火电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损处理方法及分析 刘田中

火电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损处理方法及分析刘田中

发表时间：2018-05-02T09:09:05.727Z 来源：《电力设备》2017年第35期作者：刘田中

[导读] 摘要：锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为1mm左右，严重的可达5~6mm/a，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性抢修和大修工作量，给电厂造成巨大的经济损失。

（山西大唐国际临汾热电有限责任公司山西临汾 041000）

摘要：锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为1mm左右，严重的可达5~6mm/a，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性抢修和大修工作量，给电厂造成巨大的经济损失。一旦发生水冷壁突发性爆管事故，就会造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常生产秩序，影响发电量，而且还增加工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响到企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地社会用电安全，由此产生了很大的社会影响。

关键词：火电厂锅炉；水冷壁管；高温腐蚀；磨损处理；方法

某电厂锅炉型式为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、摆动式燃烧器、四角切圆燃烧、固态排渣、半露天布置、全钢构架悬吊结构、燃煤型汽包炉。运行中主要存在以下问题：锅炉两侧存在烟温偏差现象；锅炉两侧存在汽温偏差现象；锅炉水冷壁壁面还原性气氛很强，存在结渣和高温腐蚀现象，部分位置比较严重。

腐蚀区域具体表现为：在低氮燃烧器改造后检查发现2号炉后墙靠近2号角区域高温腐蚀严重；前墙靠近4号角区域、左墙靠近1号角区域、右墙靠近3号角区域高温腐蚀相对较轻。最上层喷燃器中心上部1米，下部4米水冷壁高温腐蚀区域。

1水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理

水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的，简言之，与下列因素有关：①炉膛火焰温度；②燃煤的含硫量；③烟气与灰分颗粒的冲蚀。锅炉运行过程中，炉温可高达1600℃以上，由于燃烧煤中硫及其他有害杂质的存在，水冷壁普遍遭受高温腐蚀。参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S、HCl、碱金属盐及钒盐类，是多种化学物在各种温度下共同对管壁进行的复杂的动态腐蚀过程。

其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素，一是烟气中的硫化氢与管壁金属作用产生的腐蚀，含硫物在金属高温下产生单原子硫，硫与管道中的铁反应生成硫化铁（Fe+S→FeS）；二是由不可燃硫在高温作用下生成硫酸盐混入灰分熔敷于管壁表面，但不再具有水冷壁管所要求的各种良好的高温机械性能，实际上导致水冷壁管有用壁厚的减薄，从而其有效承载能力不断下降，由此形成腐蚀。

另外，高温烟气裹着可以大于8m/s的速度冲击管壁，烟气的腐蚀和灰分颗粒的冲刷在金属表面交替进行，造成管壁减薄。

2锅炉水冷壁高温腐蚀原因

2.1腐蚀类型

一方面，垢样宏观。实际观察发现，锅炉水冷壁高温腐蚀后，水冷壁的表面层会呈现淡黄色的疏松物质A？，在对其进行处理后，可以发现坚硬黑色物质，当对此层物质进行完全清理后，水冷壁表面呈现胀粗与凹凸不平状态。另一方面，腐蚀产物B？（是不是有图？），

在对腐蚀产物进行分析发现，由此可见，腐蚀产物内硫铁氧元素含量相对较高。通过宏观分析，锅炉水冷壁腐蚀产物具有疏松多孔和脆易剥落的特点，属于典型硫化物腐蚀。

2.2煤种原因

当水冷壁发生高温腐蚀后，其主要是由于硫元素所造成，燃烧煤中存在硫元素。基于此，煤种属于造成锅炉水冷壁腐蚀的主要原因。对于我国电站而言，燃烧煤种多数为贫煤，其含硫量超出1．2%标准，部分贫煤的含硫量更是达到2%－3%范围，当煤种含硫量不断增加后，燃烧产生的腐蚀物质也会随之增加。与此同时，在对贫煤进行应用时，如果其燃烧性能相对较差，则可以将其判断为不易燃煤种，从而导致燃料的整个燃烧过程不断生成还原气体，并对锅炉产生硫化反应，最终加快高温腐蚀，使其发生严重腐蚀后果。

2.3风粉分离

在锅炉中燃料燃烧时，通常会出现风粉分离的情况，属于锅炉燃烧常见问题。现阶段，燃烧锅炉时着火方式主要是以集束射流为主，此方法同时也是造成锅炉风间隔的主要因素，使燃料放置锅炉形式保持一致，最终导致燃料没有完全燃尽，加之新燃料的覆盖，使燃料无法实现充分燃烧。而理想集束射流的着火方式为:第一次采取风送燃料的方式进行，第二次对风送方向进行转变，即燃料根据烟气方向进行相应变化，使其燃料间存在温度差，以便于燃料得到全面燃烧，降低还原气体的存在，减少锅炉水冷壁高温腐蚀几率。当然，提高燃烧整体燃烧效率的方法相对较多，例如:加大风口空气流入或降低燃料细度等，具体情况结合实际需求选择，通过相关措施的应用，以实现燃料的更好燃烧。

3锅炉水冷壁高温腐蚀防范措施

锅炉的高温腐蚀原因为煤种具有较高含硫量，使硫气体不断产生，并与锅炉壁接触反应，造成锅炉水冷壁硫化。另外，锅炉中燃料没有得到充分燃烧，同样会形成还原气体，加快锅炉水冷壁高温腐蚀速度。虽然对煤种进行转变，可以降低煤种含硫量和腐蚀性，但并不满足实际需求;燃料全面燃烧和燃料输送的调整，虽然可以降低还原气体生成，但是，因为该方法实施难度较高，同时很难达到预期理想效果，所以，对设备采取改造方式比较重要，可有效缓解高温腐蚀情况，属于行之有效防范措施，其改造措施具体内容如下。

3.1 锅炉水冷壁改造

在进行锅炉壁的改造时，同时也是降低锅炉的高温腐蚀关键。当锅炉水冷壁出现硫化时，其主要是由于锅炉壁铁和内部气体反应所导致，如果对锅炉壁表面进行保护膜的增加后，可以对锅炉水冷壁内铁和气体进行有效隔离，从源头上避免冷水冷壁发生高温腐蚀。对于锅炉水冷壁而言，其镀膜物质应该具有耐高温特点，同时不会受锅炉自身传热造成的不利影响，可以将此类材料进行重点运用。相关实践显示，将防腐蚀相关材料涂抹至锅炉冷水壁中，能够避免锅炉水冷壁发生高温腐蚀，预防结焦积灰存在。然而，由于该中材料生产流程比较复杂，使其具有较高材料成本，因此，若要对锅炉高温腐蚀进行有效控制，则对防腐材料进行综合分析和衡量，保证高温腐蚀预防措施的选择更加科学、合理，以达到最佳防范效果。

3.2 分级燃烧布置改造

针对燃用中等偏上挥发分煤种的特点，将上层燃烬风，变为刚性大覆盖的SOFA分离式燃尽风喷嘴，占总风量的一定比例，燃尽风高度重新核算选取。燃尽风都采用刚性更强的扁平小喷嘴结构，增加大空间垂直分离的SOFA燃烧装置（喷嘴、燃尽风角风箱、挡板风门、大风箱、风道及摆动机构）；这样在炉膛的纵向空间尺度上，将燃烧系统改造为主燃烧区和上部燃尽区，中间为大空间的NOx还原区，这样极大地降低了炉内燃烧的NOx的生成排放；

SOFA喷嘴采用优化设计的刚性大覆盖射流，能够有效降低炉膛上部旋流强度，减小烟温偏差和汽温偏差，减小减温喷水量；更重要的是刚性大覆盖的SOFA射流可以强化燃尽风和烟气的混合过程，降低飞灰含碳量和CO排放浓度，提高锅炉效率。从而构成炉内超低NOx 燃烧排放、煤粉高效稳燃、高燃尽、防结渣、防高温腐蚀的炉内燃烧动力场特性。

结论

结合锅炉水冷壁的相关腐蚀实验，利用高温腐蚀的深入研究，可知煤种的含硫量超出相应标准，往往会导致锅炉水冷壁发生高温腐蚀，当燃料没有得到充分燃烧后，锅炉内部则会产生一定还原气体，对锅炉水冷壁起到催化作用，使其发生硫化反应，在此基础上，进行防范对策的针对性研究，即保证燃料充分燃烧、降低还原气体的存在、对硫化作用予以控制、防腐蚀相关材料的喷涂等，均可以防止锅炉水冷壁出现高温腐蚀问题，使其具有较高的安全性。

参考文献：

［1］李广伟，孙俊威，黄启龙．600MW对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及对策［J］．华电技术，2016，38(6):43～46．