摘要：高温腐蚀是燃煤锅炉较为普遍的问题，锅炉“四管”（水冷壁管、 过热器管、 再热器管及省煤器）的高温腐蚀易造成管壁减薄，从而导致锅炉管道失效泄漏，影响锅炉的安全经济运行。本文主要简述了相关高温腐蚀的类型、原因及一般防止锅炉高温腐蚀的防腐措施。
关键词：燃煤火电厂；锅炉；四管；高温腐蚀
在燃煤火电厂锅炉运行过程中，锅炉“四管”暴漏事故约占全部锅炉设备事故的70%。因此，减少锅炉“四管”暴漏引起锅炉非计划停运次数及降低强迫停运时间，是提高锅炉运行的可靠性、经济性的关键因素。引起锅炉“四管”暴漏的原因较多，其中高温腐蚀是导致“四管”暴漏的主要原因之一，其主要是管外的腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。目前，在高参数、大容量燃煤火电机组中，锅炉受热面的高温腐蚀问题已经很普遍且迫切需要解决，在锅炉的设计及运行调整中如稍有不慎则高温腐蚀便很容易发生，腐蚀使得受热面承压部件的管壁变薄，严重时会使受热面管子在短时间内爆管，导致锅炉漏泄而被迫停机或事故跳机。可见其危害之大，在运行中必须避免受热面的高温腐蚀。
1 烟气侧高温腐蚀
1.1腐蚀的特点及原因
锅炉烟气侧受热管壁的高温腐蚀通常与管壁所处区域的温度、燃料燃烧过程中产生的气体成分、煤成分、烟气的流动轨迹和状态等因素息息相关，它具有腐蚀位置集中、区域面积小、速度快及腐蚀突发性等特点。其原因主要是煤在贴壁附近燃烧时使其周边含氧量缺少，促使炉内腐蚀性气氛增强；在含氧量较高的区域硫化氢的含量低；然而在含氧量较低且一氧化碳含量较高的区域其硫化氢的含量较高，就会导致严重的高温腐蚀，当蒸汽温度高于565℃时且燃料中含有加多的硫、钒及碱性物质等成分时，通常在覆有熔盐或者积灰层下的金属管上发生烟灰腐蚀。管壁温度越高，燃煤灰分中含有能转变成腐蚀性物质的成分越多，受热面管材的耐蚀性、耐高温性越差，腐蚀越严重。另外飞灰及低熔点的沉淀物也是造成烟气侧高温腐蚀的因素之一[1,2]。
1.2烟气侧高温腐蚀的类型
1.2.1硫腐蚀
锅炉燃料中普遍含有化学成分硫，在燃烧过程中，硫大部分都被氧化成SO2，其中一部分的SO2进一步氧化变成SO3。高温环境中，SO2和SO3均是气态，然而SO2不易与高温水蒸汽结合，对锅炉受热管壁的危害不大，而SO3与水蒸汽结合会产生对受热管壁有严重腐蚀作用的H2SO4。SO3的生成量与燃料的种类、锅炉的构造、燃烧释放的热量以及过剩空气系数等息息相关。锅炉型式同，煤的燃烧率不同，其生成量也不同；烟气中氧的含量越高，SO3产生量越多；另外，金属管壁温度对SO3的产生量也有影响。
硫化物型腐蚀和硫酸盐型腐蚀是硫腐蚀的两种类型，硫化物型的腐蚀过程从硫的形成到铁及FeO的硫化再到FeS的氧化。此外，更具腐蚀性的H2S能直接和受热面管壁反应。它的浓度越高，管壁温度越高，腐蚀速率就越快。燃用富含硫及碱性物质的煤时容易产生硫酸盐型腐蚀，一般在受热金属管壁温度高的位置产生这种类型的腐蚀。
要防止这类腐蚀的产生主要的措施是要减少导致生成SO3的因子，可通过采用低氧燃烧技术、加强运行监视过程避免出现受热面壁温局部过高、控制适当的煤粉细度、合理的配风及强化炉内的湍流混合、在壁面附近喷空气保护膜等改进燃料设备以及燃烧工况来减轻或规避硫腐蚀。
1.2.2氯化物腐蚀
燃用含氯高的燃料时，会形成氯化钠，其容易与水、二氧化硫、三氧化硫发生反应，形成硫酸钠和氯化钠气体。有实验表明在400~600℃间氯化物型腐蚀的速率最快[2]。在氯化氢含量高，一般应≥0.35%、管壁附近存在一氧化碳和氢气的还原性气氛的环境下易发生氯化物型腐蚀，氯化物型腐蚀单独存在的可能性不大，反应产生的氯化氢能破坏管壁表面的氧化膜，从而起到加速其它类型的腐蚀。
防止氯化物腐蚀的方法是抑制氯化氢的产生，管壁处营造氧化性气氛能有效减轻氯化物型腐蚀。
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1.2.3钒腐蚀
重油中含有的钒、钠、硫等元素在燃烧之后会形成五氧化二钒（五氧化二钒，为橙黄至砖红色固体，无味、有毒，微溶于水）、氧化钠、二氧化硫等物质。由于钒和其它元素化合会形成低熔点的化合物，这些物质沉积于过热器及再热器等金属壁的表面，高温下熔融状态的钒的化合物能破坏掉管壁表面具有保护性的氧化薄膜，加快其它腐蚀的腐蚀速率。油灰中钒、钠化合物的含量多少决定了高温腐蚀的腐蚀程度，在高温下，钒化合物均处熔融状态，钒化合物中有碱金属能促进腐蚀的发生，若加入硫元素后会更进一步的加强腐蚀。一般情况下燃料中钒的含量相当的低，但其在油灰中会出现浓缩，80%的沉积物中含都含有钒[3]。
防止此类腐蚀的方法一是提高烟气的流动速度，加强吹灰力度及措施；二是能调整燃烧参数、降低氧浓度，抑制钒化合物的形成及金属氧化的产生；三是监控管壁温度并调整温度使其处于发生腐蚀的温度之下；四是在燃料中添加添加剂来提高灰分附着物的熔点，使附在管壁上的附着物脱落，来降低腐蚀速率的效果。
2 锅炉受热面水、汽侧的高温腐蚀
锅炉受热面水、汽侧的高温腐蚀包括：水蒸汽氧化腐蚀、垢下腐蚀、（氢腐蚀、碱腐蚀、介质浓缩腐蚀）、氧腐蚀等。
2.1 水蒸汽氧化腐蚀
当蒸汽的过热温度在450℃以上时，水蒸汽会与金属壁管发生反应生成铁的化合物，侵蚀锅炉受热面管壁，使锅炉管壁变薄，从而导致高温腐蚀现象的发生。过热器受热管壁发生的主要腐蚀过程是水蒸汽腐蚀，这种腐蚀过程呈现出的状态比较均匀，一般情况下腐蚀强度不大。当锅炉运行一段时间后，锅炉的过热器和再热器管壁内壁会生成具有双层结构的氧化物层，其生长到一定厚度，外层的氧化物层会在停炉时脱落，并积沉在过热器管的弯曲部位，可能会造成管道堵塞现象，一旦形成堵塞，在锅炉点火运行时会因堵塞蒸汽回路，从而易引起因过热而发生的喷泄事故。
2.2 垢下腐蚀
垢下腐蚀，具有腐蚀速度快的特点，是造成锅炉损坏的重要形式之一。对于垢下腐蚀的腐蚀过程原因还没有统一的认识。一般认为，当沉淀物中有氧化铁和氧化铜等杂质时，氧化物的高电位，成为阴极，金属管壁电位低为阳极，从而电化学腐蚀过程，阳极的Fe不断析出，与氧化铁和氧化铜进行反应。另外也有人认为，水中的碳酸盐或者氯化物水解生成的碱或酸，当炉水局部浓缩便会形成浓碱或浓酸，破坏氧化膜，从而使金属管壁局部产生腐蚀。
2.3氧的腐蚀
锅炉给水中残存有二氧化碳和溶解氧时，金属管道中的铁与杂质产生电位差，进而形成无数个腐蚀电池，发生电化学腐蚀。阳极铁失去电子变成Fe2+，电位高的杂质为阴极，在阴极处溶解氧得到电子并与水结合变成OH-，两者结合生成Fe(OH)2，因其极不稳定，金属很快就发生腐蚀。
要防止水、汽侧高温腐蚀的方法主要有四种，一是控制炉水的酸碱度，一般PH控制在7.5~10之间；二是保证除氧器安全正常投入运行，使得炉水中含氧量在正常的范围内；三是确保进行定排、连排污事宜，及时有效的除去水中的固形物；四是加强锅炉管壁金属监督及化学监督工作。
3 结束语
锅炉“四管”的高温腐蚀类型多种多样，主要有硫腐蚀、氯化物腐蚀、钒腐蚀、水蒸汽氧化腐蚀，大体可分为管外腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀，但不仅限于文中所提到的形式。在其具体的高温腐蚀过程中，也是多种腐蚀形式相互作用相互影响，从而产生不同的结果，严重时，导致爆管事故发生，影响机组的安全、稳定及经济运行，所以在锅炉运行期间要采取适当的预防措施来有效的降低锅炉“四管”的高温腐蚀。在该方面的理论研究多，但还缺少系统的实践研究工作，这显然不利于做好锅炉的高温防磨防腐工作，希望通过本文的简述能为今后的系列研究工作提供有效的帮助，提升此方面研究的实效性。
参考文献：
[1]陈征宇.电厂燃煤锅炉受热面管的高温腐蚀[J].余热锅炉,2004(5):1-5.
[2]高洪顺.浅谈火电厂锅炉“四管”泄漏原因及预防[J].能源与环境,2013(2):28-30.
个人简介：陈亚庆 1988年，女，汉，湖南邵阳人，学历：硕士研究生，专业或者研究方向：动力工程及工程热物理.
论文作者:陈亚庆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：锅炉论文; 管壁论文; 高温论文; 氯化物论文; 水蒸汽论文; 发生论文; 烟气论文; 《电力设备》2018年第28期论文;