油灰腐蚀的主要成分，当V 与其它组元化合时，形成了低熔点化合物。这些化合物沉淀于过热器和再热器及其紧固件的表面，呈熔融态时破坏管壁表面具有保护性的氧化膜，加快腐蚀速率。钒腐蚀的机理有多种解释，尚无定论。
V 的化合物对锅炉的高温腐蚀过程起着重要的作用，腐蚀的程度取决于高温油灰的成分，特别是油灰中的V、Na 化合物的含量。Na 被认为是与钒反应生成低熔点化合物的主要元素。钠钒酸盐化合物在534 ℃就能熔化。在高温下所有的钒化合物均呈熔融状态，钒化合物中含碱金属可促进腐蚀，加入硫后会进一步促进腐蚀。
虽然燃料中V 的浓度相当低，但V 在油灰中会出现浓缩，80%的管壁沉积物中都含有V。由于浓缩的影响，很难确定燃料中不会引起腐蚀的安全含V 量。沉积和浓缩会受到锅炉操作和设计及燃料中其它成分的影响。
2.1.2主要产生因素
(1)煤质
煤中含硫是造成锅炉受热面腐蚀的根本原因，煤的硫含量越高腐蚀现象越严重。不仅在水冷壁、过热器和再热器等高温受热面上形成高温腐蚀，在省煤器和空气预热器等低温受热面上的低温腐蚀现象也十分严重。煤中的硫在燃烧过程中生成SO2，其中少量SO2转化成SO3，其转化率与下列因素有关。
1)火焰温度越高，在高温下分解的自由原子氧越多，生成的SO3越多。
2)炉内过量空气系数αL，当αL增大时，SO3的转化率和绝对值都将增加。
3)积灰的成份及数量，当高温烟气流过积灰的受热面时，在灰中V2O5催化作用下，烟气中部份SO2被转化为SO3。转化率随V2O5的数量、火焰温度及烟气中的氧量增加而增大。
4)灰中碱金属含量，灰中碱金属氧化物K2O、Na2O在高温火焰作用下会产生升华现象，其升华成份与烟气中的SO3结合在一起，凝聚在受热面上，形成易熔的硫酸盐K2SO4、Na2SO4等，构成易粘附灰垢的温床。当金属壁温高于600℃时，呈熔融状态的K2SO4和Na2SO4会侵蚀管壁生成钾、钠和铁的复合硫酸盐（K2Na2FeSO4），这是造成高温腐蚀的主要原因。
(2)管壁附近烟气成分
引起水冷壁管腐蚀的一个主要原因是烟气中存在腐蚀性气体。由于燃烧器附近的火焰温度可达1400～1600℃左右，使煤中的矿物成份被挥发出来，这一区域烟气中NaOH、SO2、HCl、H2S 等腐蚀性气体成份较多；同时水冷壁附近的烟气还处于还原性气氛，还原性气氛导致了灰熔点温度的下降和灰沉积过程加快，从而引起受热面的腐蚀。烟气中形成硫化氢的数量与煤在燃烧时缺氧程度有很大关系。
燃烧器供氧不足时，会使水冷壁附近出现大量硫化氢。当过量空气系数小于1.0时，硫化氢含量急剧增加。另外，当水冷壁附近因煤粉浓度过高，导致空气量不足而出现还原性气氛时，硫化氢含量也会猛烈增加。硫化氢可与金属铁直接发生反应生成硫化铁，而硫化铁又可进一步氧化形成氧化铁。这层硫化铁和氧化铁本身是多孔性的，不起保护作用，可以使腐蚀继续进行下去，引起水冷壁的强烈腐蚀。
H2S浓度与过量空气系数的关系硫化氢浓度和CO燃烬度的关系
(3)管壁壁面温度
随着机组容量的不断增大(多在300MW 以上) , 温度和压力不断升高, 水冷壁管子外壁温度也随之升高，对于贫煤机组来说, 锅炉的断面热负荷和容积热负荷都相对较大，这也为水冷
壁管壁的高温提供了条件。在300～500℃范围内，管壁外表面温度每升高50℃，腐蚀程度则增加一倍。
高温腐蚀深度H与时间τ和壁温的关系为：Hn＝k0exp(－E/RT)τ式中，H—腐蚀深度(mm)；n—高温腐蚀指数，取决于腐蚀速度随时间降低的程度，国外对某些煤种的验表明，n＝1.95；k0—由钢材、烟气成份及腐蚀条件所决定的常数；E—表观活化能，kJ/mol；T—试验时的绝对温度，K；τ—试验时间，h；R—通用气体常数。
(4)火焰冲刷及磨损同时作用产生高温腐蚀
为了使金属产生严重的烟气腐蚀，必需周期性地经常不断地破坏金属表面的保护膜，而保护膜的损坏则可能是由于磨损、腐蚀剂熔解、以及温度和烟气介质成分显著变化等，其中未燃尽煤粉的磨损作用很大。当未燃尽的火焰流冲刷水冷壁管时，由于煤粉具有尖锐棱角，所以有很大的磨损作用，这种磨损将加速水冷壁保温层的损坏。在管壁的外露区段便开始下述的循环过程：磨损破坏了由腐蚀产物形成的不太坚固的保护膜；而烟气介质便急剧地与纯金属发生反应。这种腐蚀和磨损相结合的过程，会大大加剧金属管子的损坏过程。
(5)火焰温度波动
煤粉的着火温度很高，当在空间和时间上产生不均匀的过程时，便会形成温度相当低的粉流，因而在炉膛里不能完全着火，火焰温度发生很大幅度的波动，从而在靠近喷燃器的区域内发生腐蚀。例如，当给粉工况恶化(煤粉仓内粉位太低)时，火焰末端便出现参数大幅度波动的现象。
国外对一些温度波动进行了试验，在420t/h锅炉燃用贫煤时，炉膛的中央部分出现很大的温度波动，在喷燃器中线上方高10.5m的部分，当平均温度约为l300℃时，在个别的时间区段内烟温曾经低于燃料的着火温度。喷燃器附近，在发生火焰和水冷壁腐蚀的区域里，波动得更厉害。
2.1.3现象
(1)一般容易发生在炉膛燃烧区域，特别是燃烬风区域附近；在过热器、再热器的向火面也有可能发生腐蚀；
(2)腐蚀沿向火面的局部浸入，呈坑穴状；严重的，腐蚀速度达0.5～1mm/a;
(3)腐蚀区的沉积层较厚，呈黄褐色到暗褐色，比较疏松和粗糙；其它区域为淡灰褐色沉积物，比较坚实；
(4)腐蚀处金属组织没有明显的变化，可能发生表面晶界腐蚀现象；
(5)腐蚀层中有硫化物存在。
(6)在高温冲蚀和腐蚀后形成的形貌，炉管表面有被冲蚀＋腐蚀后形成的小坑，表面分布有一些细小的龟裂纹。
炉管表面主要由 Fe 及其氧化物组成（部分为铁锈），还有少量的其它组元，但 S 含量极少，附在炉管上的硫的腐蚀产物 ( 如 FeS 等 ) 很少。因试样为爆管处的炉管，几乎没有发现结焦，更没有观察到腐蚀产物。这可能是在生成腐蚀产物的同时，由于伴随着较强的飞灰冲蚀，使腐蚀产物不能附着在炉管表面，这也表明炉管的减薄不以腐蚀为主，而可能是冲蚀磨损为主
并伴有部分腐蚀或高温氧化所致。
2.1.4防止措施
(1)调整燃烧并控制煤粉细度
合理设计和控制一、二次风切圆大小和配合角度，调整燃烧器，避免火焰对侧墙的直接冲撞，加强一次风煤粉气流的调整，尽可能使各燃烧器煤粉流量相等，保证燃烧器出口气流的煤粉浓度均匀分布；在磨煤机出口加装动静分离器，控制煤粉细度，减少腐蚀发生的概率，以降
低腐蚀和磨损。
尽量减少煤粉管道的长度和弯头（直管段越长，均流作用越好），并使各煤粉管道阻力相近；减少煤粉管道分支前的煤粉气流的旋转，加装整流装置，加装导流板，以减轻煤粉因惯性分离而产生的浓度不均现象。
(2)控制燃料中的硫和氯含量
控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蚀速率。国外研究显示，水冷壁管常在燃料品种变化时发生向火侧严重腐蚀。燃料是控制腐蚀速率的第一道关口，应燃用含硫量低于0.8%的煤种，以降低腐蚀速率。
(3)改善燃烧区的还原气氛
合理配风并强化炉内气流的混合过程，同时降低空预器等设备的漏风；可以采用增加侧边风、贴壁风等技术，在水冷壁附近形成氧化气氛，以改善燃烧区的氧量，避免出现局部还原性气氛，缓解高温腐蚀的发生。
(4)避免出现受热面超温
因为长期低负荷运行会造成过热器管内工质流量过小，流速过低，严重影响了管子内外热交换，造成管壁温度过高，而炉膛温度不可能同时降低，造成管子短时间超温。所以应尽量避免长期低负荷运行，同时控制炉内局部特别是燃烧器区域附近的火焰中心处的最高温度及热流密度，避免出现受热面壁温局部过高，减轻高温腐蚀。
(5)改善受热面状况
对水冷壁、过热器等受热面管进行热喷涂，喷涂耐腐蚀材料，也可对水冷壁管进行表面补焊或改用抗腐蚀性能好的铁素体合金钢管或复合钢管，以改善炉管金属表面状况，提高金属材料的耐腐蚀性能。
(6)采用低氧燃烧技术
采用低氧燃烧，供给锅炉燃烧室的空气量减少，燃料中的硫在炉膛中与氧接触时生成的二氧化硫转化为三氧化硫的转化率降低，而二氧化硫呈气体状态，它随着烟气经过脱硫排入大气，由于三氧化硫的浓度低，发生高温腐蚀的机会就会减少。同时，由于空气量减少，燃烧后烟气体积减小，排烟温度下降，锅炉效率提高。
(7)通过燃料和配风调整，合理控制各区域燃烧率和热负荷，避免燃烧过分集中。
(8)防止钒腐蚀的方法
采用提高烟气流速，增加吹灰措施；低氧燃烧，可降低氧浓度，防止金属氧化和V2O5 的生成。控制管壁温度，使其低于开始出现腐蚀的温度，将易受钒腐蚀的部件布置于低温区；在
燃料中加入添加剂来提高灰分附着物的熔点，这类添加剂有MgO、CaO 等，它们可以改善附着物的物理和化学性质，使硬的或稠密的附着物变成疏松的颗粒状，易于从管壁上脱落，从而使腐蚀速度降低1/2～1/ 3 ，但受热面可能出现堵灰。
2.2受热面磨损
2.2.1飞灰磨损
(1)机理
在锅炉烟道中烟气冲刷受热面，烟气中常有坚硬而形状不规则的大于50μm的灰颗粒随烟气高速冲刷和撞击受热面管子表面。灰粒冲击管壁时可分解成切线方向的切削力和垂直撞击力。高速灰粒撞击管壁时消耗动能使金属显微粒克服分子间结合力而与母体分离，产生磨损切削力对管壁的切削是灰粒磨损管壁的主要因素。当冲击角为30~50°时由于切削力和撞击力的双重作用最大因此磨损最严重。根据实验和省煤器实际运行结果看当烟气均匀地横向冲刷管排时，第一排管子的磨损集中于与烟气流动方向成30~40°夹角的两个对称点上；对错列布置的管束而言，以后各排管子的磨损集中在25°~30°夹角的对称点上，而最大磨损发生在第二排管子上；对顺列的管束而言以后各排管子的磨损集中在60°的对称点上，其最大磨损发生在第五排及以后各排的管子上。
δ—磨损量。 V—颗粒速度。
d—颗粒的直径。μ—烟气中的飞灰浓度。
H—飞灰磨损特性系数。—飞灰的撞击可能性系数。
H d—材料的耐磨性系数。τ—运行时间。
直冲击造成的磨损称为冲击磨损，其造成固体表面产生微小的塑性变形或显微裂纹，在长期的、大量的反复撞击下，逐渐使塑性变形整片脱落，正对气流方向的壁面上出现明显的麻点。斜向冲击时的冲击力可分为法向分力和切向分力。法向分力引起冲击磨损，切向分力则引起切削磨损。由于受热面的各根管子在烟道中所处的位置各不相同，因而各管在沿管周各点所受的冲击力和切向力的作用也不相同，导致飞灰对各管磨损程度的差异。
另外，由于高温而烧结在壁面上的微小颗粒，会破坏壁面的平滑性，因为迎风面更容易被颗粒附着烧结，所以这种突起会逆着烟气流向的方向生长，脱落时会把被侵蚀的壁面管材带走一块。
飞灰对受热面的磨损实际过程非常复杂但主要是由于切削力和撞击力的作用而又以前者为主。飞灰磨损的主要影响因素是飞灰浓度、灰粒的物理化学性质、烟气流速以及受热面的布置与结构特性此外还与运行工况有关。磨损量经验计算公式：（根据英国发电中心委员会的研究结果，锅炉尾部受热面磨损速度可用下列公式估算：磨损率（nm/year）＝57.2*磨损系数*（％灰份/％含碳量）*流速3.3/烟气温度K。）
1)飞灰速度的影响最为严重（对于煤粉锅炉和流化床锅炉稀相区来说，物料处于气力输送状态，飞灰速度近似等于烟气流速）：磨损量与速度成三次方关系，即烟气的流速增加1倍，磨损速度增加7倍。由此可见，烟气流速对受热面的磨损起决定性的作用。因此布置受热面时应使烟气流速不要太大，更应避免局部区域流速过大。
a当断面烟速分布不均匀时，烟速大的部位磨损比烟速小的部位严重：烟道中会存在没有或只有很少受热面阻隔的狭窄烟气通道，或由于积灰、堵灰等原因形成狭窄通遭，称为烟气走廊，因烟气走廊处阻力较小，在这些区域，烟气流速特别高，有时比平均流速大3—4倍，因而将使磨损量较平均情况增加达数十倍。在锅炉尾部受热面处，下列部位易形成烟气走廊：
a)省煤器蛇形管排的弯头与竖井烟道两侧墙之间；
b)蛇形管排边排管及穿墙部位；
c)蛇形管排的管卡部位、管排交叉部位。因为管排卡子主要是为管排平整、烟气均匀通过，防止形成烟气走廊的固定限位措施。在卡子脱落、错位、烧损处，在管排交叉部位附近以及管排中有异物存在周围，或管排出列时，由于烟气流向局部发生变化，流速加快，易发生局部冲刷磨损现象。
d)部分联箱由于体积相对较大，对烟气的导流作用会使附近烟速、浓度突增，并且联箱处焊口较多，焊接时易留下缺陷；管束、支架穿墙部位保温耐火材料易脱落，漏风会改变烟气流动方向。所以这些部位往往会造成烟气流场不均匀或产生较大的热应力而发生磨损泄漏的危险。
b影响烟气流速的因素：
a)锅炉负荷增加烟气流速也就增加飞灰磨损就加快。当锅炉超出额定负荷运行时，烟速将超出设计值，飞灰对管壁的均匀磨损大大加剧。
b)烟道漏风增加也将使烟气流速增高而加快磨损如果漏风系数增加10%，磨损速度将加快25%。当受热面管处锅炉本体存在漏点,则该处灰粒的速度远高于该断面的设计烟速,因为热烟气遇冷风后,由于温度的骤降,体积将收缩,进出口压差加大,导致烟气速度加大,灰粒速度也将随之骤增。同时,烟气的流动方向发生骤变,这个方向是烟气的垂直流向与漏入冷风的水平方向的合成,这样会造成有规律的局部磨损。当漏风经过保温层中的块状物挠动和转折后形成一股紊流空气进入炉膛高温区，会使飞灰一边降温、变硬、一边加速，形成了烟气走廊和紊流卷吸，可能对距离较远的管子造成磨损，其特征是爆口上下有一道明晰的交界棱线。蒸汽吹薄形成的线应是随位置变化、稍有弯曲、不连续、不平滑、不清晰的。
c)煤种水份越大，烟气流速越高。
d)烟气温度越高，烟气流速越高。
e)锅炉所处海拔高度越高，烟气绝对压力越低，烟气容积流量越大，流速越高。
f)过剩空气系数越高，烟气流速越高。
g)燃烧器喷口出口附近，由于此处风速没有发散，刚性强，动量大，容易对附近水冷壁管造成冲刷。
2)飞灰浓度：烟气中飞灰含量与燃煤中灰分成正比，当灰分增大时，单位体积中的烟气含灰量就大，飞灰浓度高，此时飞灰对受热面的磨损就大烟气流的急剧转弯等使灰粒分布不均匀,使飞灰浓度在某处局部增大而引起局部磨损加剧。如尾部竖井受热面后部弯头处，由于离心力
作用，此处飞灰浓度较大，磨损就很严重。烟灰颗粒的温度高时，颗粒较软，其磨损性能差；烟灰颗粒的温度低时，颗粒硬，其磨损性能强。因此，在尾部竖井受热面中低温段省煤器处管排飞灰磨损最为严重。
3)飞灰磨损性系数决定于燃料中矿物质的原始性质、开采和运输方法燃烧方式及受热面处的温度条件等。如果灰粒中多硬性物质且粗大而有棱角则磨损性加大。飞灰磨损性系数与煤灰的磨损性及管束的结构特性有关。高质量的烟煤和无烟煤所含的灰分大部分是一次灰。这种灰燃烧后形成大小不同的圆球，对受热面磨损很轻。质量较差的褐煤和元烟煤末中，含有的二次灰和三次灰较多。二次灰和三次灰粒质点不但比一次灰大得多，而且灰粒有锐利的棱角，对受热面的磨损非常严重。因此，在煤的开采和储运过程中尽量减少杂质(主要是煤矸石)混入，不但可以提高煤的发热量，减少运输量，而且还可以减轻锅炉对流受热面的磨损。运行中燃烧不良飞灰含碳量增加时因焦碳粒硬度比灰粒硬度大而加快磨损。
4)管束结构特性：
管排相对节距均匀，烟气流通阻力均匀，易发生均匀磨损；管排相对节距小，烟气流通面积增大，烟气流速降低，飞灰磨损量减少。
管束的结构特性与受热面的布置方式、管径、管与管间距等均有关系。
顺列布置对烟气的流动阻力较小，但体积较大，放热系数小。
错列布置，相比之下，结构紧凑，体积较小，放热系数较高。但是，对烟气的流动阻力较大，烟气通过省煤器时，对省煤器的磨损较大。
烟气纵向冲刷管束时，由于灰粒冲击管壁的可能性大大减少，因而磨损情况比横向冲刷时要轻得多。
当烟气横向冲刷时，错列管束的磨损大于顺列管束。一般来说，错列管束中的第二、第三排管及顺列管束第五排后的受热面磨损较严重。
错列布置由于气流方向改变，第2排磨损最厉害，S1／d=S2／d=2时，第2排是第1排磨损量的2倍，以后各排磨损量比第1排一般高30％—40％。因顺列管束的绕流作用，灰粒向气流中心集中，减轻了对受热面的磨损。顺列布置第1排与错列布置第1排相同，以后各排由于气流冲击不到，管子磨损较轻。在其它条件相同情况下，顺列管束的最大磨损量比错列管束少3—4倍。
5)材料表面层和灰颗粒的耐磨特性：
金属表面层物质一般是Fe的氧化物，其硬度比管材大的多。
材料表面层物质硬度与灰颗粒的硬度越接近，磨损越重。飞灰含碳量增加时因焦碳粒硬度比灰粒硬度大而加快磨损。
(2)现象：
1)飞灰磨损属于均匀磨损，磨损部位较为光滑均匀，且与烟气流向有明显的对应关系，符合磨损面与气流方向的角度关系，与飞灰冲角为30°～45°时，磨损最大；
2)高温段省煤器磨损较严重；
3)磨损的性质属于固体粒子冲蚀，主要磨粒是SiO2、Fe2O3、AL2O3；
4)磨损的局部性较明显，在飞灰堵塞的附近冲蚀严重；
5)在过热器、再热器烟气进口处，有时也发生磨损失效。
爆口特征：断口处管壁减薄，呈刀刃状；磨损表面平滑，呈灰色；金相组织不变化，管径一般不胀粗。
(3)预防与处理：
根据煤种的磨损特性、当地大气压和锅炉换热需求，合理设计、改进和维持受热面的结构和烟气流速，是防止受热面管子磨损的关键所在。
1)合理的烟气流速选用应考虑：传热量、烟气的流动阻力（引风机电耗）、飞灰对受热面的磨损（尤其是低温级受热面）、飞灰在受热面上沉积的可能性。烟气经济流速：指受热面初投资与运行费用之和最小时的流速。
过热器：碳素钢10—14米/秒；合金钢：15--20米/秒
省煤器：8—11米/秒，一般不能低于6米/秒，3—4米/秒以下积灰严重。
空预器：管式：10—14米/秒；回转式：8—12米/秒
空气与烟气流速之比：管式0.45—0.55；回转式：0.7—0.8
2)在不影响受热总面积的情况下，将错列布置改为顺列布置，可消除灰粒对管子的二次冲刷磨损。
3)对尾部磨损较为严重的光管省煤器改用膜式省煤器，既降低排烟温度、提高锅炉热效率，又由于管子和膜板的绕流作用，使灰粒向气流中心集中，从而减少磨损和积灰，是既安全又经济的防磨措施。
4)在烟气走廊处加装阻流板。
5)在烟气转向处装设导流装置，防止飞灰浓度和速度集中现象。
6)选用适于煤种的炉型。减少入炉煤杂质(主要是煤矸石)混入。
7)清除管排中的积灰和异物堵塞情况，纠正管排出列现象，消除烟气走廊现象；
8)安装防磨装置和喷涂防磨涂料：
在局部烟速较高、容易引起磨损的部位装设各种型式的防磨装置。对于受磨损严重的弯头部分可以加装集中的防磨板，在省煤器的弯头和直段部分可加装半圆形防磨罩，在燃烧器水冷套上加装防磨板或进行浇注料覆盖。
采用耐高温防磨涂料对易受磨损部位进行喷涂处理。喷涂层与管子粘贴力强，传热性好，致密耐磨，相比传统的防磨盖板或防磨罩而言，防磨涂层不妨碍烟气流通，不会增大烟速，既增大了烟气流通面积、降低烟温，又起到防止管子磨损目的。但在防磨涂料的选择上一定要考虑其涂料的耐热温度、导热系数、耐磨抗蚀性及对受热面管子腐蚀作用，以防止涂料脱落和受热面管子的腐蚀。
水冷壁防磨喷涂
喷涂施工中、喷涂后的水冷壁
喷涂前、后的水冷壁
9)采用渗铝管。
根据辅机耗电率、排烟损失和灰渣损失，结合硫化物和氮氧化物排放，分析各部位金属磨损量对机组连续运行时间的影响，控制和选择最佳氧量和烟气流速。合理维持炉膛负压，消除漏风点。加强对各受热面角部连接密封、防磨覆盖层的检查和维护。保持两侧引风机挡板开度均衡，避免两侧烟气流通量存在较大偏差，产生不均匀磨损。严禁锅炉超负荷运行。
2.2.2机械磨损、撞击
(1)机理、现象和原因：
炉内受热面定位系统设计、安装不合理，或损坏后没有及时修复，管屏在气流扰动下发生颤振。由于管卡（固定块、滑动块）、梳形板等定位装置材质选择、型式设计或安装不合理，管卡只有局部接触或未完全锁紧管子，与管卡发生长期高频摩擦。冷却定位管与被定位管之间垫块设计不合理，管子直接接触碰磨。穿墙管与膜式壁由于密封结构不合理或损坏后没有及时修复，二者直接接触且发生碰磨。上方焦块、浇注料或结构件掉落砸伤下方受热面（冷灰斗上方斜坡水冷壁）
(2)处理：
改造定位滑动装置，增大定位装置与管子的接触面积，这样有效地改善了管子变形出列情况，也避免了梳形卡对管子的碰磨。吊箍卡和连接销材料选用高镍不锈耐热钢，材料线性膨胀