某廠300MW機(jī)組1號(hào)鍋爐高溫腐蝕原因分析及預(yù)防

摘 要：某廠300MW機(jī)組1號(hào)鍋爐水冷壁自進(jìn)行脫硝低氮燃燒改造之后，兩側(cè)墻水冷壁管壁高溫腐蝕減薄嚴(yán)重，近期發(fā)生一次水冷壁泄漏事故，導(dǎo)致機(jī)組非停。本文通過(guò)對(duì)高溫腐蝕現(xiàn)象原因的分析，并提出相應(yīng)預(yù)防措施，防止該現(xiàn)象的再次發(fā)生，從而保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鍋爐 水冷壁 高溫腐蝕 控制措施

1前言

某廠300MW1號(hào)鍋爐為北京巴威公司按照美國(guó)B&W公司技術(shù)生產(chǎn)的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器W火焰鍋爐。鍋爐為雙拱型單爐膛平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼架結(jié)構(gòu)，一次中間再熱、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)單汽包鍋爐。鍋爐型號(hào)為B&WB—1025/17.4—M。鍋爐配置B&W專門用于燃用低揮發(fā)份燃料的濃縮型EI—XCL低NOX雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器。尾部設(shè)置分煙道，鍋爐本體采用露

天戴帽布置，固態(tài)連續(xù)排渣。在尾部豎井下設(shè)置兩臺(tái)三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為貴州畢節(jié)地區(qū)金沙無(wú)煙煤（表1），燃用煤種屬于高灰、高硫煤。2013年11月由北京巴威對(duì)1號(hào)爐進(jìn)行了脫硝低氮燃燒改造，其中燃燒系統(tǒng)主要是從二次風(fēng)箱引出部分熱風(fēng)至在上爐膛區(qū)域作為燃盡風(fēng)。燃燒改造后，脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度得到大幅降低。2018年，該廠300MW機(jī)組1號(hào)爐發(fā)生一次水冷壁高溫腐蝕管壁減薄爆管事故，此次水冷壁始漏點(diǎn)位于鍋爐B側(cè)側(cè)墻水冷壁衛(wèi)燃帶與水冷壁管交界處，墻標(biāo)高26100mm，爐前至爐后第40和43根管子。該鍋爐水冷壁原管子規(guī)格為φ60×6.5mm，材質(zhì)為25MnG內(nèi)螺紋管。停爐檢查，爐膛水冷壁管向火側(cè)減薄嚴(yán)重，且具有一定的方向性。爆管段及相鄰管段（向火側(cè)）通過(guò)測(cè)厚發(fā)現(xiàn)都存在不同程度的減薄現(xiàn)象，局部最薄處為1.26mm，表明水冷壁管存在嚴(yán)重的高溫腐蝕和火焰沖刷現(xiàn)象。

2高溫腐蝕形成機(jī)理

電站鍋爐水冷壁的高溫腐蝕一般表現(xiàn)為硫化物型高溫腐蝕。其主要是H2S以及游離態(tài)硫[S]與管壁基體金屬鐵以及鐵的氧化物發(fā)生反應(yīng)生成鐵的硫化物的現(xiàn)象。硫化物型高溫腐蝕主要發(fā)生在火焰沖刷水冷壁的情況下。當(dāng)煤中含有黃鐵礦（即硫化鐵FeS2），火焰直接沖刷水冷壁時(shí)，部分未燃燼的煤粉顆粒灰黏附在水冷壁上，硫化鐵由于受熱而分解形成單質(zhì)硫和硫化亞鐵：

FeS2→FeS+[S]

在還原性氣體中，游離態(tài)的硫原子可單獨(dú)存在。當(dāng)管壁溫度達(dá)到350℃以上時(shí)，游離態(tài)的原子硫與鐵反應(yīng)生成硫化亞鐵，使管壁受到腐蝕，其腐蝕過(guò)程為：

Fe+[S]→FeS

在爐膛內(nèi)的還原性氣氛中，H2S氣體可加快硫化物型高溫腐蝕，并直接腐蝕金屬管壁，其化學(xué)反應(yīng)為：

FeO+H2S→FeS+H2O

此外，硫化亞鐵還會(huì)被氧化，形成磁性氧化鐵Fe3O4和SO2，而生成的SO2在飛灰中催化劑的催化作用下，反應(yīng)生成SO3，使煙氣中SO3氣體的含量增加，進(jìn)一步加劇了硫酸鹽型高溫腐蝕，即：

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

由此看出，燃煤中含有較多的FeS2，火焰直接沖刷水冷壁和管壁附近為還原性氣氛，是產(chǎn)生硫化物型高溫腐蝕的條件。

3高溫腐蝕原因分析

3.1燃煤含硫量較高

由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)影響，該廠入爐煤質(zhì)發(fā)生大幅度波動(dòng)，入爐實(shí)際煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)中的硫份含量差異較大（表2），實(shí)際煤質(zhì)中硫含量最高時(shí)達(dá)到2.5%，是設(shè)計(jì)的入爐煤質(zhì)0.99%的2倍多。高硫份煤中的硫元素是硫化物型高溫腐蝕的根源。高硫煤產(chǎn)生的大量H2S、SO2、SO3和原子硫不僅破壞管壁的氧化鐵保護(hù)膜，且還侵蝕管子表面，致使金屬管壁不斷減薄。高硫含量的煤質(zhì)是造成此次高溫腐蝕的主要原因。

3.2缺氧燃燒

為滿足環(huán)保要求，該廠2013年對(duì)機(jī)組進(jìn)行了脫硝改造，為配合脫硝改造，對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行了低氮燃燒改造。鍋爐在運(yùn)行中爐膛燃燒區(qū)域處于缺氧燃燒狀態(tài)，煤粉在爐膛內(nèi)缺氧燃燒形成的還原性氣氛對(duì)鍋爐水冷壁的腐蝕影響非常大。一方面，還原性氣氛可以使原子硫S滲透到水冷壁的氧化膜中，并發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生疏松多孔的鐵的氧化物，從而加速腐蝕的過(guò)程;另一方面，還原性氣氛對(duì)腐蝕性氣體H2S的生成起促進(jìn)作用。

3.3燃燒器缺風(fēng)、火焰沖刷水冷壁

由于該廠脫硝催化劑堵塞、損壞嚴(yán)重，造成噴氨量加大。資料顯示，過(guò)量的噴氨會(huì)增加脫硝系統(tǒng)和空預(yù)器的堵塞;堵塞的脫硝系統(tǒng)和空預(yù)器增加了煙道的阻力，阻力加大使得機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)引風(fēng)機(jī)出力不足，爐內(nèi)燃燒處于缺氧燃燒運(yùn)行;其次由于脫硝處理能力下降，為控制爐膛NOx生成，鍋爐長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)量加不起來(lái)，也造成燃燒器缺風(fēng)的另一個(gè)原因。燃燒器長(zhǎng)時(shí)間處于缺風(fēng)狀態(tài)運(yùn)行會(huì)造成火焰下沖距離偏遠(yuǎn)，形成火焰沖刷水冷壁的現(xiàn)象。

3.4水冷壁無(wú)防腐材料、管壁溫度高

資料顯示，亞臨界鍋爐飽和水溫約為360℃，水冷壁的外壁溫可達(dá)400℃或更高。壁溫越高，高溫腐蝕將越嚴(yán)重。通過(guò)停爐對(duì)水冷壁管進(jìn)行檢查，側(cè)墻衛(wèi)燃帶與水冷壁管交界處管壁腐蝕減薄嚴(yán)重，且中間減薄多，兩側(cè)減薄少。而鍋爐衛(wèi)燃帶損壞也是側(cè)墻中部損壞較多，兩端損壞較少。

由于水冷壁衛(wèi)燃帶的損壞，造成水冷壁管屏直接與爐膛煙氣中H2S氣體和原子硫S接觸而發(fā)生腐蝕反應(yīng)，造成管屏減薄。其次由于衛(wèi)燃帶損壞，水冷壁在此處的吸熱加強(qiáng)，造成管壁溫度較高，加速水冷壁腐蝕。

4防止高溫腐蝕的措施

4.1加強(qiáng)配煤管理，控制入爐煤質(zhì)硫份含量，減少爐膛硫化物的生成。

4.2優(yōu)化磨機(jī)出力，降低煤粉細(xì)度，加強(qiáng)煤粉取樣管理，根據(jù)煤粉細(xì)度，調(diào)整磨機(jī)鋼球配比，及時(shí)對(duì)磨機(jī)分離器、回粉管進(jìn)行疏通，保證磨機(jī)出力，控制煤粉細(xì)度，提高煤粉的著火及燃盡性能。

4.3對(duì)鍋爐爐膛水冷壁衛(wèi)燃帶進(jìn)行修復(fù)，減少鍋爐管屏直接與爐膛煙氣接觸，同時(shí)對(duì)水冷壁易發(fā)生腐蝕的區(qū)域進(jìn)行噴涂，提高抗高溫腐蝕的性能。

4.4利用停爐機(jī)會(huì)，對(duì)鍋爐燃燒器進(jìn)行檢查、修護(hù)，減少燃燒器缺損、變形造成沖刷水冷壁的可能。

4.5加強(qiáng)爐膛配風(fēng)管理，控制爐膛氧量在合適范圍內(nèi)，避免爐膛缺氧燃燒嚴(yán)重，形成過(guò)多還原性氣氛。

4.6加強(qiáng)燃燒配風(fēng)及燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)調(diào)整，通過(guò)調(diào)整燃燒器火焰行程，減少火焰行程太長(zhǎng)沖刷水冷壁的可能。

4.7 利用等級(jí)檢修機(jī)會(huì)進(jìn)行貼壁風(fēng)改造，改善側(cè)墻區(qū)域的還原性氣氛，消除腐蝕減薄導(dǎo)致泄漏的安全隱患。

5結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前煤質(zhì)環(huán)境下，特別是低氮燃燒改造之后，鍋爐存在不同程度的水冷壁腐蝕管壁腐蝕減薄現(xiàn)象。管壁的腐蝕減薄，既給機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)隱患，也增加了機(jī)組的運(yùn)行成本。通過(guò)對(duì)鍋爐水冷壁腐蝕原因的研究，探討出減少水冷壁腐蝕的措施，無(wú)疑對(duì)保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的意義。

作者簡(jiǎn)介：

羅元輝，男，漢，貴州遵義，1974.0818，大專，工作單位：貴州西電電力股份有限公司黔北發(fā)電廠 ，職稱：工程師。主要研究方向或者從事工作：火力發(fā)電廠集控運(yùn)行 郵編：551800