火電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕及防護

牛轉(zhuǎn)妮

摘要：鍋爐水冷壁高溫腐蝕是火電廠比較常見的問題，許多火電站都存在不同程度的鍋爐水冷壁高溫腐蝕情況，這給電廠安全生產(chǎn)也帶來了一定影響。本文主要是對火電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕及其防護措施的探究，詳細闡述了水冷壁高溫腐蝕的危害、腐蝕類型及其機理、腐蝕原因，進而就水冷壁高溫腐蝕的防護提出幾條建議，希望通過本文能為火電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕問題解決提供一些助益。

關(guān)鍵詞：火電廠;鍋爐水冷壁;高溫腐蝕;防護對策

1水冷壁高溫腐蝕的危害

1.1使管壁變薄

相關(guān)研究表明，由于腐蝕與磨損，鍋爐水冷壁管厚度減少1mm/年左右，而腐蝕嚴重的部位，鍋爐水冷壁管厚度減少量甚至達到6mm/年左右，這都會影響鍋爐的安全運行，為火電廠的生產(chǎn)埋下安全隱患。

1.2容易發(fā)生突發(fā)性爆管事故

鍋爐燃燒過程中，煤炭燃燒時產(chǎn)生的大量灰分會撞擊水冷壁管，切削了其管表面，降低了管的厚度與強度，一旦受高溫作用，水冷壁存在較高的突發(fā)性爆管風險，嚴重減低火電廠電力生產(chǎn)的安全性。此外，如果發(fā)生爆管事故，鍋爐就要停止運行進行搶修，增加火電廠的生產(chǎn)成本，對火電廠的生產(chǎn)進度造成不利影響。

2水冷壁高溫腐蝕的類型與機理

從物相角度來講，鋼材質(zhì)的鍋爐水冷壁可分為金屬基體層、含有磁性氧化鐵保護氧化膜的氧化層以及由初始積灰層和飛灰沉積層構(gòu)成的附著層。其中，致腐物質(zhì)決定了高溫腐蝕的類型，附著層的物理化學性質(zhì)決定了水冷壁高溫腐蝕的過程。

2.1氯化物型高溫腐蝕

煤燃燒過程中，大多數(shù)的氯化鈉會隨之蒸發(fā)，發(fā)生反應生成HCl，該物質(zhì)會損壞水冷壁管受熱面的氧化膜，生成很容易揮發(fā)的氯化亞鐵，一旦氯化亞鐵揮發(fā)，水冷壁管的金屬基體層就會暴露出來，為HCI腐蝕管壁提供了便利。同時，由于氧化層中氧化膜被破壞，會使管壁金屬的耐腐蝕性降低。

2.2硫酸鹽型高溫腐蝕

當水冷壁溫度在310℃-420℃時，管壁表面存在Fe2O3層是正常的，但燃燒產(chǎn)生的Na2O與K20這兩種氧化物會在管壁上凝結(jié)，并與煙氣中的SO3，產(chǎn)生反應生成有粘性的M2SO4;由于該物質(zhì)可通過捕集灰粒并將其粘結(jié)的方式形成灰層，因而會在灰外面形成灰渣層;煙氣中的SO2則會在灰層內(nèi)發(fā)生反應生成2MFe（SO4）的復合硫酸鹽，當形成的灰渣層脫落時，會再度生成新的Fe2O3層。該過程重復發(fā)生，形成一個惡性循環(huán)。

2.3硫化物型高溫腐蝕

燃燒過程中，硫鐵礦中的FeS2粘附于水冷壁，在受熱后會分解為FeS與S，其中的S又會與金屬發(fā)生反應再度生成FeS，而在這個過程中產(chǎn)生的FeS又會再度氧化作用生成Fe2SO4，腐蝕了管壁。尤其是在溫度不低于350℃的情況下，腐蝕非?？臁Ｒ蚨摳g問題是許多高壓鍋爐都會發(fā)生的問題，而中壓鍋爐由于水冷壁溫度約為255℃則不會因此產(chǎn)生損傷。

3水冷壁高溫腐蝕的原因

3.1燃煤品質(zhì)不佳

燃煤中含有較多的氧化物、硫以及堿金屬等物質(zhì)，會增加水冷壁腐蝕性介質(zhì)的濃度，進而增加水冷壁高溫腐蝕的風險。如含硫量高的燃煤會產(chǎn)生較多的硫化物，使得管壁的氧化保護膜被破壞，降低金屬管壁的厚度和強度。此外，燃煤顆粒越大，完全燃燒越不容易，不僅容易產(chǎn)生還原性氣氛，還會增加管壁的磨損程度，使得氧化膜被破壞，加劇高溫腐蝕。

3.2高溫

高溫火焰的沖刷加劇了水冷壁管的高溫腐蝕，一方面，高溫使得硫酸鹽分解過程得以加快，提高了腐蝕速度;另一方面，沒有充分燃盡的煤粉沖刷水冷壁，加快了壁管保護膜的破壞速度，提高了腐蝕速度。此外，水冷壁管的壁管局部溫度過高，尤其是達到350℃的強烈腐蝕溫度，一些粘附于管壁的腐蝕性的化合物會誘發(fā)高溫腐蝕。

3.3運行不當

在鍋爐負荷改變時，如果出現(xiàn)火嘴投停不當?shù)冗\行不當情況，則可能會影響燃燒的穩(wěn)定性，引發(fā)還原性氣氛，從而造成高溫腐蝕。

4水冷壁高溫腐蝕的防護對策

4.1改善鍋爐燃燒的空氣動力學工況

在不堵管的前提下，盡可能降低一次風壓，提高二次風壓，以保證煤盡快著火及完全燃燒，減少未燃盡煤粉沖刷水冷壁。由于水冷壁發(fā)生腐蝕主要取決于煤粉中有硫化物存在，同時必須有一定的溫度，為此，通過調(diào)整風壓，改變鍋爐中煤粉的燃燒狀況及燃燒火焰中心，從而在水冷壁附近形成一個中性火焰區(qū)，使生成的硫酸鹽不致熔化而附著在水冷壁上，這樣就可以大大減緩水冷壁的硫腐蝕。根據(jù)美國田納西流域管理局的一份研究報告，適當調(diào)整火焰的燃燒中心，可使水冷壁的腐蝕減輕50%以上。但由于這種調(diào)整與鍋爐的參數(shù)及運行狀況均有關(guān)系，因此調(diào)整因子很多，只能進行探索，還有大量的工作要做。

4.2表面刷涂防蝕涂料

全部更換管材需要大量費用，刷涂防腐蝕涂料較為經(jīng)濟。因此，先后使用過多種耐磨防腐蝕涂料。實踐證明，只要表面處理得當，涂層不脫落，涂層具有相當好的耐磨防腐蝕效果。但遺憾的是在某電廠幾次刷涂均有大面積脫落，從而影響了使用效果。

4.3加強燃料的控制

控制燃料從這兩方面入手：

4.3.1降低燃料含硫量

在燃燒前采用微波法、強磁分離法以及機械懸浮選法等物理化學方法將原煤清洗干凈，其中機械懸浮方式是應用最廣的一種燃燒前降低原煤含硫量的方法;燃燒中則將除硫劑（如石灰石）等加入爐內(nèi)與燃煤相混合，從而使降低硫含量與腐蝕性物質(zhì)濃度，從而減少高溫腐蝕的發(fā)生。

4.3.2控制煤粉顆粒大小

煤粉的細度與均勻性都應嚴格控制，如對粗粉分離器擋板開度、磨煤機以及回粉閥等進行調(diào)整，使得煤粉細度符合生產(chǎn)要求。

4.4應用熱滲鋁法

熱滲鋁法其實質(zhì)是采用熱處理技術(shù)，使得一定濃度的鋁原子滲入到鋼件表面形成鋁鐵合金保護層。對水冷壁應用熱滲鋁防護，則主要針對水冷壁外管壁進行防護，防護處理后水冷壁管則在金屬基層之上增加了氧化鋁硬殼層與鋁鐵合金層，有效的增強了管壁的耐磨、耐高溫氧化以及耐腐蝕性能。此外，滲鋁防護在處理過程中產(chǎn)生的氧化皮很容易使水冷壁管產(chǎn)生結(jié)垢甚至爆管，而使用常溫鹽酸浸泡法就能較好的解決該問題。

4.5應用高溫低氧技術(shù)

高溫低氧技術(shù)是將超過800℃的高溫空氣噴入爐膛，以在爐膛內(nèi)形成氧氣濃度低于15%的低氧濃度環(huán)境，同時燃料也會進入氣流中燃燒起來，能夠減少甚至防止尾部受熱面低溫腐蝕以及高溫受熱面高溫腐蝕情況的發(fā)生。從20世紀90年代以來，高溫低氧技術(shù)得到了廣泛應用，其有助于鍋爐運行效率的提高，減少低氮氧化物污染，能夠節(jié)約能源消耗，提高鍋爐運行的經(jīng)濟性。

5結(jié)束語

在應對鍋爐水冷壁高溫腐蝕問題時，應根據(jù)高溫腐蝕類型原理、高溫腐蝕發(fā)生的原因，有針對性的制定防護策略，從而有效減少或防范鍋爐水冷壁受熱面高溫腐蝕問題的發(fā)生。

參考文獻

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