1000MW對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析與治理

徐應輝+吳成珊+樊欣

摘 要：華電寧夏靈武發電有限公司#3、#4鍋爐是由東鍋制造的2×1000MW超超臨界對沖燃燒鍋爐。鍋爐兩側墻水冷壁高溫腐蝕及結焦嚴重，嚴重影響了鍋爐的安全運行。2014年4月，工程技術人員對#3、#4鍋爐的水冷壁高溫腐蝕及結焦原因進行了深入分析，并對其進行了側墻貼壁風改造和燃燒調整，一舉解決了側墻水冷壁高溫腐蝕和結焦等問題。該文章通過對這次貼壁風改造及燃燒調整的前后過程進行了論述，希望對其他工程技術人員帶來經驗和啟發。

關鍵詞：高溫腐蝕；還原性氣氛；低氮燃燒；水冷壁噴涂；貼壁風

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.007

1 高溫腐蝕形成的機理

高溫腐蝕主要與煤質成分、水冷壁附近的溫度、氣體成分、煤粒（及燃燒后產生的灰粒）的運動狀態有關。按其機理可分為兩大類：硫化物（H2S，SO2）型腐蝕和硫酸鹽（M2SO4）型腐蝕。由于燃煤中含有的硫（S）和氫（H）等物質，在燃燒過程中發生反應生成硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）等物質，高溫下的硫化氫（H2S）對鐵質材料有很強的腐蝕性；而三氧化硫（SO3）則會破壞金屬管壁上的氧化保護層（Fe2O3），進一步加劇高溫腐蝕。

多年的研究表明，前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕通常發生在兩側墻，兩側墻水冷壁長期受到高溫煙氣的沖刷，煤粉貼壁燃燒，導致水冷壁壁面溫度升高，還原性氣氛濃度升高，從而造成了水冷壁的高溫腐蝕。

2 水冷壁高溫腐蝕產生的原因

2.1 燃煤品質差

燃煤中硫、堿金屬及其氧化物含量越大，燃燒過程中產生的硫化物及堿性物質濃度就越高，出現高溫腐蝕的可能性就越大。

煤粉顆粒越大，越不易燃盡，容易在金屬壁面附近形成還原性氣氛，產生高溫腐蝕。同時，顆粒越大，對金屬管壁的磨損也越嚴重，破壞了水冷壁表面的（Fe2O3）保護膜，使高溫煙氣中的腐蝕性介質直接與金屬管壁發生反應，加劇了高溫腐蝕。

2.2 低氮（缺氧）燃燒

在鍋爐的實際運行過程中，運行人員為了降低鍋爐NOx排放濃度，使煤粉在爐膛內缺氧燃燒。缺氧燃燒增強了爐內的還原性氣氛，煙氣中的硫化氫（H2S）濃度隨之升高，同時還會降低灰熔點。硫化氫（H2S）在高溫下對金屬管壁有極強的腐蝕作用，煤粉燃燒后產的生灰粒在強還原性氣氛下更容易在水冷壁管上積結，積結的灰塊中含有燃燒后產生的堿金屬氧化物，促進了金屬水冷壁管腐蝕的加劇。

2.3 過高的水冷壁溫度

硫化氫（H2S）的腐蝕性在300℃以上逐漸增強，溫度每升高50℃，腐蝕性增加一倍；燃燒區域水冷壁溫度約350℃，煙氣側溫度可達420℃。研究表明，煙氣中的CO濃度越大，高溫腐蝕就越嚴重，H2S濃度濃度大于0.01%時，就會對鋼材產生強烈的腐蝕作用；而當壁面氧量大于2%時，基本不會產生高溫腐蝕。

2.4 火焰沖刷水冷壁

由于對沖燃燒鍋爐的流場特點，空氣和煤粉混合物通過對稱布置在前后墻的燃燒器噴射進爐膛，空氣和煤粉混合物著火后在爐膛中心相撞并快速的向四周排擠，其中一側高溫煙氣向水冷壁排擠，并連續不斷的沖刷水冷壁，由此產生高溫腐蝕。其一，高溫煙氣使水冷壁壁面還原性氣氛增強，水冷壁壁面溫度升高，容易發生硫化物高溫腐蝕；其二，未燃盡的煤粉顆粒和燃燒后產生的灰粒隨高溫煙氣沖刷水冷壁，造成水冷壁管磨損減薄。

3 水冷壁高溫腐蝕的治理

3.1 水冷壁噴涂

水冷壁噴涂即超音速電弧噴涂，是指以電弧為熱源，將具備耐磨損、抗高溫氧化和熱腐蝕性能良好的金屬合金絲用超音速氣流霧化，并高速噴射到水冷壁表面形成高強度的耐熱耐磨涂層，使水冷壁表面得以保護和強化的一種新技術。在水冷壁腐蝕嚴重的區域噴涂耐磨損、耐高溫材料，可使水冷壁表面形成一層保護膜，阻止高溫煙氣直接接沖刷磨損水冷壁管，防止金屬水冷壁管遭受硫化物、硫酸鹽和氯化物的腐蝕。

3.2 科學的運行方式

鍋爐的運行方式也是水冷壁高溫腐蝕不可忽略的一個重要因素，通過合理的配風及科學的運行方式，可以有效的降低水冷壁的高溫腐蝕。（1）避免過度的缺氧燃燒，使水冷壁附近氧量在2%以上，降低燃燒區及還原區的還原性氣氛濃度，從而減輕水冷壁的高溫腐蝕。（2）降低靠近左右側墻燃燒器的一次風風速，減輕高溫煙氣對左右側墻水冷壁管的沖刷，降低灰粒和煤粒的運動速度，從而減輕對水冷壁的磨損。（3）盡量降低一次風風速和煤粉細度，使煤粉著火提前，同時減少煤粉的燃盡時間，防止煤粉貼壁燃燒，從而降低水冷壁壁面溫度，提高水冷壁壁面氧量，降低水冷壁附近H2S，SO2的生成，減輕水冷壁高溫腐蝕。

3.3 增加貼壁風

在易發生高溫腐蝕區域增加貼壁風，使貼壁風在水冷壁表面形成一層保護膜，在不影響燃燒流場及鍋爐NOx排放的情況下，增加水冷壁壁面氧量，降低水冷壁表面還原性氣氛濃度，保護水冷壁免遭H2S，SO2的侵蝕，降低攜帶灰粒和煤粒的高溫煙氣對水冷壁的沖刷，從而達到防止水冷壁高溫腐蝕的目的。

4 結語

通過側墻貼壁風系統改造，華電寧夏靈武發電有限公司#3、#4鍋爐的水冷壁高溫腐蝕問題得到了很好的解決。隨著我國科學術技的飛速發展，對鍋爐燃燒方面的技術研究也越來越細致，處理水冷壁高溫腐蝕的方法也越來越成熟。鍋爐燃燒控制是一個系統性的復雜過程，如何保障鍋爐安全穩定運行，仍然是我們需要進一步研究和鉆研的課題。

參考文獻：

[1]黃磊，梁邵華，李秋白.鍋爐在線燃燒優化系統設計特點及應用[J].中國電力，2008.

[2]朱全利.鍋爐設備系統及運行[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]歐陽晟，閔小兵，吳和元.水冷壁管噴涂鋁涂層的應用研究[J].金屬材料與冶金工程，2002（02）.

[4]姜述杰，薛子暢.淺析鍋爐水冷壁高溫腐蝕[J].應用能源技術，2009（06）.