電廠鍋爐泄漏問題及對(duì)策研究

靳川川

（中電投電力工程有限公司，上海 200233）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)能源的需求質(zhì)量與數(shù)量都在不斷提升，這就使得能源的提供企業(yè)需要更高的供應(yīng)質(zhì)量來滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求水平。電廠作為能源供應(yīng)的根本，其良好健康狀態(tài)下的運(yùn)行對(duì)于人們的生活有著重要的意義。然而鍋爐泄露事故作為影響鍋爐生成的一項(xiàng)重要影響因素，受到重視度日益增加。從電廠鍋爐事故發(fā)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，鍋爐泄露是電廠鍋爐事故發(fā)生最為頻繁的一種原因。一旦電廠的鍋爐發(fā)生了泄露，無疑會(huì)導(dǎo)致電廠鍋爐的正常運(yùn)行受到影響，對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅與隱患。一般而言，現(xiàn)代電廠的設(shè)備養(yǎng)護(hù)與維修中，防止電廠鍋爐的泄露有著重要意義。然而鍋爐的型號(hào)不同，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)就會(huì)相應(yīng)不同，這對(duì)一些鍋爐泄露的維修與養(yǎng)護(hù)造成了非常大的困難。本文將通過對(duì)于電廠鍋爐的泄露原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施，期望能為相關(guān)的維修與養(yǎng)護(hù)工作做一定的理論指導(dǎo)。

1 高溫腐蝕現(xiàn)象的原理

通過研究電廠鍋爐內(nèi)部腐蝕發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部腐蝕大部分集中在鍋爐內(nèi)部的高溫區(qū)域，特別是在中心線靠近燃燒器的出口部位腐蝕最為嚴(yán)重。一般情況下，腐蝕區(qū)域的冷水壁大都呈現(xiàn)為黑褐色，這種物質(zhì)的體積膨脹很大，然而其核心部位依舊具有很強(qiáng)的印度。經(jīng)過化學(xué)檢驗(yàn)，可以確定這種黑褐色物質(zhì)的主要成為為硫元素。經(jīng)過分析可知，這種硫元素的聚集主要原因在于煤灰的不充分燃燒所遺留，然后由于水蒸氣的作用，粘附在冷水壁表面。通過對(duì)燃燒后的氣體進(jìn)行取樣，可以知道取樣氣體的主要成分有CO、CO2、O2以及 SO2，其中 CO的含量在10%左右，O2含量在不足3%。

我們對(duì)鍋爐冷壁上的垢狀化合物的化學(xué)成分進(jìn)行分析，可以知道垢狀物的成分主要為Fe3O4和Fe2O3、FeO，以及鐵的硫化物。通過腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析可以確定，鍋爐水冷壁高溫腐蝕的主要原因在于硫化物的高溫腐蝕。這種硫化物的產(chǎn)生主要源自于黃鐵礦中的硫元素所致，其腐蝕機(jī)理描述如下。

（1）黃鐵礦粉末隨一些未燃盡的煤粉進(jìn)入冷水壁區(qū)域，經(jīng)過受熱分解，產(chǎn)生硫原子以及硫化亞鐵，化學(xué)式表述如下。

當(dāng)鍋爐內(nèi)部有一定濃度的H2S和SO2時(shí)，也可能通過相關(guān)反應(yīng)產(chǎn)生硫原子。具體化學(xué)反應(yīng)如下。

（2）在鍋爐中的高溫條件下，流離態(tài)的硫原子與鍋爐壁中的鐵產(chǎn)生反應(yīng)，生成硫化亞鐵作用，即鍋爐壁的硫化過程。

（3）鍋爐壁有部分由于水的作用產(chǎn)生鐵銹，即Fe2O3生成，疏松的Fe2O3可與鍋爐內(nèi)部的H2S產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)一步加快鍋爐壁的硫化。

（4）FeS通過緩慢的氧化作用，最終形成黑色的磁性物質(zhì)，即Fe3O4，其化學(xué)原理如下。

通過上述鍋爐水冷壁高溫腐蝕的機(jī)理研究表明，導(dǎo)致鍋爐的高溫腐蝕最根本的原因在于煤中硫元素的存在以及鍋爐內(nèi)氣體在高溫作用下的一系列反應(yīng)。

2 水冷壁高溫腐蝕原因分析

2.1 煤種的原因

通過上述的分析可以看出，鍋爐冷水壁的最根本腐蝕原因在于煤中硫元素的存在，由于煤的不充分燃燒，導(dǎo)致硫元素在鍋爐冷水壁上富集。由此可見，煤種中含硫是鍋爐被高溫腐蝕的最根本原因。為此我國(guó)對(duì)于電站的燃燒煤種的硫含量有著相應(yīng)的要求，通常情況下，火電站所用的煤種為貧煤，一般要將其硫元素含量降低至1.2%之下，因?yàn)樨毭簩儆陔y燃的煤種，其燃燒過程中，不可避免的會(huì)導(dǎo)致硫元素的不充分燃燒，使得冷水壁在高溫下發(fā)生硫化反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致冷水壁的腐蝕。

2.2 鍋爐內(nèi)燃料燃燒中的風(fēng)粉分離

為了保證鍋爐內(nèi)部煤的完全燃燒，通過風(fēng)粉分離可以有效的實(shí)現(xiàn)這一狀況。當(dāng)前，我國(guó)的鍋爐燃燒過程中，鍋爐燃料的風(fēng)粉分離問題尤其突出，造成這種問題的主要原因在于當(dāng)前的鍋爐著火方式所存在的不足。

目前我國(guó)電廠鍋爐燃燒大部分使用集束射流的方式進(jìn)行著火，這樣就難以保證在一二次的送風(fēng)間隔過程中，鍋爐內(nèi)的燃料已經(jīng)燃燒殆盡，如此一來第二次風(fēng)送的燃料將不可避免的將第一次未燃盡的燃料進(jìn)行覆蓋，導(dǎo)致其出現(xiàn)不完全燃燒。理想的著火方式為第一次完成風(fēng)送之后，第二次進(jìn)行風(fēng)送方向的轉(zhuǎn)變，使其煙氣能夠?qū)崿F(xiàn)完全燃燒，減小還原性氣體的生成。如此可以有效的減弱冷水壁的硫化反應(yīng)，進(jìn)而減小其腐蝕。

3 預(yù)防高溫腐蝕的主要措施

通過上述原因分析可以看出，鍋爐的高溫腐蝕為其冷水壁中發(fā)生的硫化作用所致，其中煤種中含硫是鍋爐壁硫化反應(yīng)發(fā)生的根本，為此通過改變煤種的方式，可以有效的減小含硫氣體的生成，進(jìn)而減弱冷水壁的硫化作用。此外，含硫氣體生成的主要原因在于煤種的不完全性燃燒所致，為此，通過改善鍋爐的燃料風(fēng)送方式，有效的促進(jìn)煤種的完全性燃燒，都是預(yù)防鍋爐冷水壁被高溫腐蝕的方法與措施。

3.1 送風(fēng)改造促進(jìn)風(fēng)粉分離

風(fēng)送的主要改造方式是將風(fēng)松口在完成風(fēng)送之后，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使的第一次的風(fēng)送燃料與第二次的剛好對(duì)應(yīng)，如此可以最大化的促進(jìn)煤的充分燃燒，最大程度減小還原性氣體的生成。經(jīng)過實(shí)踐證實(shí)，這種送風(fēng)方式的改造可以提高煤的充分燃燒率，降低產(chǎn)生還原性氣體，最大限度的減弱冷水壁的腐蝕作用。

送風(fēng)改造促進(jìn)風(fēng)粉分離的主要原理為，第一次風(fēng)送燃料之后，待燃料燃燒一段時(shí)間之后，旋轉(zhuǎn)風(fēng)松口，將風(fēng)送噴口旋轉(zhuǎn)180度，燃料的風(fēng)送位置剛好與第一次相對(duì)應(yīng)，這樣會(huì)導(dǎo)致一二次燃料之間的覆蓋面積最小化。使得燃料充分燃燒，減少還原性氣體生成，減緩鍋爐冷水壁的高溫硫化作用；與此同時(shí)，風(fēng)送噴口的改變，促進(jìn)了鍋爐內(nèi)部氣體的流通，減小了內(nèi)部氣體的堆積，減弱了化學(xué)作用的產(chǎn)生。

3.2 鍋爐冷水壁自身的改造

鍋爐冷水壁的腐蝕主要原因在于冷水壁上的硫化作用所致，如果我們通過在冷水壁中鍍膜，盡最大可能的隔絕冷水壁與還原性氣體之間的直接接觸，進(jìn)而從根本上解決鍋爐冷水壁的高溫腐蝕問題。

然而，我們知道，冷水壁始終處于一種高溫的工作狀態(tài)，這就對(duì)相應(yīng)的鍍膜物質(zhì)有著耐高溫的要求。同時(shí)鍍膜的存在不能夠?qū)﹀仩t本身的傳熱有所影響。一般的做法都是在鍋爐的表明涂上一層防腐蝕的材料，經(jīng)過實(shí)踐表明，這種鍍膜的方式可以有效的改善鍋爐壁的高溫腐蝕問題。然而這種鍍膜材料有著非常高的耐高溫要求，使得這種材料本身有著非常高的造價(jià)，為此進(jìn)行鍋爐冷水壁的防腐蝕改造時(shí)，應(yīng)進(jìn)行綜合衡量與考慮。

結(jié)語

鍋爐冷水壁的高溫腐蝕根源在于含硫的還原性氣體與冷水壁的高溫化學(xué)反應(yīng)作用，導(dǎo)致其硫化反應(yīng)的發(fā)生?；谏鲜龅脑虺霭l(fā)，本文提出了相應(yīng)的改善鍋爐高溫腐蝕的措施，即通過減小煤種的含硫量，減小鍋爐高溫作用下的還原性氣體的生產(chǎn)。此外，也可以通過在鍋爐冷水壁上進(jìn)行鍍膜，隔絕還原性氣體與冷水壁的直接接觸，如此可以從根本上解決冷水壁的高溫腐蝕問題，然而這種鍍膜材料造假高昂。經(jīng)過相應(yīng)的實(shí)踐表明，兩種防高溫腐蝕措施均可以達(dá)到理想的保護(hù)作用。因此再對(duì)鍋爐的防高溫腐蝕時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行綜合考慮與衡量，選擇最佳的防止高溫腐蝕措施。

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