電站鍋爐高溫腐蝕產(chǎn)生的原因及防范措施

周新剛，苗長信

（山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

高溫腐蝕現(xiàn)象在貧煤鍋爐上較為常見，其腐蝕速度有的高達(dá)2.5 mm/a以上，且多發(fā)生在燃燒器區(qū)域附近。對于腐蝕較嚴(yán)重的管子，電廠只能借助停機(jī)機(jī)會進(jìn)行全部更換，這不僅增加了電廠的檢修成本，而且還影響了鍋爐運(yùn)行的安全性。因此，對高溫腐蝕問題的研究和解決是非常有必要的。

1 電站鍋爐高溫腐蝕的機(jī)理

電站鍋爐常出現(xiàn)硫酸鹽型高溫腐蝕和硫化物型高溫腐蝕［1］，以下詳細(xì)介紹這兩種高溫腐蝕的機(jī)理。

1.1 硫酸鹽型高溫腐蝕的機(jī)理

硫酸鹽型的腐蝕過程可分為五步：

（1）受熱面生成一層薄的氧化鐵（Fe2O3）鐵銹和極細(xì)灰粒的沾污層，其厚度是有限的，實際上是金屬的保護(hù)膜（因鐵銹的氧化速度是較慢的）；

（2）在火焰高溫作用下而升華的堿土金屬氧化物（如Na2O和K2O等）冷凝在管壁的沾污層上，如周圍煙氣中有SO3，則會發(fā)生反應(yīng)形成硫酸鹽（Na2SO4或 K2SO4等）

（3）硫酸鹽層增加，熱阻加大，表面溫度升高而開始發(fā)粘、熔化，并開始粘結(jié)飛灰，形成疏松的渣層，硫酸鹽熔化時會放出SO3；

（4）所放出的SO3及煙氣中的SO3會通過疏松的渣層向內(nèi)擴(kuò)散，發(fā)生如下反應(yīng)：

3K2SO4（或 Na2SO4）+Fe2O3+3SO3→2K3Fe（SO4）3［或 Na3Fe（SO4）3］

此時管壁Fe2O3鐵銹層被破壞，而K3Fe（SO4）在584℃下就會熔化，進(jìn)一步氧化而使金屬耗損。此時鐵的腐蝕為

10Fe+2Na2Fe（SO4）3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4

Na2SO4或K2SO4的循環(huán)作用而使腐蝕不斷進(jìn)行。

（5）運(yùn)行中因清灰或灰渣過厚而脫落，使得K3Fe（SO4）或 Na3Fe（SO4）3等暴露在高溫火炬的輻射下而發(fā)生分解反應(yīng)生成新的堿土金屬硫酸鹽層，在SO3作用下，不斷使管壁受到腐蝕。

由此可看出，硫酸鹽型腐蝕是在沾污積灰基礎(chǔ)上，加上煙氣中有SO3及燃料中存在著不少鈉、鉀化合物而產(chǎn)生的。

1.2 硫化物型高溫腐蝕的機(jī)理

當(dāng)管壁附近氧量不夠，存在還原性氣氛，并出現(xiàn)有H2S氣體時，就會產(chǎn)生硫化物腐蝕。

（1）燃料中黃鐵礦（FeS2）隨灰粒和未燃盡煤粉一起沖到管壁上，受熱分解出自由原子硫和硫化亞鐵

此外，當(dāng)管壁附近存在H2S和SO2時也可能生成［S］

（2）在還原性氣氛中，由于缺氧，原子硫有可能單獨(dú)存在，當(dāng)管壁溫度達(dá)到350℃時，會發(fā)生如下反應(yīng)

（3）硫化亞鐵進(jìn)行緩慢氧化而生成黑色磁性氧化鐵Fe3O4

這一過程使管壁受到腐蝕。

2 電站鍋爐高溫腐蝕的原因

從高溫腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理可看出，腐蝕性氣體（SO2、SO3、H2S）、 還原性氣氛以及高溫是產(chǎn)生高溫腐蝕的主要原因，因此電站鍋爐發(fā)生高溫腐蝕與這幾點(diǎn)有必然聯(lián)系。

2.1 煤質(zhì)原因

由于煤炭資源供應(yīng)緊張，電廠為了保證正常運(yùn)營，在燃煤品質(zhì)選擇方面比較被動，高硫煤使用量增加，這為高溫腐蝕的產(chǎn)生提供了條件；

對于部分揮發(fā)份低、灰分高的難燃煤，其著火燃燒推遲，在水冷壁附近未燃盡的煤粉增多，形成還原性氣氛，也為高溫腐蝕的產(chǎn)生提供了條件。

2.2 水冷壁管壁溫度較高

隨著機(jī)組容量的不斷增大 （多在300 MW以上），溫度和壓力不斷升高，水冷壁管子外壁溫度也隨之升高（一般最小在400℃以上），并且對于貧煤機(jī)組，鍋爐的斷面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷都相對較大，這也為水冷壁管壁的高溫提供了條件。有資料表明，在300～500℃的范圍內(nèi)，管壁外表面溫度每升高50℃，煙側(cè)的腐蝕程度將會增加1倍。

2.3 運(yùn)行原因

（1）煤粉細(xì)度偏大。在燃用劣質(zhì)煤時，為了維持磨煤機(jī)出力，往往會增大煤粉細(xì)度，這樣不僅影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，而且在離心力的作用下煤粉刷墻，更易在爐壁附近產(chǎn)生還原性氣體和腐蝕性氣體。

（2）運(yùn)行氧量值偏小。某些電廠的表盤顯示氧量值大于實際氧量值，從而誤導(dǎo)運(yùn)行人員調(diào)整燃燒，增加爐內(nèi)缺氧燃燒的可能性。

（3）一次風(fēng)速偏高。電廠運(yùn)行人員為了防止堵管而提高一次風(fēng)速，如控制不好勢必推遲著火，使得燃燒更加靠近水冷壁區(qū)域。

（4）燃用貧煤的機(jī)組一般采用鋼球磨熱風(fēng)送粉，頂部加裝燃盡風(fēng)OFA和三次風(fēng)，如果風(fēng)門開度選擇不合適，會造成燃燒器區(qū)中下部缺氧。

（5）各層風(fēng)量分配不均，使?fàn)t膛燃燒區(qū)還原性氣氛與氧化性氣氛交替出現(xiàn)。

（6）目前機(jī)組多投AGC運(yùn)行，該方式有時會出現(xiàn)較大的負(fù)荷變動，其勢必影響爐內(nèi)燃燒，造成煤粉燃燒效率降低，使得部分未燃煤粉黏結(jié)在水冷壁上發(fā)生高溫腐蝕。

2.4 爐內(nèi)燃燒工況原因

貧煤鍋爐為了提高穩(wěn)燃能力增大爐內(nèi)切圓直徑，這樣會出現(xiàn)較高的貼壁風(fēng)速，增加對水冷壁的沖蝕。

燃燒器安裝角度偏差和一次風(fēng)均勻性較差都會影響爐內(nèi)空氣動力工況，造成一定程度偏燒。

3 電站鍋爐高溫腐蝕的防范措施

3.1 煤質(zhì)管理

嚴(yán)格控制入廠煤，尤其要特別注意揮發(fā)份、發(fā)熱量以及含硫量等，盡量減少購買高硫煤。

3.2 設(shè)備維護(hù)

校驗燃燒器的安裝角度；定期標(biāo)定表盤氧量值；定期標(biāo)定一次風(fēng)測量元件；定期校驗各風(fēng)門的內(nèi)外開度指示。

3.3 運(yùn)行調(diào)整

由于一次風(fēng)管縮孔磨損，管道阻力發(fā)生變化，使得爐膛四角一次風(fēng)均勻性變差，為此，在大修結(jié)束后進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗，保證各層一次風(fēng)速偏差在5%以內(nèi)。

在保證不堵管的前提下可適當(dāng)降低一次風(fēng)速。

可適當(dāng)增加燃燒器區(qū)的供風(fēng)量，降低上部的供風(fēng)量，如減小上部風(fēng)門開度，增大燃燒器區(qū)風(fēng)門開度。

根據(jù)不同的煤質(zhì)參數(shù)調(diào)整煤粉細(xì)度，力爭燃用較細(xì)的煤粉。

3.4 加裝煙氣成分測點(diǎn)

在易產(chǎn)生高溫腐蝕的區(qū)域可安裝部分煙氣成分測點(diǎn)， 檢測該區(qū)域的煙氣成分（O2、CO、SO3、SO2和H2S等），以指導(dǎo)運(yùn)行人員進(jìn)行燃燒調(diào)整。

3.5 噴涂處理

對高溫腐蝕區(qū)域進(jìn)行噴涂防腐涂料處理，這雖然不是治本的辦法，但也可在一定程度上減緩腐蝕速度，從目前掌握的情況來看，防腐涂料的壽命可維持在一個大修周期，因此，這也不失為一個好的措施。

3.6 側(cè)邊風(fēng)技術(shù)

所謂側(cè)邊風(fēng)就是在高溫腐蝕區(qū)域的上游水冷壁或在高溫腐蝕區(qū)域水冷壁上安裝噴口，向爐膛內(nèi)通入空氣，一般情況下以二次風(fēng)作為側(cè)邊風(fēng)的風(fēng)源。采用側(cè)邊風(fēng)的主要目的是改變水冷壁高溫區(qū)域的還原性氣氛，增加局部含氧量。該技術(shù)對爐內(nèi)燃燒過程沒有任何副作用，由于二次風(fēng)分級，因此同時可降低氮氧化物［2］。

4 結(jié)論

通過對高溫腐蝕產(chǎn)生機(jī)理的研究，可看出其與鍋爐設(shè)計參數(shù)、煤種、運(yùn)行和爐內(nèi)空氣動力工況等有關(guān)，為此，對于易產(chǎn)生高溫腐蝕的鍋爐，電廠技術(shù)人員應(yīng)密切關(guān)注這些因素的變化，并有針對性的采取相應(yīng)措施，以便將高溫腐蝕的危害降到最低。

［1］ 岑可法.鍋爐燃燒試驗研究方法及測量技術(shù)［J］.水利電力出版社，1987（10）.

［2］ 丘紀(jì)華，劉永剛.對沖燃燒布置鍋爐水冷壁高溫腐蝕溫度的研究［J］.華中理工大學(xué)學(xué)報，1999，27.