某廠300MW機組1號鍋爐高溫腐蝕原因分析及預防

摘 要：某廠300MW機組1號鍋爐水冷壁自進行脫硝低氮燃燒改造之后，兩側(cè)墻水冷壁管壁高溫腐蝕減薄嚴重，近期發(fā)生一次水冷壁泄漏事故，導致機組非停。本文通過對高溫腐蝕現(xiàn)象原因的分析，并提出相應預防措施，防止該現(xiàn)象的再次發(fā)生，從而保證機組安全經(jīng)濟運行。

關鍵詞：鍋爐 水冷壁 高溫腐蝕 控制措施

1前言

某廠300MW1號鍋爐為北京巴威公司按照美國B&W公司技術(shù)生產(chǎn)的雙調(diào)風旋流燃燒器W火焰鍋爐。鍋爐為雙拱型單爐膛平衡通風、露天布置、全鋼架結(jié)構(gòu)，一次中間再熱、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)單汽包鍋爐。鍋爐型號為B&WB—1025/17.4—M。鍋爐配置B&W專門用于燃用低揮發(fā)份燃料的濃縮型EI—XCL低NOX雙調(diào)風旋流燃燒器。尾部設置分煙道，鍋爐本體采用露

天戴帽布置，固態(tài)連續(xù)排渣。在尾部豎井下設置兩臺三分倉容克式空氣預熱器，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。鍋爐設計煤種為貴州畢節(jié)地區(qū)金沙無煙煤（表1），燃用煤種屬于高灰、高硫煤。2013年11月由北京巴威對1號爐進行了脫硝低氮燃燒改造，其中燃燒系統(tǒng)主要是從二次風箱引出部分熱風至在上爐膛區(qū)域作為燃盡風。燃燒改造后，脫硝反應器入口NOx濃度得到大幅降低。2018年，該廠300MW機組1號爐發(fā)生一次水冷壁高溫腐蝕管壁減薄爆管事故，此次水冷壁始漏點位于鍋爐B側(cè)側(cè)墻水冷壁衛(wèi)燃帶與水冷壁管交界處，墻標高26100mm，爐前至爐后第40和43根管子。該鍋爐水冷壁原管子規(guī)格為φ60×6.5mm，材質(zhì)為25MnG內(nèi)螺紋管。停爐檢查，爐膛水冷壁管向火側(cè)減薄嚴重，且具有一定的方向性。爆管段及相鄰管段（向火側(cè)）通過測厚發(fā)現(xiàn)都存在不同程度的減薄現(xiàn)象，局部最薄處為1.26mm，表明水冷壁管存在嚴重的高溫腐蝕和火焰沖刷現(xiàn)象。

2高溫腐蝕形成機理

電站鍋爐水冷壁的高溫腐蝕一般表現(xiàn)為硫化物型高溫腐蝕。其主要是H2S以及游離態(tài)硫[S]與管壁基體金屬鐵以及鐵的氧化物發(fā)生反應生成鐵的硫化物的現(xiàn)象。硫化物型高溫腐蝕主要發(fā)生在火焰沖刷水冷壁的情況下。當煤中含有黃鐵礦（即硫化鐵FeS2），火焰直接沖刷水冷壁時，部分未燃燼的煤粉顆?；茵じ皆谒浔谏希蚧F由于受熱而分解形成單質(zhì)硫和硫化亞鐵：

FeS2→FeS+[S]

在還原性氣體中，游離態(tài)的硫原子可單獨存在。當管壁溫度達到350℃以上時，游離態(tài)的原子硫與鐵反應生成硫化亞鐵，使管壁受到腐蝕，其腐蝕過程為：

Fe+[S]→FeS

在爐膛內(nèi)的還原性氣氛中，H2S氣體可加快硫化物型高溫腐蝕，并直接腐蝕金屬管壁，其化學反應為：

FeO+H2S→FeS+H2O

此外，硫化亞鐵還會被氧化，形成磁性氧化鐵Fe3O4和SO2，而生成的SO2在飛灰中催化劑的催化作用下，反應生成SO3，使煙氣中SO3氣體的含量增加，進一步加劇了硫酸鹽型高溫腐蝕，即：

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

由此看出，燃煤中含有較多的FeS2，火焰直接沖刷水冷壁和管壁附近為還原性氣氛，是產(chǎn)生硫化物型高溫腐蝕的條件。

3高溫腐蝕原因分析

3.1燃煤含硫量較高

由于市場經(jīng)濟影響，該廠入爐煤質(zhì)發(fā)生大幅度波動，入爐實際煤質(zhì)與設計煤質(zhì)中的硫份含量差異較大（表2），實際煤質(zhì)中硫含量最高時達到2.5%，是設計的入爐煤質(zhì)0.99%的2倍多。高硫份煤中的硫元素是硫化物型高溫腐蝕的根源。高硫煤產(chǎn)生的大量H2S、SO2、SO3和原子硫不僅破壞管壁的氧化鐵保護膜，且還侵蝕管子表面，致使金屬管壁不斷減薄。高硫含量的煤質(zhì)是造成此次高溫腐蝕的主要原因。

3.2缺氧燃燒

為滿足環(huán)保要求，該廠2013年對機組進行了脫硝改造，為配合脫硝改造，對鍋爐燃燒進行了低氮燃燒改造。鍋爐在運行中爐膛燃燒區(qū)域處于缺氧燃燒狀態(tài)，煤粉在爐膛內(nèi)缺氧燃燒形成的還原性氣氛對鍋爐水冷壁的腐蝕影響非常大。一方面，還原性氣氛可以使原子硫S滲透到水冷壁的氧化膜中，并發(fā)生反應，產(chǎn)生疏松多孔的鐵的氧化物，從而加速腐蝕的過程;另一方面，還原性氣氛對腐蝕性氣體H2S的生成起促進作用。

3.3燃燒器缺風、火焰沖刷水冷壁

由于該廠脫硝催化劑堵塞、損壞嚴重，造成噴氨量加大。資料顯示，過量的噴氨會增加脫硝系統(tǒng)和空預器的堵塞;堵塞的脫硝系統(tǒng)和空預器增加了煙道的阻力，阻力加大使得機組在高負荷時引風機出力不足，爐內(nèi)燃燒處于缺氧燃燒運行;其次由于脫硝處理能力下降，為控制爐膛NOx生成，鍋爐長時間風量加不起來，也造成燃燒器缺風的另一個原因。燃燒器長時間處于缺風狀態(tài)運行會造成火焰下沖距離偏遠，形成火焰沖刷水冷壁的現(xiàn)象。

3.4水冷壁無防腐材料、管壁溫度高

資料顯示，亞臨界鍋爐飽和水溫約為360℃，水冷壁的外壁溫可達400℃或更高。壁溫越高，高溫腐蝕將越嚴重。通過停爐對水冷壁管進行檢查，側(cè)墻衛(wèi)燃帶與水冷壁管交界處管壁腐蝕減薄嚴重，且中間減薄多，兩側(cè)減薄少。而鍋爐衛(wèi)燃帶損壞也是側(cè)墻中部損壞較多，兩端損壞較少。

由于水冷壁衛(wèi)燃帶的損壞，造成水冷壁管屏直接與爐膛煙氣中H2S氣體和原子硫S接觸而發(fā)生腐蝕反應，造成管屏減薄。其次由于衛(wèi)燃帶損壞，水冷壁在此處的吸熱加強，造成管壁溫度較高，加速水冷壁腐蝕。

4防止高溫腐蝕的措施

4.1加強配煤管理，控制入爐煤質(zhì)硫份含量，減少爐膛硫化物的生成。

4.2優(yōu)化磨機出力，降低煤粉細度，加強煤粉取樣管理，根據(jù)煤粉細度，調(diào)整磨機鋼球配比，及時對磨機分離器、回粉管進行疏通，保證磨機出力，控制煤粉細度，提高煤粉的著火及燃盡性能。

4.3對鍋爐爐膛水冷壁衛(wèi)燃帶進行修復，減少鍋爐管屏直接與爐膛煙氣接觸，同時對水冷壁易發(fā)生腐蝕的區(qū)域進行噴涂，提高抗高溫腐蝕的性能。

4.4利用停爐機會，對鍋爐燃燒器進行檢查、修護，減少燃燒器缺損、變形造成沖刷水冷壁的可能。

4.5加強爐膛配風管理，控制爐膛氧量在合適范圍內(nèi)，避免爐膛缺氧燃燒嚴重，形成過多還原性氣氛。

4.6加強燃燒配風及燃燒器內(nèi)外二次風調(diào)整，通過調(diào)整燃燒器火焰行程，減少火焰行程太長沖刷水冷壁的可能。

4.7 利用等級檢修機會進行貼壁風改造，改善側(cè)墻區(qū)域的還原性氣氛，消除腐蝕減薄導致泄漏的安全隱患。

5結(jié)束語

在當前煤質(zhì)環(huán)境下，特別是低氮燃燒改造之后，鍋爐存在不同程度的水冷壁腐蝕管壁腐蝕減薄現(xiàn)象。管壁的腐蝕減薄，既給機組安全運行帶來隱患，也增加了機組的運行成本。通過對鍋爐水冷壁腐蝕原因的研究，探討出減少水冷壁腐蝕的措施，無疑對保證機組安全、經(jīng)濟運行具有重要的意義。

作者簡介：

羅元輝，男，漢，貴州遵義，1974.0818，大專，工作單位：貴州西電電力股份有限公司黔北發(fā)電廠 ，職稱：工程師。主要研究方向或者從事工作：火力發(fā)電廠集控運行 郵編：551800