燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題與對策分析

摘要：本文以燃煤電站鍋爐水冷壁避免高溫腐蝕問題作為具體的研究對象，從腐蝕機理和燃燒特點的角度出發，對燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題進行分析，探討腐蝕區域的還原性和硫化物型溶鹽分布的規律，我們不難發現腐蝕部位集中在燃燒器周圍區域、下層冷灰斗區域等地方。據大量調查數據顯示，燃煤電站鍋爐水冷壁區域在氧氣濃度特別低的情況下，硫化氫，一氧化碳等物質的濃度嚴重超標，導致水冷壁壁面腐蝕嚴重，腐蝕發生的區域與最初建立的理論數值模型相符合。筆者結合多年的工作經驗，分析燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題，并提出相應的對策。

關鍵詞：燃煤電站鍋爐;水冷壁壁面;高溫腐蝕問題;對策分析

近年來，隨著社會經濟水平的發展，人們的環保意識越來越強，因此對于燃煤電站鍋爐的排放有著更高的要求，開始利用各種先進的技術對燃煤電站鍋爐進行技術改造，從而達到排放指標。除此之外，還需要對鍋爐燃燒的方位進行微調，有利于實現燃料分級以及配風分級燃燒，導致二氧化碳能減少生成。這樣的微調，使得水冷壁壁面聚集了大量的硫化氫和一氧化碳汽車，產生了一種具有還原性和腐蝕性氣氛，以致于燃煤電站鍋爐水冷壁壁面發生問題。因此對于燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題對策進行分析是非常有必要的。

1?燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕機理

鍋爐水冷壁是鍋爐爐膛中最重要的部件，起到吸收爐內高溫的作用，這是爐膛內部能量轉換的關鍵部件之一。為了獲取最大化的利潤空間，鍋爐水冷壁管材一般是用低合金鋼，這在一定程度上能夠提升鍋爐的使用壽命。但是隨著鍋爐使用時間的延長，鍋爐水冷壁壁面會存在一定的污垢，而且還有大量的腐蝕性物質和氣體，進而形成各種各樣的腐蝕性產腐蝕的問題越來越嚴重

我國專家學者就燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕機理問題進行了深入的分析，我們可以知道燃煤電站鍋爐水冷壁的高溫腐蝕是一種不斷變化的狀態，由于腐蝕物質的不斷更新和補充，使得水冷壁腐蝕問題也會一直存在。燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題的主要原因在于在缺氧環境下，還原性和腐蝕性氣體的共同作用。

燃煤鍋爐燃料中存在著一些硫物質，一些煤粉都是通過空氣的傳播方式進入到燃燒膛內，在壁面區域的水冷壁燃燒，實際操作的時候里面存在著各不相同的硫物質，但是這一系列的物質通過分解、氧化的步驟之后，會使水冷壁壁面區域內的氧氣濃度越變越低，從而產生了還原性氣體;假如還原性氣體的含量慢慢變大期間，硫化氫、一氧化碳的濃度也越來越高，在這一基礎下，硫物質和鐵物質之間互相產生反應能夠變成硫化鐵，導致產生腐蝕反應在燃媒鍋爐水冷壁的壁面，由于硫化鐵的不穩定性在持續的高溫環境下很容易生成四氧化三鐵，使得燃煤鍋爐水冷壁壁面腐蝕越來越嚴重。具體的腐蝕過程，如下圖所示：

2?燃煤電站鍋爐水冷壁壁面腐蝕的數值模擬的有效分析

對于那些已經完成改造的鍋爐，建立相應的數值模擬分析，分析鍋爐燃燒的過程、溫度、濃度等特點，尤其是鍋爐水冷壁壁面附近的氣體，并對于水冷壁壁面高溫腐蝕部位的分布規律進行研究。

2.1建立水冷壁壁面數值模型

針對燃煤電站鍋爐的燃燒優勢，在進行計算燃燒點和腐蝕分析報告期間，運用三維穩態計算模型、couple算法以及presto方法等，從而確定還原性和腐蝕性氣體的位置，計算出鍋爐燃燒產物以及分布規律。

根據水冷壁壁面的腐蝕部位來看，主要分布在燃料中含有硫物質、壁面區域附近缺氧非常嚴重、有大量還原性和腐蝕性氣體、溫度比較高等各種因素導致。當煤粉流進爐膛煤，必須要達到一定的燃燒高度，就會使得進入鍋爐內的煤粉和煤粉火焰不斷地沖刷水冷壁壁面，使得還原性氣體和腐蝕性氣體快速與水冷壁壁面裸露在外的金屬物質發生反應，從而使得水冷壁壁面高溫腐蝕問題更加嚴重。

通過分析水冷壁近壁區域的氧氣、硫化氫、一氧化碳等氣體的分布情況，從而判斷出水冷壁區域發生腐蝕的部位以及腐蝕的嚴重程度。根據對數值模擬以及腐蝕特點的分析，我們可以知道：鍋爐水冷壁近壁區的氧氣濃度和入爐的風量有著十分密切的關系，而且兩者之間的關系成正比，這就意味著氧氣濃度越高，入爐的風量也越來越高。受到入爐風量的制約，首先會出現缺氧現象，在近壁區域和噴口附近的氧氣含量比較低，有些位置甚至沒有氧氣。硫化氫氣體大多數分布在鍋爐燃燒區域的兩側，而且濃度比較高。一氧化碳的分布規律與硫化氫的分布規律相符合。

有專家認為只要氧氣濃度低于2%，就會發生嚴重的高溫腐蝕問題。根據分析可以發現還原性氣體和腐蝕性氣體的分布規律比較明顯。鍋爐發生嚴重腐蝕的區域主要有燃燒器周圍區域、冷灰斗區域以及兩側墻中間區域等。

2.2具體的實驗分析

根據對所制定的腐蝕模型進行分析研究，能夠很好的了解水冷壁壁面附近區域還原性和腐蝕性氣體的分布規律，從而科學判斷出鍋爐水冷壁壁面的腐蝕部位，從而采取相應的防腐蝕措施。據調查研究顯示，根據鍋爐燃燒的實際情況，在鍋爐燃燒器周圍的區域選擇一個合適的地方，分析鍋爐不同運行條件下，鍋爐附近區域的空氣含量中一氧化碳、硫化氫等氣體的含量，根據最終的測試結果進行有效的分析，準確判斷出腐蝕的區域和部位，能夠在這些區域和部位采取針對性的防腐蝕措施，提高鍋爐的使用壽命。

經過一系列的實驗研究數據表明，先將冷水壁壁面的煙氣抽出去，經過一系列清潔措施后，利用專業的儀器對于冷水壁壁面的煙氣成分進行檢測，將每一條數據記錄下來，作為數據分析的基礎，在根據鍋爐水冷壁壁面腐蝕模型的數據參數，分別放在鍋爐水冷壁壁面的兩側墻中心，分別在3個不同的位置進行取樣。在具體測量的過程中，根據鍋爐設備的實際運行情況以及參數數據。

對于上述進行分析，我們可以知道鍋爐在任何高負荷的條件下，燃煤電站鍋爐水冷壁壁面都會存在不同程度的腐蝕現象，但是腐蝕部位最嚴重的就是鍋爐燃燒器中間和高處位置，因此鍋爐這一區域的還原性和腐蝕性氣體的濃度比較高，這一區域的還原氛圍比較高，但是還原性和腐蝕性氣體濃度會隨著鍋爐設備的負荷情況、燃料的煤質以及入爐風量的影響會發生相應的變化，但是鍋爐水冷壁壁面附近區域還存在一定的腐蝕現象。

我們發現這一區域和部分煙氣含量比較大，而且這種粉末的顏色呈灰黑色，與煤粉的顏色比較相近，這就意味著燃煤電站鍋爐內的燃料的燃盡率比較低以及鍋爐內燃燒的火焰在不斷沖刷著鍋爐水冷壁壁面，這在一定程度上就導致鍋爐水冷壁壁面附近區域的氧氣含量比較低，加劇了水冷壁壁面附近區域的高溫腐蝕現象。還有在鍋爐燃燒器附近區域所檢測出來的硫化氫、一氧化碳濃度都比較高，導致鍋爐水冷壁壁面附近區域的腐蝕程度比較嚴重。還有，我們對于鍋爐冷水壁壁面的腐蝕區域和腐蝕部位進行抽樣檢測，將各個區域的腐蝕程度記錄下來。經過大量的研究數據比對，我們發現各個區域的化驗結果與本文的分析結果很符合，這在一定程度上佐證了本文分析的科學性和合理性，也提供了實踐證明，為日后的防腐蝕措施奠定了良好的基礎。

3?燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題的對策分析

3.1加強燃煤管理的力度

要想解決燃煤電站鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題，工作人員一定要加強燃煤管理的力度。在條件允許的情況下，在選擇燃燒材料的時候盡量用低硫煤，從而有效避免水冷壁壁面發生高溫腐蝕問題，努力做到煤的含硫量低于1%。還要加上對于鍋爐系統和鍋爐設備的檢修力度，對于那些損壞的零件要及時進行更換，以此來保障系統各設備的有效運行，避免由于設備出現故障，使得鍋爐的腐蝕現象更嚴重。

3.2科學組織燃燒

顧名思義科學組織燃燒就是科學合理的調整入鍋爐的風量和風速。在這一過程中，一定要控制好鍋爐燃燒的速度以及做好鍋爐風力的分配，將鍋爐風和煤粉有效分離開，存在還原性氣體濃度非常高的問題。在燃燒的過程中，通過降低風速來維持鍋爐內煤粉燃燒的穩定性。與此同時，還能夠有效緩解煤粉氣流對于水冷壁壁面的沖刷和腐蝕，但是這一做法并不能從根本上解決水冷壁壁面高溫腐蝕問題。對于鍋爐燃燒器來說，增加第二次風量的力度能夠加強煤粉氣流的混合力度，從而保障鍋爐燃燒的穩定性以及燃料的著火點。但是在這一過程中，值得注意的一點就是，增大第二次風量的力度可能會引發煤粉燃盡率降低的問題。

3.3努力控制好煤粉的細度

在制作煤粉的過程中，根據不同的煤種類型，會選擇不同的制粉系統，如果在選擇了劣質煤作為燃燒材料，這在一定程度上增加了制粉系統的壓力，使得制粉系統的工作效率非常低下，很難有效分離出煤粉，使得一些煤粉沒有那么細，在這類型煤粉燃燒的過程中加重了鍋爐的腐蝕，因為煤粉太粗會導致燃燒效率不高，煤粉的燃盡率也比較低，導致一些沒有被燃燒完的煤粉附著在水冷壁附近區域，這在一定程度上加劇了鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕的問題。因此，工作人員必須根據不同鍋爐的實際情況，制定合理的煤粉細度的范圍，選擇相應的制粉系統。

3.4積極地改造鍋爐系統和設備

對于鍋爐的高溫區域來說，鍋爐水冷壁壁面附近區域中的氧氣濃度比較低，當一氧化碳和硫化氫含量高，就會發生鍋爐腐蝕問題。因此相關工作人員一定要積極地改造鍋爐系統和設備，引入先進的鍋爐設備和系統，提升鍋爐中氧氣的含量，從而制約一氧化碳和硫化氫氣體的生成，進而緩解鍋爐水冷壁壁面高溫腐蝕問題。經過上面的分析，對于鍋爐設備的改造，具體可以從以下幾個方面展開：一是工作人員可以將頂層燃盡噴口進行改造，由最初的4個頂層燃盡噴口增加至5個頂層燃盡噴口，以此來增加煤粉的穿透能力和覆蓋能力。二是在鍋爐燃燒器的兩側，尤其是靠近水冷壁壁面附近區域的位置，設置相應的標高處，以此來增加空氣的補充力度，引入新鮮的空氣，通過各種各樣的途徑來加大新鮮空氣與鍋爐內部空間之間的對流速度，使得鍋爐中的煤粉能夠得到充分的燃燒，這在一定程度上增加了鍋爐水冷壁壁面附近區域氧氣的濃度，從而能夠降低鍋爐水冷壁的腐蝕程度，還應該根據鍋爐的實際情況，選擇一個合適的噴口，進而形成大面積的風幕，以此來保障風幕對于鍋爐水冷壁壁面的覆蓋力度，降低水冷壁壁面的還原性氣體的濃度。

結語

綜上所述，鍋爐內部的腐蝕問題影響鍋爐的使用效率和壽命，而且一些腐蝕的鍋爐在使用的過程中可能會發生爆炸的現象，對于操作人員的生命財產安全帶來了不利的影響，因此工作人員一定對提高對于這一問題的重視程度。筆者結合自己的工作經驗對燃煤電站鍋爐腐蝕問題進行有效的分析，并提出了相應的解決對策。燃煤電站鍋爐水冷壁壁面附近區域很容易產生高溫腐蝕問題，我們發現鍋爐許多燃料中含有許多硫物質，而且這一區域的含氧量不高、一氧化碳和硫化氫的濃度比較高，還原性氛圍比較好、還有就是這一區域的溫度比較高都會導致鍋爐水冷壁壁面出現高溫腐蝕問題。還有通過對電站鍋爐爐膛燃燒過程進行實驗模擬，發現了鍋爐腐蝕區域的分布規律與還原性氣體分分布規律很相似，從而判斷去水冷壁壁面腐蝕的部位，經過分析我們發現，水冷壁壁面腐蝕最嚴重的區域主要在燃燒器周圍區域、冷灰斗區域以及兩側墻中心區域等。除此之外，我們還設計了一個實驗來驗證數值模擬過程，對于電站鍋爐水冷壁壁面附近區域的硫化氫和二氧化碳的分布規律進行分析，我們發現兩者之間的分布規律比較相似。在氧氣濃度比較低的情況下，我們發現氧氣、一氧化碳、硫化氫濃度比較高的區域，腐蝕現象也比較嚴重。從某種程度上來說，這個實驗證明了數值模擬模型的有效性，而且為制定防腐蝕措施奠定了基礎。最后就是根據燃煤電站鍋爐水冷壁壁面的高溫腐蝕問題提出的防治對策，加強燃煤管理的力度，提升鍋爐設備的可靠性、科學組織燃燒，合理的分配入爐風量和風速、努力控制好煤粉的細度，以此來燃盡率、積極地進行鍋爐設備改造，達到鍋爐水冷壁壁面高溫防腐蝕的目的。

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作者簡介：趙吉鵬（1981—??），男，漢族，甘肅蘭州人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：電站鍋爐。