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。對于腐蝕較嚴重的管子，電廠只能借助停機機會進行全部更換，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］，以下詳細介紹這兩種高溫腐蝕的機理。

1.1 硫酸鹽型高溫腐蝕的機理

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）鐵銹和極細灰粒的沾污層，其厚度是有限的，實際上是金屬的保護膜（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擴散，發(fā)生如下反應：

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行。

（5）運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理

當管壁附近氧量不夠，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，原子硫有可能單獨存在，當管壁溫度達到350℃時，會發(fā)生如下反應

（3）硫化亞鐵進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有必然聯(lián)系。

2.1 煤質原因

由于煤炭資源供應緊張，電廠為了保證正常運營，在燃煤品質選擇方面比較被動，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），并且對于貧煤機組，鍋爐的斷面熱負荷和容積熱負荷都相對較大，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，管壁外表面溫度每升高50℃，煙側的腐蝕程度將會增加1倍。

2.3 運行原因

（1）煤粉細度偏大。在燃用劣質煤時，為了維持磨煤機出力，往往會增大煤粉細度，這樣不僅影響鍋爐的經(jīng)濟性，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，從而誤導運行人員調整燃燒，增加爐內缺氧燃燒的可能性。

（3）一次風速偏高。電廠運行人員為了防止堵管而提高一次風速，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）燃用貧煤的機組一般采用鋼球磨熱風送粉，頂部加裝燃盡風OFA和三次風，如果風門開度選擇不合適，會造成燃燒器區(qū)中下部缺氧。

（5）各層風量分配不均，使爐膛燃燒區(qū)還原性氣氛與氧化性氣氛交替出現(xiàn)。

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

2.4 爐內燃燒工況原因

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

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

3 電站鍋爐高溫腐蝕的防范措施

3.1 煤質管理

嚴格控制入廠煤，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 設備維護

校驗燃燒器的安裝角度；定期標定表盤氧量值；定期標定一次風測量元件；定期校驗各風門的內外開度指示。

3.3 運行調整

由于一次風管縮孔磨損，管道阻力發(fā)生變化，使得爐膛四角一次風均勻性變差，為此，在大修結束后進行一次風調平試驗，保證各層一次風速偏差在5%以內。

在保證不堵管的前提下可適當降低一次風速。

可適當增加燃燒器區(qū)的供風量，降低上部的供風量，如減小上部風門開度，增大燃燒器區(qū)風門開度。

根據(jù)不同的煤質參數(shù)調整煤粉細度，力爭燃用較細的煤粉。

3.4 加裝煙氣成分測點

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

3.5 噴涂處理

對高溫腐蝕區(qū)域進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 側邊風技術

所謂側邊風就是在高溫腐蝕區(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，向爐膛內通入空氣，一般情況下以二次風作為側邊風的風源。采用側邊風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。該技術對爐內燃燒過程沒有任何副作用，由于二次風分級，因此同時可降低氮氧化物［2］。

4 結論

通過對高溫腐蝕產(chǎn)生機理的研究，可看出其與鍋爐設計參數(shù)、煤種、運行和爐內空氣動力工況等有關，為此，對于易產(chǎn)生高溫腐蝕的鍋爐，電廠技術人員應密切關注這些因素的變化，并有針對性的采取相應措施，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［J］.水利電力出版社，1987（10）.

［2］ 丘紀華，劉永剛.對沖燃燒布置鍋爐水冷壁高溫腐蝕溫度的研究［J］.華中理工大學學報，1999，27.