電廠300MW鍋爐低溫再熱器腐蝕原因

趙振剛，樊永江，許 峰

包頭第三熱電廠，內(nèi)蒙古包頭 014040

0 引言

目前我國電廠普遍采用的3號鍋爐型號為HG-1025/18.2-YM13 。 這是一種采用的是亞臨界參數(shù)，配備300MW 的汽輪發(fā)電機(jī)組裝置，單次中央再熱，排放固態(tài)廢渣的煤粉鍋爐。由于工業(yè)的大力發(fā)展。導(dǎo)致煤炭資源緊張，運(yùn)輸能力也漸漸無法滿足市場需求，一些電廠便開始摻加高硫含量煤一起燃燒，這種摻和煤較普通煤的熱值高一些，但燃燒時(shí)會伴隨5%以上的高硫份和30%以上的高灰份，這些成分對設(shè)備有極大腐蝕性，也不利于鍋爐的日常運(yùn)行[1]。據(jù)觀察研究，如果鍋爐長時(shí)間燃燒這種混合煤，將會導(dǎo)致嚴(yán)重的鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象。同時(shí)，因?yàn)楦吡蛎旱拈L期大量燃燒，很容易使?fàn)t膛燃燒部分發(fā)生高溫腐蝕，以及鍋爐尾端受熱區(qū)域被低溫腐蝕。

1 腐蝕情況

對被腐蝕鍋爐進(jìn)行詳細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)3號鍋爐的第3級和第4級低溫再熱器和省煤器背風(fēng)面均已產(chǎn)生大面積的腐蝕斑點(diǎn)，多位于管壁，測量數(shù)據(jù)顯示，一些腐蝕產(chǎn)生的管壁凹陷已有0.3mm～0.6mm，將現(xiàn)場搜集的腐蝕物樣品進(jìn)行化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中包含的主要物質(zhì)是 Fe2（SO3）3。據(jù)工作人員介紹，3號鍋爐在燃燒那些混合型高硫煤之前，其受熱管從來沒有出現(xiàn)過被腐蝕的情況。由此可見，3號鍋爐產(chǎn)生的大面積腐蝕現(xiàn)象，與鍋爐燃煤中的高濃度硫含量有莫大關(guān)系。當(dāng)前所見的腐蝕類型可以斷定為硫腐蝕。

2 硫腐蝕原理

通常情況下，所燃煤的硫含量高而導(dǎo)致的腐蝕包括兩種：高溫腐蝕以及低溫腐蝕。煙氣側(cè)面的高溫腐蝕普遍產(chǎn)生于燃燒面積內(nèi)的水冷壁管以及高再、高過的受熱面管[2]。而低溫腐蝕大多數(shù)發(fā)生于空預(yù)器、省煤器和后部的尾端煙道。其中高溫腐蝕又可以細(xì)分為純粹氣體性腐蝕和熔融鹽酸性腐蝕兩種類型。低溫腐蝕主要兇手是燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的SO2與SO3，在溫度較低的區(qū)域跟水蒸氣結(jié)合，之后生成硫酸，當(dāng)煙氣熱度或管壁溫度不高于硫酸的露點(diǎn)時(shí)，硫酸蒸汽凝結(jié)在管壁的表面進(jìn)而產(chǎn)生酸腐蝕。

當(dāng)前大部分電廠所發(fā)生的腐蝕區(qū)域跟低溫腐蝕頻發(fā)部位大體吻合，但考慮到機(jī)組在正常運(yùn)行過程中，產(chǎn)生腐蝕的管道段位的煙氣溫度一般情況下位 400 ℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于亞硫酸以及硫酸的露點(diǎn)，可以斷定電廠發(fā)生的絕對不是低溫腐蝕。

通過對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)分析所得的結(jié)果可知，目前的硫腐蝕大多數(shù)是由SO2以及SO3導(dǎo)致的[3]。 SO2和 SO3的化學(xué)方程式為：

位于金屬表面的那層氧化物起到保護(hù)膜作用，這層膜被腐蝕后，高溫情況下金屬會與煙氣中所剩下的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后被氧化成氧化鐵。如果 SO2與SO3接觸到水蒸氣，或者直接接觸到水，就會生成 H2SO3以及H2SO4，繼而與受熱管表層的堿性物質(zhì) Fe2O3產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：

3 分析腐蝕原因

3.1 煤質(zhì)分析

發(fā)生硫酸、亞硫酸腐蝕的根本原因是燃用高硫煤。 硫酸、亞硫酸以及硫氧化物對管壁的腐蝕包含兩個(gè)步驟，第一步就是對位于金屬管最外層的有保護(hù)作用的氧化膜進(jìn)行腐蝕，第二步就是將受熱面管的氧化膜進(jìn)行腐蝕后，金屬再度被氧化。

根據(jù)化學(xué)原理，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的快慢跟其反應(yīng)物的濃稀有莫大關(guān)系，一般成正比關(guān)系。當(dāng)所燃燒煤中的硫含量突然快速增加時(shí)，燃燒后煙氣中所含的 SO2以及SO3也會大量生成，一旦產(chǎn)生腐蝕狀況，其腐蝕的速度必將以倍數(shù)加快[4]。

3.2 積灰分析

由于目前使用的煤燃燒后會產(chǎn)生大量煙塵，所以煙氣中含有相當(dāng)多的飛灰， 這勢必導(dǎo)致煙道中有大量積灰。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，低再以及省煤器管的迎風(fēng)區(qū)域都積有大量灰塵。煙氣中所含的SO2和 SO3不太可能透過厚重的積灰，去與氧化鐵產(chǎn)生反應(yīng)進(jìn)而更加腐蝕金屬。但是因?yàn)檫@些管的背風(fēng)區(qū)域基本都很光潔，使得煙氣中所含的酸性氣體很有可能直接接觸到氧化膜并進(jìn)行侵蝕，進(jìn)一步對內(nèi)部金屬鐵產(chǎn)生腐蝕。這就是為什么高溫硫腐蝕大多發(fā)生于背風(fēng)側(cè)面的主要原因。

3.3 爐內(nèi)氧量

由于燃煤的煤質(zhì)不夠好，為了使燃燒更穩(wěn)定、減少結(jié)焦情況發(fā)生并減輕由于機(jī)械燃燒不完全引起的損失，電廠機(jī)器運(yùn)行過程中盡可能使用富氧燃燒的方式，這重方法非常有利于提高鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)意義。但同時(shí)也應(yīng)注意，對于含硫量高的煤種，采用富氧燃燒也可能會導(dǎo)致煙氣中所含的 SO2被氧化成SO3，而SO3或者是硫酸對金屬物質(zhì)的腐蝕性比SO2或者亞硫酸要強(qiáng)烈很多。這就很可能導(dǎo)致腐蝕反應(yīng)發(fā)生得更嚴(yán)重，并且，一旦開始產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)，煙氣中高濃度的SO3會使腐蝕加劇[5]。更嚴(yán)重的是，如果使用富氧燃燒，會使?fàn)t膛口的煙氣含大量氧氣，這將導(dǎo)致金屬在發(fā)生腐蝕后被氧化成氧化鐵的速度更快，腐蝕情況的發(fā)展速度也更快。

[1]李邵霞.某300MW鍋爐低溫再熱器腐蝕原因分析[J].電力職業(yè)技術(shù)學(xué)刊，2009(4)：20-22.

[2]王鐵民，王濤，陳素君.鍋爐空氣預(yù)熱器低溫腐蝕原因分析與處理[J].煤氣與熱力，2010(3)：9-11.

[3]王文凱，李寶慶，王廣利.淺述鍋爐空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕[J].民營科技，2010(8)：44.

[4]岳志娟.鍋爐防磨及抗低溫腐蝕措施[J].發(fā)電設(shè)備，2009(04)：309-310.

[5]馮華.燃煤鍋爐低溫受熱面酸性腐蝕的探討[J].科技資訊，2009(31)：51.