火電廠鍋爐再熱器高溫腐蝕研究

田志凱

摘 要：本文列舉了火電廠再熱器發生高溫腐蝕的情況，對高溫腐蝕發生的原因進行分析，并對應對措施進行介紹，具有重要意義。

關鍵詞：火電廠鍋爐；再熱器；高溫腐蝕

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.181

資料顯示，火電廠鍋爐中最容易發生爆漏事故的部件是再熱器。通過受熱面工作溫度計算和評價鍋爐超溫服役狀態的剩余壽命是近些年來發展起來的技術，有力的支持了現場檢修和生產。在檢修過程中，測量冷態管子內壁氧化皮的當前厚度和剩余厚度，可以用于得到管排溫度場在運行中的分布數據。氧化皮厚度與溫度之間存在經驗關系，可用于管子工作溫度的計算和平均壁厚消耗速度的計算。但是測氧化皮的生長規律在評價體系中并不是十分清楚，而且傳熱還會因為氧化皮的存在而變化。

1 再熱器發生高溫腐蝕的情況

1.1 再熱器內壁發生高溫腐蝕

再熱器內壁腐蝕是火電廠鍋爐比較常見的腐蝕情況，主要是再熱器管內層和外層之間出現腐蝕孔洞。這種情況發生時，內層與外層之間會有一定的間隔出現，而且間斷也會在內氧化層與基層之間出現，內層會更加獨立，而且很多因為氧化產生的顆粒還會出現，這些顆粒大小不一[1]。我們通過分析傳統的數據發現，鉻的氧化物是形成內層氧化物的主要因素。內氧化與外氧化是同時發生的，所以，一定的通道會間隔在內氧化層和外氧化層之間產生，這會促進更多的水蒸氣和氧氣通過，就使得內層的腐蝕更為嚴重，甚至腐蝕到脫落掉皮。再熱器具有復雜的內部結構，各種水蒸氣和熱氣存在其中，共同參與了整個化學反應。鐵與鉻是比較新的鍋爐中參與再熱器腐蝕比較多的金屬，這兩種金屬元素會在有氧和水蒸氣存在的環境中發生氧化反應，分別生成各自的金屬氧化物，同時有相應量的還原氫生成。另外，由于鐵是多價態的，所以可生成多種形式的鐵氧化物。在整個反應過程中，對于氫的參與形式沒有形成統一定論，因為其參與機理比較復雜。

1.2 再熱器外壁發生高溫腐蝕

火電廠鍋爐再熱管發生外壁腐蝕的特征與內壁腐蝕不同。前面提到，內壁腐蝕是顆粒大小不均勻的特征，這一點與外壁腐蝕不同。外壁腐蝕時，在外壁上存在很多致密物質，這些物質在顯微鏡下才能觀察到。這些致密的氧化物存在許多微小的空洞，并不是完全充實的，經過分析，硫的氧化物與氧氣的作用是形成這些孔洞的主要原因，作用的形式是逐漸滲透。通過對外層氧化物的觀察，發現鐵和鉻仍然是形成外層氧化的基本金屬[2]。但是與依靠水蒸氣和氧氣形成的內層氧化物不同，含硫氧化物與氧氣作用是形成外層氧化物的主要原因。外壁的氧化物會因為摩擦、撞擊等因素的存在，一般被磨掉的比較快，并不會在外壁上長久存在。也是因為摩擦和撞擊的存在，外壁嚴重的磨損通常會在短時間內形成，而且這種磨損遵循一定的規律，并不是像內壁的無規律腐蝕一樣。

2 形成腐蝕的原因

（1）硫及堿性物質存在對再熱器腐蝕的影響。在氣流的作用下，煤粉有可能會在再熱器壁附近燃燒，如此，周圍環境將會由于缺氧而形成還原性氣氛，這就使得鍋爐內壁腐蝕發生的更嚴重了。硫化氫在氧濃度較高的環境中含量較低，但是在一氧化碳含量高而氧氣含量低的環境中含量比較高，這種情況下，硫化氫造成的高溫腐蝕相當嚴重[3]。當蒸汽溫度較高時，尤其是在565℃以上時，燃料灰分中硫及堿性物質的含量比較高，他們常常會在再熱器管壁上累積，而其上面還有熔鹽或積灰時，煙灰腐蝕發生的概率就非常大。所以，對于含硫及堿性物質比較多燃料，會造成鍋爐再熱器的耐腐蝕性變差，耐熱性也減弱，進而腐蝕現象會加重，如果管壁溫度更高，那么腐蝕現象會更嚴重。

（2）飛灰對再熱器腐蝕的影響。作為造成高溫腐蝕的重要因素之一的飛灰，因其含有的未燃燒完全的煤粉較多，當含飛灰的氣流沖擊受熱管時，除了造成了再熱器管壁溫度升高，還會造成缺氧的還原性氣氛，另一方面，還會對金屬管壁產生沖刷力，導致管壁發生磨損和腐蝕。

（3）低熔點沉積物對再熱器腐蝕的影響。低熔點沉積物與再熱器的高溫腐蝕關系密切，因為低熔點物質的熔點范圍與再熱器高溫腐蝕發生溫度的范圍差不多，所以，當燃料中低熔點沉積物較高時，再熱器腐蝕現象就會加劇。燃料中普遍含有硫，經過燃燒生成二氧化硫，二氧化硫繼續氧化生成三氧化硫，結合水蒸氣之后就會產生硫酸，對再熱器的酸腐蝕現象明顯。

3 預防再熱器高溫腐蝕的對策

前面提到了，有水蒸汽存在的，低氧氣含量高溫環境是引起鍋爐再熱器內外管壁發生腐蝕的主要原因。氧化層的組成分為內層和外層兩部分，大量孔洞存在于內外層之間，鉻的氧化物是形成于基體前沿區域的主要不均勻內氧化物，而具有顯著的剝落傾向的氧化物是外氧化物特點。對于火電廠鍋爐再熱器，因為存在二氧化硫和氧氣會造成再熱器外壁的腐蝕，同時，伴隨腐蝕作用的發生，撞擊和摩擦在一定程度上又加劇了再熱器高溫腐蝕的發生。但是對于鍋爐再熱器來說，當有一定的腐蝕物存在時，對再熱器外壁來說，還能起到比較重要的保護作用，能在一定程度上依靠減小反應面，阻止氣體與金屬的反應，對于內部腐蝕來說，可以降低腐蝕發生面積。但前面也提到了，因為二氧化硫和氧氣的存在，還會存在撞擊與摩擦，會使得高溫腐蝕更為劇烈。根據高溫腐蝕的拋物線規律，再綜合考慮鍋爐再熱器管壁上氧化皮隨運行過程的生長規律，以及管壁減薄的程度，能夠對鍋爐再熱器發生爆管事故的時間進行估計，研究表明，這種估計時間與實際情況相比，比較吻合，進而用于應對鍋爐再熱器高溫腐蝕。

4 結論

文章對火電廠鍋爐再熱器的高溫腐蝕發生的原因進行分析，再熱器腐蝕發生在內、外壁上，造成腐蝕的主要原因是高溫水蒸氣伴隨低氧含量的環境。其中內外壁發生腐蝕的情況不同，內壁以不均勻氧化物為主，外壁以剝落現象為主。另外，二氧化硫和氧氣形成的高溫腐蝕煙氣，對再熱器的腐蝕作用也非常明顯。由于再熱器高溫腐蝕符合拋物線規律，利用這一方法能夠計算出再熱器發生爆管的時間，且與實際時間相符，可用于指導及時采取措施。

參考文獻：

[1]洪立，江焯燁.600MW超臨界對沖鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及處理[J].鍋爐技術，2016，47（01）：63-65.

[2]趙晴川，周新剛，張徐東等.低氮燃燒器改造對屏式受熱面高溫腐蝕的影響[J].山東電力技術，2016，43（04）：45-50.

[3]高洪順.淺談火電廠鍋爐“四管”泄露原因及預防[J].能源與環境，2013，5（02）：28-30.