杭州华电半山发电有限公司 浙江杭州 310015
摘 要： 锅炉水冷壁高温腐蚀对电力生产的安全性与经济性的影响是巨大的，采取合理的措施来解决和预防高温腐蚀问题是研究高温腐蚀的根本目的。通过对锅炉水冷壁高温腐蚀的机理及影响因素分析，提出切实可行的措施来解决和预防锅炉水冷壁的高温腐蚀问题。
关键词：水冷壁；高温腐蚀；预防措施
一、锅炉水冷壁高温腐蚀机理
水冷壁区域的高温腐蚀通常集中在燃烧器附近。水冷壁区域的高温腐蚀是指炉内水冷壁管在高温烟气的环境里，具有高的管壁温度时所发生的锈蚀现象。而发生高温腐蚀的最重要的内因条件是燃料中的含硫量较高，外部条件是高温烟气引起的水冷壁的高管壁温度和煤粉火焰贴墙，壁面区域高还原性气氛。
锅炉水冷壁管子金属（用M表示）在氧、二氧化碳和水蒸气等氧化剂的作用下，发生氧化反应。氧化速度取决于所形成的氧化膜（MO、M2O3）的特性。如果氧化膜结构致密且牢固地附着在管子上（如M2O3），可阻止氧化剂继续与金属发生反应，降低氧化速度。反之，如果氧化膜结构疏松多孔，易脱落（如MO），则氧化速度加快。当烟气和积灰层中含有腐蚀性成分时，则将发生腐蚀，使管子破坏。
高温腐蚀是金属材料在高温下与环境介质发生反应引起的破坏。由于高温环境多种多样，因此金属在高温环境中的腐蚀形态、机理、速度和腐蚀产物各不相同。根据高温腐蚀发生的原因及腐蚀产物成分的分析，煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀一般可以分为以下几种类型：硫酸盐型高温腐蚀、硫化物型高温腐蚀、氯化物型高温腐蚀以及由还原性气氛引起的高温腐蚀。
三、解决及预防锅炉水冷壁高温腐蚀的措施
1、从燃煤方面考虑
燃煤品质差是水冷壁高温腐蚀的内因条件，燃煤中高含量的硫元素和氯元素是硫化物型和氯化物型高温腐蚀的根源。燃煤中的硫、碱金属及其氧化物的含量越高，腐蚀性介质浓度越大，出现高温腐蚀的可能性就越大。因此，降低燃煤中的硫含量和氯含量，提高燃煤品质，在很大程度上阻止腐蚀性介质的生成，从而有效的防止高温腐蚀的发生。
2、从燃烧设备方面考虑
2.1浓淡风燃烧技术
水平浓淡风燃烧技术的原理为：在一次风管道上安装煤粉浓缩器，一次风煤粉气流通过煤粉浓缩器时被分成浓淡两股，这两股气流在水平方向上以一定的夹角喷人炉膛。浓煤粉气流流向向火侧，淡煤粉气流流向背火侧，这样就在向火侧形成一个较高的煤粉浓度区，背火侧的煤粉气流在水冷壁附近形成比普通燃烧器更强的氧化性气氛。
在水平浓淡风燃烧技术的基础上，为了进一步提高防高温腐蚀的性能，改善水冷壁管附近的还原性气氛，采用新型的水平浓淡风燃烧器可以改善该现象。这种新型的水平浓淡风燃烧器的特点是在背火侧增加了侧二次风，并且可以通过调节侧二次风风速的大小来调节一次风射流的刚性。该项燃烧技术包括了水平浓淡风燃烧技术的全部优点，还可以灵活的控制水冷壁附近的烟气成分。已经应用在国内40家燃煤发电厂中不同燃烧方式的68台锅炉中，其中已经投运了38台，均取得了良好的应用效果。
径向浓淡风燃烧技术的原理与水平浓淡风燃烧技术类似，区别在于浓淡两股煤粉气流喷人炉膛是以垂直方式喷人的。对直流燃烧而言，径向浓淡燃烧技术在稳燃方面效果较为明显，对于预防高温腐蚀一般都采用水平浓淡风燃烧技术，但是，如果径向浓淡风燃烧技术结合变异周界风技术以及二次风偏斜技术，同样能取得良好的防高温腐蚀的效果。
2.2多切圆燃烧技术
双切圆四角技术在防止高温腐蚀的应用中效果较为明显。一方面，通过一次风反切圆燃烧可以平衡炉膛出口烟气流速，防止形成“烟气走廊”，从而防止过热蒸汽气温偏差。同时，可以强化炉内气流扰动，促使煤粉颗粒完全燃烧，减少还原性气氛的产生；另一方面，一次风反向偏转可以减小一次风切圆直径，使一次风射流相对二次风气流偏离水冷壁较远，形成风包粉气流，减少煤粉燃烧时对水冷壁附近的氧消耗量，防止未燃尽的可燃物冲刷水冷壁，有利于改善水冷壁表面的还原性气氛。
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3、从运行因素方面考虑
3.1合理组织配风和强化炉内的湍流混合
合理的配风和强化炉内湍流混合的目的是避免出现局部还原性气氛。若配风不良，即使总的过量空气系数α2>1，也会在水冷壁附近出现高浓度的还原性气氛。通过调整及强化各燃烧器混合后，实际上高温腐蚀就减轻了很多。
3.2严格控制煤粉细度
众所周知，煤粉颗粒较粗时，容易造成未燃颗粒冲刷水冷壁和贴壁燃烧。结果造成水冷壁磨损和壁面附近形成还原性气氛，引发高温腐蚀。试验表明，当煤粉细度R90＝8.5～13.5％时，水冷壁管外部腐蚀比R90＝6～8％时大的多。因此，控制煤粉细度在一定程度上可以预防水冷壁高温腐蚀的发生。
4、从水冷壁方面考虑
4.1贴壁风技术
贴壁风技术是从二次风箱引出一股少量的二次风，从易形成还原性气氛的水冷壁区域喷人，使之在水冷壁附近形成一股气膜，阻挡煤粉气流冲刷水冷壁，改善腐蚀严重区域的贴壁烟气成分，从而有效的防止水冷壁高温腐蚀的发生。同时，相对于炉膛烟温来说，贴壁风是一股冷风，因而可以有效的抑制水冷壁管的腐蚀速度。如谏壁某电厂的8＃炉水冷壁高温腐蚀现象严重，通过检测发现，煤粉气流冲刷水冷壁，壁面附近严重缺氧，存在较高的还原性气氛，是发生高温腐蚀的主要原因。为了解决高温腐蚀问题，在大修时，在前墙双面水冷壁部位装设了贴壁风。
投入贴壁风后，发现贴壁烟气成分中的含氧量明显提高，一般在2％左右，大部分还原性气氛和腐蚀性气体消失。运行3年后，经检测，没有发现高温腐蚀现象的发生，说明贴壁风技术可以很好的解决水冷壁的高温腐蚀问题。
4.2采用渗铝管防腐技术
目前的渗铝管技术普遍采用液体渗铝法，该法是将被处理的钢件浸入到熔融（730～750℃）的铝液中，当表面粘挂一定的铝层后，取出冷却，再送入空气加热炉中进行高温处理，使钢件表面的铝原子加速向金属基体内扩散。钢件经热渗铝后，正常的渗层结构由三层组成，外层是铝原子浓度较高的氧化铝壳，中间层是铝铁合金区，内层是金属基体。为了获得良好的渗铝层，必须对被处理钢件进行表面预处理，使渗件表面达到活化状态以便铝原子吸附粘挂。
使用经验表明，渗铝管确实能减缓高温腐蚀，延长水冷壁管的安全运行时间。例如，宝鸡某电厂2号炉水冷壁管换用渗铝管后，其腐蚀速度比普通的20号碳钢管低4～6倍，安全运行时间可延长到3倍左右。
4.3采用高温喷涂防腐防磨技术
为防止水冷壁高温腐蚀，在水冷壁可能发生腐蚀的区域喷涂防腐防磨金属粉末，可起到预防高温腐蚀的作用。喷涂工艺一般采用电弧喷涂和等离子喷涂，喷涂材料有Ni—W合金粉末、Ni—Cr复合材料粉末以及Cr、Mo、AL、Ni、W合金粉末等。国内外均有采用此种方法来防止锅炉水冷壁的高温腐蚀，并取得一定的效果。如大武口某电厂于1986年在1号炉水冷壁拉稀管下弯头上喷涂Ni—W合金粉末，运行5230h后，发现腐蚀和磨损轻微，而未喷涂区域，则发生爆管现象。
四、结论
以上主要介绍了目前常用的几种预防和解决高温腐蚀的措施。随着研究的不断深入，将不断出现新的技术和措施来预防和解决锅炉水冷壁的高温腐蚀问题，这也是我们研究和探讨高温腐蚀机理的目的所在。
参考文献
1、郭鲁阳等，锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及预防对策，山东电力技术，2000年5月
2、宝鸡电厂2号炉防止高温腐蚀的燃烧调整【J】，锅炉技术，1997（1）
3、丁勇能等，锅炉高温对流过热器爆管原因分析及处理对策，电力科学与工程，2009年1月
第一作者：郭光（1978～），男，浙江杭州人，助理工程师，长期从事电厂工程检修和技术管理工作。
论文作者:郭光1,施惠福2, 董光明3,朱伟雄4,付金龙5
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/14
标签：水冷论文; 高温论文; 浓淡论文; 技术论文; 煤粉论文; 锅炉论文; 烟气论文; 《防护工程》2018年第23期论文;