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摘要：某电厂对冲燃烧锅炉水冷壁管存在大面积高温腐蚀现象，根据高温腐蚀机理，从锅炉燃用煤种、炉型参数、运行情况和炉内烟气氛围等方面分析了产生高温腐蚀的原因，有针对性地提出了防范措施，可为解决此类问题提供参考。
关键词：锅炉水冷壁；高温腐蚀原因；对策；分析；
一、高温腐蚀现象与机理
通过对国内电站锅炉腐蚀的调查研究发现，锅炉腐蚀部分都是集中在高温区域，即燃烧器出口区域处靠近中心线位置。腐蚀区域的水冷壁表面呈黑褐色，该物质外在松软，内部坚硬。经过化学鉴定，这种物质的成分含硫量很高。锅炉腐蚀区域的壁面大都不干净，呈暗灰色，经研究发现，这是由于煤灰的不充分燃烧物与炉壁腐蚀后的混合物黏附其上所导致的。对于燃烧后的气体进行取样，得出取样气体的主要成分有CO、CO2、O2和SO2，其中CO的含量在10%左右，O2的含量小于3%.对锅炉冷壁上的垢状化合物成分进行分析，得出垢状物的主要成分为Fe3O4、Fe2O3、FeO和铁的硫化物。通过对腐蚀产物的分析可以确定，锅炉水冷壁高温腐蚀的主要原因在于硫化物的高温腐蚀。这种硫化物的产生主要源自于黄铁矿中的硫元素所致，其腐蚀机理描述如下。
1.硫原子的产生，黄铁矿粉末随一些未燃尽的煤粉进入冷水壁区域，经过受热分解，产生硫原子和硫化亚铁，其化学式表述为：
FeS2→FeS+[S]. （1）
当锅炉内部有一定浓度的H2S和SO2时，也可能通过相关反应产生硫原子，其具体化学反应为：
2.煤种原因，当水冷壁发生高温腐蚀后，其主要是由于硫元素所造成，通过上文研究得出，燃烧煤中存在硫元素。基于此，煤种属于造成锅炉水冷壁腐蚀的主要原因。对于我国电站而言，燃烧煤种多数为贫煤，其含硫量超出1.2%标准，部分贫煤的含硫量更是达到2%－3%范围，当煤种含硫量不断增加后，燃烧产生的腐蚀物质也会随之增加。与此同时，在对贫煤进行应用时，如果其燃烧性能相对较差，则可以将其判断为不易燃煤种，从而导致燃料的整个燃烧过程不断生成还原气体，并对锅炉产生硫化反应，最终加快高温腐蚀，使其发生严重腐蚀后果。
3.风粉分离，在锅炉中燃料燃烧时，通常会出现风粉分离的情况，属于锅炉燃烧常见问题。现阶段，燃烧锅炉时着火方式主要是以集束射流为主，此方法同时也是造成锅炉风间隔的主要因素，使燃料放置锅炉形式保持一致，最终导致燃料没有完全燃尽，加之新燃料的覆盖，使燃料无法实现充分燃烧。而理想集束射流的着火方式为:第一次采取风送燃料的方式进行，第二次对风送方向进行转变，即燃料根据烟气方向进行相应变化，使其燃料间存在温度差，以便于燃料得到全面燃烧，降低还原气体的存在，减少锅炉水冷壁高温腐蚀几率。当然，提高燃烧整体燃烧效率的方法相对较多，例如:加大风口空气流入或降低燃料细度等，具体情况结合实际需求选择，通过相关措施的应用，以实现燃料的更好燃烧。
二、腐蚀类型
1.垢样宏观分析，观察发现，发生严重减薄的水冷壁外表面为一层疏松的淡黄色物质，刮去后可见一层坚硬的黑色磁性物质，除去这层物质后水冷壁呈现出金属光泽，此时管子外表面凹凸不平、无胀粗现象，表明管壁的减薄是由外向内发展的。
2.腐蚀产物成分分析，利用Ｘ射线荧光探针（XRF）对腐蚀管壁沿径向横切后的断面进行成分检测，测点分布见图1。
图1中点1为靠近烟气侧，点3为靠近金属侧，，腐蚀产物的成分分析结果见表
从表１可以看出：腐蚀产物中硫、铁、氧元素的含量较高。综合宏观分析发现，１号锅炉水冷壁的腐蚀产物疏松多孔，性脆易剥落，成分主要为铁硫化物、铁氧化物，为典型的硫化物型腐蚀。
三、预防高温腐蚀的主要措施
从上述描述可以知道，锅炉高温腐蚀的主要原因在于煤种含硫量高导致含硫气体的产生和锅炉壁的作用导致锅炉壁的硫化；除此之外，锅炉内燃料燃烧不充分，形成了大量还原性气体，催化了锅炉的硫化作用，加快了高温腐蚀。然而，改变煤种、减小煤种的含硫量这种方法自然可以减小锅炉水冷壁的腐蚀，实际却根本不可行；通过促进燃料的充分燃烧以及对燃料的输送过程予以调整来减小还原性气体的生成，这种方式可行却难度系数很高，且效果不一定理想，因此，只有改造设备本身来减缓高温腐蚀作用才是行之有效的方式。具体的改造措施，有以下几个方面。
1.送风改造促进风粉分离，通过将风送喷口旋转一定角度，使得第二次风送的燃料与第一次风送的燃料正好对应，这样可以最大程度地促进燃料的燃烧，减小还原性气体生成，同时还可以很大程度地促进锅炉内部的通风，减少内部的含硫气体的浓度。经过实践表明，该方法对于防止锅炉水冷壁高温腐蚀有着明显的效果。送风改造促进风粉分离的主要原理：第一次风送燃料后，待燃料燃烧一段时间，旋转风松口，将风送喷口旋转180°，燃料的风送位置刚好与第一次相对应，可以使一二次燃料之间的覆盖面积最小化，使得燃料充分燃烧，减少还原性气体生成，减缓锅炉冷水壁的高温硫化作用。与此同时，风送喷口的改变，促进了锅炉内部气体的流通，减小了内部气体的堆积，也减弱了化学作用的产生。
2.锅炉冷水壁自身的改造，通过对锅炉壁的自身改造，也可以达到减缓锅炉高温腐蚀的目的。锅炉冷水壁的硫化主要原因在于锅炉壁的铁与锅炉内气体产生化学反应所致，若通过在锅炉壁的表层增加一层保护膜，杜绝锅炉壁中的铁与锅炉内气体的直接作用，就可以从根源上杜绝冷水壁的高温腐蚀作用。锅炉冷水壁的镀膜物质，必须耐高温，且不影响锅炉本身的传热作用。实践表明，在锅炉冷水壁表面涂上一层防腐蚀材料，可以有效地杜绝锅炉冷水壁的高温腐蚀，防止锅炉冷水壁上结焦积灰的产生。然而，这种防腐蚀材料的生产流程复杂，导致了涂料的造价比较高，因此，为防止锅炉的高温腐蚀，应对其进行综合考虑与衡量，选择最佳的防止高温腐蚀措施。
我国多次对电站锅炉冷水壁腐蚀的实验，并通过对锅炉冷水壁的高温腐蚀机理与原因进行深入分析，煤种含硫量高是锅炉冷水壁高温腐蚀的最主要原因，而燃料的不充分燃烧导致了锅炉内部的还原性气体产生，催化了锅炉冷水壁的硫化作用，基于这两点原因出发，提出了相应的防止锅炉冷水壁高温腐蚀的办法，即促进燃料的充分燃烧，减小锅炉内还原性气体产生，减弱锅炉冷水壁的硫化作用，同时通过在冷水壁上喷防腐蚀材料，可以有效杜绝锅炉壁与硫化气体的直接接触，杜绝锅炉壁的高温作用。
参考文献
[1]牟鑫．锅炉水冷壁高温腐蚀原因及对策分析．2015.
[2]张贵良．STEＲ电厂锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及对策．2016.
[3]李建飞，吴期明，600MW机组锅炉水冷壁高温腐蚀及原因分析．2016.
论文作者:李彦辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：锅炉论文; 高温论文; 燃料论文; 水冷论文; 气体论文; 冷水论文; 作用论文; 《电力设备》2017年第31期论文;