1000MW對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析與治理

徐應(yīng)輝+吳成珊+樊欣

摘 要：華電寧夏靈武發(fā)電有限公司#3、#4鍋爐是由東鍋制造的2×1000MW超超臨界對沖燃燒鍋爐。鍋爐兩側(cè)墻水冷壁高溫腐蝕及結(jié)焦嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全運(yùn)行。2014年4月，工程技術(shù)人員對#3、#4鍋爐的水冷壁高溫腐蝕及結(jié)焦原因進(jìn)行了深入分析，并對其進(jìn)行了側(cè)墻貼壁風(fēng)改造和燃燒調(diào)整，一舉解決了側(cè)墻水冷壁高溫腐蝕和結(jié)焦等問題。該文章通過對這次貼壁風(fēng)改造及燃燒調(diào)整的前后過程進(jìn)行了論述，希望對其他工程技術(shù)人員帶來經(jīng)驗(yàn)和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：高溫腐蝕；還原性氣氛；低氮燃燒；水冷壁噴涂；貼壁風(fēng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.007

1 高溫腐蝕形成的機(jī)理

高溫腐蝕主要與煤質(zhì)成分、水冷壁附近的溫度、氣體成分、煤粒（及燃燒后產(chǎn)生的灰粒）的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)。按其機(jī)理可分為兩大類：硫化物（H2S，SO2）型腐蝕和硫酸鹽（M2SO4）型腐蝕。由于燃煤中含有的硫（S）和氫（H）等物質(zhì)，在燃燒過程中發(fā)生反應(yīng)生成硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）等物質(zhì)，高溫下的硫化氫（H2S）對鐵質(zhì)材料有很強(qiáng)的腐蝕性；而三氧化硫（SO3）則會破壞金屬管壁上的氧化保護(hù)層（Fe2O3），進(jìn)一步加劇高溫腐蝕。

多年的研究表明，前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕通常發(fā)生在兩側(cè)墻，兩側(cè)墻水冷壁長期受到高溫?zé)煔獾臎_刷，煤粉貼壁燃燒，導(dǎo)致水冷壁壁面溫度升高，還原性氣氛濃度升高，從而造成了水冷壁的高溫腐蝕。

2 水冷壁高溫腐蝕產(chǎn)生的原因

2.1 燃煤品質(zhì)差

燃煤中硫、堿金屬及其氧化物含量越大，燃燒過程中產(chǎn)生的硫化物及堿性物質(zhì)濃度就越高，出現(xiàn)高溫腐蝕的可能性就越大。

煤粉顆粒越大，越不易燃盡，容易在金屬壁面附近形成還原性氣氛，產(chǎn)生高溫腐蝕。同時，顆粒越大，對金屬管壁的磨損也越嚴(yán)重，破壞了水冷壁表面的（Fe2O3）保護(hù)膜，使高溫?zé)煔庵械母g性介質(zhì)直接與金屬管壁發(fā)生反應(yīng)，加劇了高溫腐蝕。

2.2 低氮（缺氧）燃燒

在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員為了降低鍋爐NOx排放濃度，使煤粉在爐膛內(nèi)缺氧燃燒。缺氧燃燒增強(qiáng)了爐內(nèi)的還原性氣氛，煙氣中的硫化氫（H2S）濃度隨之升高，同時還會降低灰熔點(diǎn)。硫化氫（H2S）在高溫下對金屬管壁有極強(qiáng)的腐蝕作用，煤粉燃燒后產(chǎn)的生灰粒在強(qiáng)還原性氣氛下更容易在水冷壁管上積結(jié)，積結(jié)的灰塊中含有燃燒后產(chǎn)生的堿金屬氧化物，促進(jìn)了金屬水冷壁管腐蝕的加劇。

2.3 過高的水冷壁溫度

硫化氫（H2S）的腐蝕性在300℃以上逐漸增強(qiáng)，溫度每升高50℃，腐蝕性增加一倍；燃燒區(qū)域水冷壁溫度約350℃，煙氣側(cè)溫度可達(dá)420℃。研究表明，煙氣中的CO濃度越大，高溫腐蝕就越嚴(yán)重，H2S濃度濃度大于0.01%時，就會對鋼材產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用；而當(dāng)壁面氧量大于2%時，基本不會產(chǎn)生高溫腐蝕。

2.4 火焰沖刷水冷壁

由于對沖燃燒鍋爐的流場特點(diǎn)，空氣和煤粉混合物通過對稱布置在前后墻的燃燒器噴射進(jìn)爐膛，空氣和煤粉混合物著火后在爐膛中心相撞并快速的向四周排擠，其中一側(cè)高溫?zé)煔庀蛩浔谂艛D，并連續(xù)不斷的沖刷水冷壁，由此產(chǎn)生高溫腐蝕。其一，高溫?zé)煔馐顾浔诒诿孢€原性氣氛增強(qiáng)，水冷壁壁面溫度升高，容易發(fā)生硫化物高溫腐蝕；其二，未燃盡的煤粉顆粒和燃燒后產(chǎn)生的灰粒隨高溫?zé)煔鉀_刷水冷壁，造成水冷壁管磨損減薄。

3 水冷壁高溫腐蝕的治理

3.1 水冷壁噴涂

水冷壁噴涂即超音速電弧噴涂，是指以電弧為熱源，將具備耐磨損、抗高溫氧化和熱腐蝕性能良好的金屬合金絲用超音速氣流霧化，并高速噴射到水冷壁表面形成高強(qiáng)度的耐熱耐磨涂層，使水冷壁表面得以保護(hù)和強(qiáng)化的一種新技術(shù)。在水冷壁腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域噴涂耐磨損、耐高溫材料，可使水冷壁表面形成一層保護(hù)膜，阻止高溫?zé)煔庵苯咏記_刷磨損水冷壁管，防止金屬水冷壁管遭受硫化物、硫酸鹽和氯化物的腐蝕。

3.2 科學(xué)的運(yùn)行方式

鍋爐的運(yùn)行方式也是水冷壁高溫腐蝕不可忽略的一個重要因素，通過合理的配風(fēng)及科學(xué)的運(yùn)行方式，可以有效的降低水冷壁的高溫腐蝕。（1）避免過度的缺氧燃燒，使水冷壁附近氧量在2%以上，降低燃燒區(qū)及還原區(qū)的還原性氣氛濃度，從而減輕水冷壁的高溫腐蝕。（2）降低靠近左右側(cè)墻燃燒器的一次風(fēng)風(fēng)速，減輕高溫?zé)煔鈱ψ笥覀?cè)墻水冷壁管的沖刷，降低灰粒和煤粒的運(yùn)動速度，從而減輕對水冷壁的磨損。（3）盡量降低一次風(fēng)風(fēng)速和煤粉細(xì)度，使煤粉著火提前，同時減少煤粉的燃盡時間，防止煤粉貼壁燃燒，從而降低水冷壁壁面溫度，提高水冷壁壁面氧量，降低水冷壁附近H2S，SO2的生成，減輕水冷壁高溫腐蝕。

3.3 增加貼壁風(fēng)

在易發(fā)生高溫腐蝕區(qū)域增加貼壁風(fēng)，使貼壁風(fēng)在水冷壁表面形成一層保護(hù)膜，在不影響燃燒流場及鍋爐NOx排放的情況下，增加水冷壁壁面氧量，降低水冷壁表面還原性氣氛濃度，保護(hù)水冷壁免遭H2S，SO2的侵蝕，降低攜帶灰粒和煤粒的高溫?zé)煔鈱λ浔诘臎_刷，從而達(dá)到防止水冷壁高溫腐蝕的目的。

4 結(jié)語

通過側(cè)墻貼壁風(fēng)系統(tǒng)改造，華電寧夏靈武發(fā)電有限公司#3、#4鍋爐的水冷壁高溫腐蝕問題得到了很好的解決。隨著我國科學(xué)術(shù)技的飛速發(fā)展，對鍋爐燃燒方面的技術(shù)研究也越來越細(xì)致，處理水冷壁高溫腐蝕的方法也越來越成熟。鍋爐燃燒控制是一個系統(tǒng)性的復(fù)雜過程，如何保障鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，仍然是我們需要進(jìn)一步研究和鉆研的課題。

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