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(fā)生高溫腐蝕的情況，對(duì)高溫腐蝕發(fā)生的原因進(jìn)行分析，并對(duì)應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行介紹，具有重要意義。

關(guān)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(fā)生爆漏事故的部件是再熱器。通過受熱面工作溫度計(jì)算和評(píng)價(jià)鍋爐超溫服役狀態(tài)的剩余壽命是近些年來發(fā)展起來的技術(shù)，有力的支持了現(xiàn)場(chǎng)檢修和生產(chǎn)。在檢修過程中，測(cè)量冷態(tài)管子內(nèi)壁氧化皮的當(dāng)前厚度和剩余厚度，可以用于得到管排溫度場(chǎng)在運(yùn)行中的分布數(shù)據(jù)。氧化皮厚度與溫度之間存在經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可用于管子工作溫度的計(jì)算和平均壁厚消耗速度的計(jì)算。但是測(cè)氧化皮的生長(zhǎng)規(guī)律在評(píng)價(jià)體系中并不是十分清楚，而且傳熱還會(huì)因?yàn)檠趸さ拇嬖诙兓?/p>

1 再熱器發(fā)生高溫腐蝕的情況

1.1 再熱器內(nèi)壁發(fā)生高溫腐蝕

再熱器內(nèi)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(nèi)層和外層之間出現(xiàn)腐蝕孔洞。這種情況發(fā)生時(shí)，內(nèi)層與外層之間會(huì)有一定的間隔出現(xiàn)，而且間斷也會(huì)在內(nèi)氧化層與基層之間出現(xiàn)，內(nèi)層會(huì)更加獨(dú)立，而且很多因?yàn)檠趸a(chǎn)生的顆粒還會(huì)出現(xiàn)，這些顆粒大小不一[1]。我們通過分析傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鉻的氧化物是形成內(nèi)層氧化物的主要因素。內(nèi)氧化與外氧化是同時(shí)發(fā)生的，所以，一定的通道會(huì)間隔在內(nèi)氧化層和外氧化層之間產(chǎn)生，這會(huì)促進(jìn)更多的水蒸氣和氧氣通過，就使得內(nèi)層的腐蝕更為嚴(yán)重，甚至腐蝕到脫落掉皮。再熱器具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各種水蒸氣和熱氣存在其中，共同參與了整個(gè)化學(xué)反應(yīng)。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(huì)在有氧和水蒸氣存在的環(huán)境中發(fā)生氧化反應(yīng)，分別生成各自的金屬氧化物，同時(shí)有相應(yīng)量的還原氫生成。另外，由于鐵是多價(jià)態(tài)的，所以可生成多種形式的鐵氧化物。在整個(gè)反應(yīng)過程中，對(duì)于氫的參與形式?jīng)]有形成統(tǒng)一定論，因?yàn)槠鋮⑴c機(jī)理比較復(fù)雜。

1.2 再熱器外壁發(fā)生高溫腐蝕

火電廠鍋爐再熱管發(fā)生外壁腐蝕的特征與內(nèi)壁腐蝕不同。前面提到，內(nèi)壁腐蝕是顆粒大小不均勻的特征，這一點(diǎn)與外壁腐蝕不同。外壁腐蝕時(shí)，在外壁上存在很多致密物質(zhì)，這些物質(zhì)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(shí)的，經(jīng)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(duì)外層氧化物的觀察，發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(huì)因?yàn)槟Σ痢⒆矒舻纫蛩氐拇嬖冢话惚荒サ舻谋容^快，并不會(huì)在外壁上長(zhǎng)久存在。也是因?yàn)槟Σ梁妥矒舻拇嬖冢獗趪?yán)重的磨損通常會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成，而且這種磨損遵循一定的規(guī)律，并不是像內(nèi)壁的無規(guī)律腐蝕一樣。

2 形成腐蝕的原因

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

（2）飛灰對(duì)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(dāng)含飛灰的氣流沖擊受熱管時(shí)，除了造成了再熱器管壁溫度升高，還會(huì)造成缺氧的還原性氣氛，另一方面，還會(huì)對(duì)金屬管壁產(chǎn)生沖刷力，導(dǎo)致管壁發(fā)生磨損和腐蝕。

（3）低熔點(diǎn)沉積物對(duì)再熱器腐蝕的影響。低熔點(diǎn)沉積物與再熱器的高溫腐蝕關(guān)系密切，因?yàn)榈腿埸c(diǎn)物質(zhì)的熔點(diǎn)范圍與再熱器高溫腐蝕發(fā)生溫度的范圍差不多，所以，當(dāng)燃料中低熔點(diǎn)沉積物較高時(shí)，再熱器腐蝕現(xiàn)象就會(huì)加劇。燃料中普遍含有硫，經(jīng)過燃燒生成二氧化硫，二氧化硫繼續(xù)氧化生成三氧化硫，結(jié)合水蒸氣之后就會(huì)產(chǎn)生硫酸，對(duì)再熱器的酸腐蝕現(xiàn)象明顯。

3 預(yù)防再熱器高溫腐蝕的對(duì)策

前面提到了，有水蒸汽存在的，低氧氣含量高溫環(huán)境是引起鍋爐再熱器內(nèi)外管壁發(fā)生腐蝕的主要原因。氧化層的組成分為內(nèi)層和外層兩部分，大量孔洞存在于內(nèi)外層之間，鉻的氧化物是形成于基體前沿區(qū)域的主要不均勻內(nèi)氧化物，而具有顯著的剝落傾向的氧化物是外氧化物特點(diǎn)。對(duì)于火電廠鍋爐再熱器，因?yàn)榇嬖诙趸蚝脱鯕鈺?huì)造成再熱器外壁的腐蝕，同時(shí)，伴隨腐蝕作用的發(fā)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(fā)生。但是對(duì)于鍋爐再熱器來說，當(dāng)有一定的腐蝕物存在時(shí)，對(duì)再熱器外壁來說，還能起到比較重要的保護(hù)作用，能在一定程度上依靠減小反應(yīng)面，阻止氣體與金屬的反應(yīng)，對(duì)于內(nèi)部腐蝕來說，可以降低腐蝕發(fā)生面積。但前面也提到了，因?yàn)槎趸蚝脱鯕獾拇嬖冢€會(huì)存在撞擊與摩擦，會(huì)使得高溫腐蝕更為劇烈。根據(jù)高溫腐蝕的拋物線規(guī)律，再綜合考慮鍋爐再熱器管壁上氧化皮隨運(yùn)行過程的生長(zhǎng)規(guī)律，以及管壁減薄的程度，能夠?qū)﹀仩t再熱器發(fā)生爆管事故的時(shí)間進(jìn)行估計(jì)，研究表明，這種估計(jì)時(shí)間與實(shí)際情況相比，比較吻合，進(jìn)而用于應(yīng)對(duì)鍋爐再熱器高溫腐蝕。

4 結(jié)論

文章對(duì)火電廠鍋爐再熱器的高溫腐蝕發(fā)生的原因進(jìn)行分析，再熱器腐蝕發(fā)生在內(nèi)、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(huán)境。其中內(nèi)外壁發(fā)生腐蝕的情況不同，內(nèi)壁以不均勻氧化物為主，外壁以剝落現(xiàn)象為主。另外，二氧化硫和氧氣形成的高溫腐蝕煙氣，對(duì)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(guī)律，利用這一方法能夠計(jì)算出再熱器發(fā)生爆管的時(shí)間，且與實(shí)際時(shí)間相符，可用于指導(dǎo)及時(shí)采取措施。

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