燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題與對(duì)策分析

摘要：本文以燃煤電站鍋爐水冷壁避免高溫腐蝕問(wèn)題作為具體的研究對(duì)象，從腐蝕機(jī)理和燃燒特點(diǎn)的角度出發(fā)，對(duì)燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題進(jìn)行分析，探討腐蝕區(qū)域的還原性和硫化物型溶鹽分布的規(guī)律，我們不難發(fā)現(xiàn)腐蝕部位集中在燃燒器周?chē)鷧^(qū)域、下層冷灰斗區(qū)域等地方。據(jù)大量調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，燃煤電站鍋爐水冷壁區(qū)域在氧氣濃度特別低的情況下，硫化氫，一氧化碳等物質(zhì)的濃度嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致水冷壁壁面腐蝕嚴(yán)重，腐蝕發(fā)生的區(qū)域與最初建立的理論數(shù)值模型相符合。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，分析燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題，并提出相應(yīng)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：燃煤電站鍋爐;水冷壁壁面;高溫腐蝕問(wèn)題;對(duì)策分析

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，因此對(duì)于燃煤電站鍋爐的排放有著更高的要求，開(kāi)始利用各種先進(jìn)的技術(shù)對(duì)燃煤電站鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造，從而達(dá)到排放指標(biāo)。除此之外，還需要對(duì)鍋爐燃燒的方位進(jìn)行微調(diào)，有利于實(shí)現(xiàn)燃料分級(jí)以及配風(fēng)分級(jí)燃燒，導(dǎo)致二氧化碳能減少生成。這樣的微調(diào)，使得水冷壁壁面聚集了大量的硫化氫和一氧化碳汽車(chē)，產(chǎn)生了一種具有還原性和腐蝕性氣氛，以致于燃煤電站鍋爐水冷壁壁面發(fā)生問(wèn)題。因此對(duì)于燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題對(duì)策進(jìn)行分析是非常有必要的。

1?燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕機(jī)理

鍋爐水冷壁是鍋爐爐膛中最重要的部件，起到吸收爐內(nèi)高溫的作用，這是爐膛內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件之一。為了獲取最大化的利潤(rùn)空間，鍋爐水冷壁管材一般是用低合金鋼，這在一定程度上能夠提升鍋爐的使用壽命。但是隨著鍋爐使用時(shí)間的延長(zhǎng)，鍋爐水冷壁壁面會(huì)存在一定的污垢，而且還有大量的腐蝕性物質(zhì)和氣體，進(jìn)而形成各種各樣的腐蝕性產(chǎn)腐蝕的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重

我國(guó)專(zhuān)家學(xué)者就燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕機(jī)理問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析，我們可以知道燃煤電站鍋爐水冷壁的高溫腐蝕是一種不斷變化的狀態(tài)，由于腐蝕物質(zhì)的不斷更新和補(bǔ)充，使得水冷壁腐蝕問(wèn)題也會(huì)一直存在。燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題的主要原因在于在缺氧環(huán)境下，還原性和腐蝕性氣體的共同作用。

燃煤鍋爐燃料中存在著一些硫物質(zhì)，一些煤粉都是通過(guò)空氣的傳播方式進(jìn)入到燃燒膛內(nèi)，在壁面區(qū)域的水冷壁燃燒，實(shí)際操作的時(shí)候里面存在著各不相同的硫物質(zhì)，但是這一系列的物質(zhì)通過(guò)分解、氧化的步驟之后，會(huì)使水冷壁壁面區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度越變?cè)降?，從而產(chǎn)生了還原性氣體;假如還原性氣體的含量慢慢變大期間，硫化氫、一氧化碳的濃度也越來(lái)越高，在這一基礎(chǔ)下，硫物質(zhì)和鐵物質(zhì)之間互相產(chǎn)生反應(yīng)能夠變成硫化鐵，導(dǎo)致產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)在燃媒鍋爐水冷壁的壁面，由于硫化鐵的不穩(wěn)定性在持續(xù)的高溫環(huán)境下很容易生成四氧化三鐵，使得燃煤鍋爐水冷壁壁面腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重。具體的腐蝕過(guò)程，如下圖所示：

2?燃煤電站鍋爐水冷壁壁面腐蝕的數(shù)值模擬的有效分析

對(duì)于那些已經(jīng)完成改造的鍋爐，建立相應(yīng)的數(shù)值模擬分析，分析鍋爐燃燒的過(guò)程、溫度、濃度等特點(diǎn)，尤其是鍋爐水冷壁壁面附近的氣體，并對(duì)于水冷壁壁面高溫腐蝕部位的分布規(guī)律進(jìn)行研究。

2.1建立水冷壁壁面數(shù)值模型

針對(duì)燃煤電站鍋爐的燃燒優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行計(jì)算燃燒點(diǎn)和腐蝕分析報(bào)告期間，運(yùn)用三維穩(wěn)態(tài)計(jì)算模型、couple算法以及presto方法等，從而確定還原性和腐蝕性氣體的位置，計(jì)算出鍋爐燃燒產(chǎn)物以及分布規(guī)律。

根據(jù)水冷壁壁面的腐蝕部位來(lái)看，主要分布在燃料中含有硫物質(zhì)、壁面區(qū)域附近缺氧非常嚴(yán)重、有大量還原性和腐蝕性氣體、溫度比較高等各種因素導(dǎo)致。當(dāng)煤粉流進(jìn)爐膛煤，必須要達(dá)到一定的燃燒高度，就會(huì)使得進(jìn)入鍋爐內(nèi)的煤粉和煤粉火焰不斷地沖刷水冷壁壁面，使得還原性氣體和腐蝕性氣體快速與水冷壁壁面裸露在外的金屬物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而使得水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題更加嚴(yán)重。

通過(guò)分析水冷壁近壁區(qū)域的氧氣、硫化氫、一氧化碳等氣體的分布情況，從而判斷出水冷壁區(qū)域發(fā)生腐蝕的部位以及腐蝕的嚴(yán)重程度。根據(jù)對(duì)數(shù)值模擬以及腐蝕特點(diǎn)的分析，我們可以知道：鍋爐水冷壁近壁區(qū)的氧氣濃度和入爐的風(fēng)量有著十分密切的關(guān)系，而且兩者之間的關(guān)系成正比，這就意味著氧氣濃度越高，入爐的風(fēng)量也越來(lái)越高。受到入爐風(fēng)量的制約，首先會(huì)出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象，在近壁區(qū)域和噴口附近的氧氣含量比較低，有些位置甚至沒(méi)有氧氣。硫化氫氣體大多數(shù)分布在鍋爐燃燒區(qū)域的兩側(cè)，而且濃度比較高。一氧化碳的分布規(guī)律與硫化氫的分布規(guī)律相符合。

有專(zhuān)家認(rèn)為只要氧氣濃度低于2%，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的高溫腐蝕問(wèn)題。根據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)還原性氣體和腐蝕性氣體的分布規(guī)律比較明顯。鍋爐發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的區(qū)域主要有燃燒器周?chē)鷧^(qū)域、冷灰斗區(qū)域以及兩側(cè)墻中間區(qū)域等。

2.2具體的實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)對(duì)所制定的腐蝕模型進(jìn)行分析研究，能夠很好的了解水冷壁壁面附近區(qū)域還原性和腐蝕性氣體的分布規(guī)律，從而科學(xué)判斷出鍋爐水冷壁壁面的腐蝕部位，從而采取相應(yīng)的防腐蝕措施。據(jù)調(diào)查研究顯示，根據(jù)鍋爐燃燒的實(shí)際情況，在鍋爐燃燒器周?chē)膮^(qū)域選擇一個(gè)合適的地方，分析鍋爐不同運(yùn)行條件下，鍋爐附近區(qū)域的空氣含量中一氧化碳、硫化氫等氣體的含量，根據(jù)最終的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行有效的分析，準(zhǔn)確判斷出腐蝕的區(qū)域和部位，能夠在這些區(qū)域和部位采取針對(duì)性的防腐蝕措施，提高鍋爐的使用壽命。

經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)表明，先將冷水壁壁面的煙氣抽出去，經(jīng)過(guò)一系列清潔措施后，利用專(zhuān)業(yè)的儀器對(duì)于冷水壁壁面的煙氣成分進(jìn)行檢測(cè)，將每一條數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，作為數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，在根據(jù)鍋爐水冷壁壁面腐蝕模型的數(shù)據(jù)參數(shù)，分別放在鍋爐水冷壁壁面的兩側(cè)墻中心，分別在3個(gè)不同的位置進(jìn)行取樣。在具體測(cè)量的過(guò)程中，根據(jù)鍋爐設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況以及參數(shù)數(shù)據(jù)。

對(duì)于上述進(jìn)行分析，我們可以知道鍋爐在任何高負(fù)荷的條件下，燃煤電站鍋爐水冷壁壁面都會(huì)存在不同程度的腐蝕現(xiàn)象，但是腐蝕部位最嚴(yán)重的就是鍋爐燃燒器中間和高處位置，因此鍋爐這一區(qū)域的還原性和腐蝕性氣體的濃度比較高，這一區(qū)域的還原氛圍比較高，但是還原性和腐蝕性氣體濃度會(huì)隨著鍋爐設(shè)備的負(fù)荷情況、燃料的煤質(zhì)以及入爐風(fēng)量的影響會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，但是鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域還存在一定的腐蝕現(xiàn)象。

我們發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域和部分煙氣含量比較大，而且這種粉末的顏色呈灰黑色，與煤粉的顏色比較相近，這就意味著燃煤電站鍋爐內(nèi)的燃料的燃盡率比較低以及鍋爐內(nèi)燃燒的火焰在不斷沖刷著鍋爐水冷壁壁面，這在一定程度上就導(dǎo)致鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域的氧氣含量比較低，加劇了水冷壁壁面附近區(qū)域的高溫腐蝕現(xiàn)象。還有在鍋爐燃燒器附近區(qū)域所檢測(cè)出來(lái)的硫化氫、一氧化碳濃度都比較高，導(dǎo)致鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域的腐蝕程度比較嚴(yán)重。還有，我們對(duì)于鍋爐冷水壁壁面的腐蝕區(qū)域和腐蝕部位進(jìn)行抽樣檢測(cè)，將各個(gè)區(qū)域的腐蝕程度記錄下來(lái)。經(jīng)過(guò)大量的研究數(shù)據(jù)比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域的化驗(yàn)結(jié)果與本文的分析結(jié)果很符合，這在一定程度上佐證了本文分析的科學(xué)性和合理性，也提供了實(shí)踐證明，為日后的防腐蝕措施奠定了良好的基礎(chǔ)。

3?燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題的對(duì)策分析

3.1加強(qiáng)燃煤管理的力度

要想解決燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題，工作人員一定要加強(qiáng)燃煤管理的力度。在條件允許的情況下，在選擇燃燒材料的時(shí)候盡量用低硫煤，從而有效避免水冷壁壁面發(fā)生高溫腐蝕問(wèn)題，努力做到煤的含硫量低于1%。還要加上對(duì)于鍋爐系統(tǒng)和鍋爐設(shè)備的檢修力度，對(duì)于那些損壞的零件要及時(shí)進(jìn)行更換，以此來(lái)保障系統(tǒng)各設(shè)備的有效運(yùn)行，避免由于設(shè)備出現(xiàn)故障，使得鍋爐的腐蝕現(xiàn)象更嚴(yán)重。

3.2科學(xué)組織燃燒

顧名思義科學(xué)組織燃燒就是科學(xué)合理的調(diào)整入鍋爐的風(fēng)量和風(fēng)速。在這一過(guò)程中，一定要控制好鍋爐燃燒的速度以及做好鍋爐風(fēng)力的分配，將鍋爐風(fēng)和煤粉有效分離開(kāi)，存在還原性氣體濃度非常高的問(wèn)題。在燃燒的過(guò)程中，通過(guò)降低風(fēng)速來(lái)維持鍋爐內(nèi)煤粉燃燒的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，還能夠有效緩解煤粉氣流對(duì)于水冷壁壁面的沖刷和腐蝕，但是這一做法并不能從根本上解決水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題。對(duì)于鍋爐燃燒器來(lái)說(shuō)，增加第二次風(fēng)量的力度能夠加強(qiáng)煤粉氣流的混合力度，從而保障鍋爐燃燒的穩(wěn)定性以及燃料的著火點(diǎn)。但是在這一過(guò)程中，值得注意的一點(diǎn)就是，增大第二次風(fēng)量的力度可能會(huì)引發(fā)煤粉燃盡率降低的問(wèn)題。

3.3努力控制好煤粉的細(xì)度

在制作煤粉的過(guò)程中，根據(jù)不同的煤種類(lèi)型，會(huì)選擇不同的制粉系統(tǒng)，如果在選擇了劣質(zhì)煤作為燃燒材料，這在一定程度上增加了制粉系統(tǒng)的壓力，使得制粉系統(tǒng)的工作效率非常低下，很難有效分離出煤粉，使得一些煤粉沒(méi)有那么細(xì)，在這類(lèi)型煤粉燃燒的過(guò)程中加重了鍋爐的腐蝕，因?yàn)槊悍厶謺?huì)導(dǎo)致燃燒效率不高，煤粉的燃盡率也比較低，導(dǎo)致一些沒(méi)有被燃燒完的煤粉附著在水冷壁附近區(qū)域，這在一定程度上加劇了鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕的問(wèn)題。因此，工作人員必須根據(jù)不同鍋爐的實(shí)際情況，制定合理的煤粉細(xì)度的范圍，選擇相應(yīng)的制粉系統(tǒng)。

3.4積極地改造鍋爐系統(tǒng)和設(shè)備

對(duì)于鍋爐的高溫區(qū)域來(lái)說(shuō)，鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域中的氧氣濃度比較低，當(dāng)一氧化碳和硫化氫含量高，就會(huì)發(fā)生鍋爐腐蝕問(wèn)題。因此相關(guān)工作人員一定要積極地改造鍋爐系統(tǒng)和設(shè)備，引入先進(jìn)的鍋爐設(shè)備和系統(tǒng)，提升鍋爐中氧氣的含量，從而制約一氧化碳和硫化氫氣體的生成，進(jìn)而緩解鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問(wèn)題。經(jīng)過(guò)上面的分析，對(duì)于鍋爐設(shè)備的改造，具體可以從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：一是工作人員可以將頂層燃盡噴口進(jìn)行改造，由最初的4個(gè)頂層燃盡噴口增加至5個(gè)頂層燃盡噴口，以此來(lái)增加煤粉的穿透能力和覆蓋能力。二是在鍋爐燃燒器的兩側(cè)，尤其是靠近水冷壁壁面附近區(qū)域的位置，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)高處，以此來(lái)增加空氣的補(bǔ)充力度，引入新鮮的空氣，通過(guò)各種各樣的途徑來(lái)加大新鮮空氣與鍋爐內(nèi)部空間之間的對(duì)流速度，使得鍋爐中的煤粉能夠得到充分的燃燒，這在一定程度上增加了鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域氧氣的濃度，從而能夠降低鍋爐水冷壁的腐蝕程度，還應(yīng)該根據(jù)鍋爐的實(shí)際情況，選擇一個(gè)合適的噴口，進(jìn)而形成大面積的風(fēng)幕，以此來(lái)保障風(fēng)幕對(duì)于鍋爐水冷壁壁面的覆蓋力度，降低水冷壁壁面的還原性氣體的濃度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鍋爐內(nèi)部的腐蝕問(wèn)題影響鍋爐的使用效率和壽命，而且一些腐蝕的鍋爐在使用的過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生爆炸的現(xiàn)象，對(duì)于操作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了不利的影響，因此工作人員一定對(duì)提高對(duì)于這一問(wèn)題的重視程度。筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)燃煤電站鍋爐腐蝕問(wèn)題進(jìn)行有效的分析，并提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。燃煤電站鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域很容易產(chǎn)生高溫腐蝕問(wèn)題，我們發(fā)現(xiàn)鍋爐許多燃料中含有許多硫物質(zhì)，而且這一區(qū)域的含氧量不高、一氧化碳和硫化氫的濃度比較高，還原性氛圍比較好、還有就是這一區(qū)域的溫度比較高都會(huì)導(dǎo)致鍋爐水冷壁壁面出現(xiàn)高溫腐蝕問(wèn)題。還有通過(guò)對(duì)電站鍋爐爐膛燃燒過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，發(fā)現(xiàn)了鍋爐腐蝕區(qū)域的分布規(guī)律與還原性氣體分分布規(guī)律很相似，從而判斷去水冷壁壁面腐蝕的部位，經(jīng)過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)，水冷壁壁面腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域主要在燃燒器周?chē)鷧^(qū)域、冷灰斗區(qū)域以及兩側(cè)墻中心區(qū)域等。除此之外，我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模擬過(guò)程，對(duì)于電站鍋爐水冷壁壁面附近區(qū)域的硫化氫和二氧化碳的分布規(guī)律進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)兩者之間的分布規(guī)律比較相似。在氧氣濃度比較低的情況下，我們發(fā)現(xiàn)氧氣、一氧化碳、硫化氫濃度比較高的區(qū)域，腐蝕現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。從某種程度上來(lái)說(shuō)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了數(shù)值模擬模型的有效性，而且為制定防腐蝕措施奠定了基礎(chǔ)。最后就是根據(jù)燃煤電站鍋爐水冷壁壁面的高溫腐蝕問(wèn)題提出的防治對(duì)策，加強(qiáng)燃煤管理的力度，提升鍋爐設(shè)備的可靠性、科學(xué)組織燃燒，合理的分配入爐風(fēng)量和風(fēng)速、努力控制好煤粉的細(xì)度，以此來(lái)燃盡率、積極地進(jìn)行鍋爐設(shè)備改造，達(dá)到鍋爐水冷壁壁面高溫防腐蝕的目的。

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作者簡(jiǎn)介：趙吉鵬（1981—??），男，漢族，甘肅蘭州人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：電站鍋爐。