摘要：随着对环保要求的日益提高以及煤粉锅炉向大容量高参数方向发展，电厂锅炉腐蚀现象的发生日益频繁，甚至已经影响到锅炉的运行的安全性与经济性。燃煤电站锅炉受热面的腐蚀现象普遍存在，水冷壁、过热器、再热器等高温受热面常常因高温氧化、腐蚀而早期失效，随着大容量高参数锅炉的应用，这种高温腐蚀现象更加明显，严重影响着电厂的安全运行，已成为造成发电机组非正常停机的一个重要因素。
关键词：水冷壁 低温腐蚀 空气预热器
1、绪论
我国以煤碳为燃料的火电机组占整个火电机组的95%左右。根据国家能源政策，动力用煤应该使用低品位劣质煤，但是现在供煤和配煤系统有众多不完善之处，电站锅炉燃用煤质就难以得到保证，燃煤总体品位的下降使锅炉受热面产生磨损、腐蚀等一系列问题。随着火力发电机组参数和容量的迅速增大，火电厂因结垢、腐蚀所引起的高温高压管道爆破泄漏事故出现的频率逐渐增加，而发作年限逐渐缩短。
燃煤锅炉受热面的高温腐蚀现象普遍存在。水冷壁、过热器、再热器等高温受热面，常常因高温氧化、腐蚀而失效，随着大容量、高参数锅炉的应用，这种高温腐蚀现象更加明显，严重地影响着电厂的安全运行。试验研究认为，高温腐蚀主要是煤中硫和氯的腐蚀行为造成的。
2、锅炉腐蚀
1.水冷壁的腐蚀
随着锅炉参数的不断提高，锅炉承压部件内外腐蚀情况愈加严重，尤其以水冷壁高温腐蚀最为典型。根据调查统计，其中一些1000t／h以上锅炉运行时间不到4万h，其腐蚀造成水冷壁管壁厚度由10mm减少到2mm左右，腐蚀速度达2mm／104h。同时，在水冷壁水侧，由于水垢、高浓度锅水以及高温蒸汽的作用，也使水冷壁遭受严重的腐蚀。
2.化学腐蚀
根据化学腐蚀产物的化学成份，可将水冷壁化学腐蚀分为：硫酸盐型、硫化物型、氯化物型和还原性气氛引起的高温腐蚀。
(1)部分锅炉的高温腐蚀积灰中含有大量的硫与碱金属元素，它通常以硫酸盐、焦硫酸盐以及三硫酸铁钠等复合硫酸盐存在。(2)硫化物型高温腐蚀产生的根源在于煤粉在缺氧条件下燃烧时生成了原子态硫和硫化物，它们和金属基体铁及铁的氧化物发生反应生成铁的硫化物。(3)煤中存在一定量的NaCL，其熔点801℃，蒸发点远低于火焰温度，进入炉膛以后即迅速气化，以气态的形式存在，在炉膛内与H2O、O2、SO2等发生反应生成HCL气体，生成汽化点很低的FeCL2，FeCL2马上完全挥发，从而使管壁金属直接受到HCL的腐蚀，同时由于氧化膜受到破坏，使H2S也能达到金属表面，加速管壁腐蚀速度。(4)当锅炉燃烧组织不良或局部缺氧时，近壁的还原性气体(CO、H2、CH4等)的含量将很高(同时氧量很低) ，在一定的炉内条件下，这些还原性气体(这里以CO为例)会对水冷壁的氧化铁保护膜产生破坏作用，把致密的氧化铁保护膜还原成疏松多孔的氧化亚铁。
3.电化学腐蚀
（1）锅炉受热面表面不可避免的会存在有沉积物，当锅水含有游离的NaOH，沉积物下锅水pH值大于13时，金属壁的氧化保护膜被NaOH溶解，使电化学腐蚀加剧。腐蚀发生到一定程度，出现渗漏严重的会发生管子爆裂。（2）当锅水中含有MgCL2和CaCL2，在沉积物下部会发生反应生成HCL，结果锅水中的pH值下降对钢材产生酸腐蚀并且使氢离子积聚。氢渗入钢材与碳钢中的碳化铁发生反应：造成碳钢脱碳，产生微小晶间裂纹致使金属变脆发生爆管事故。（3）当锅水中含铁较多时，便会在锅炉的高热负荷区受热面上形成氧化铁垢的沉淀。当受热面内壁存在氧化铁沉淀物时便会影响传热效果使高热负荷区的管壁温度升高，管内表面的氧化膜遭到破坏，由此而形成了氧化铁垢与铁的微电池，其中铁的电位较低成为阳极而受到腐蚀。
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2.1.3水冷壁腐蚀的影响因素
1.影响水冷壁高温腐蚀的因素
（1）无烟煤与贫煤的挥发份较低，着火温度较高燃烧困难，煤粉燃烧过程拖长容易产生不完全燃烧和火焰冲墙，未燃尽的煤粉在水冷壁附近缺氧燃烧，从而在近壁处形成还原性气氛。致使硫化氢与铁发生急剧反应，引起管子腐蚀。（2）在炉膛中当未燃尽的煤粉火焰冲刷水冷壁时，具有尖锐棱角的未燃尽碳粒对水冷壁会产生很强的磨损作用，故煤粉的冲墙贴壁为水冷壁腐蚀提供了前提和继续进行的条件。
2. 影响水冷壁电化学腐蚀的影响因素
（1）金属化学成分不纯、金属表面状态的影响不均匀，粗糙程度不同都会产生电位差造成电化学腐蚀，表面越不光滑越容易腐蚀。（2）钢材在锅水中腐蚀速度与锅水含盐量的浓度有关，在一定范围内，腐蚀速度随锅水含盐量水升高而相应升高。（3）当水中pH值在10～12之间，金属表面上形成氧化物保护膜，腐蚀速度就明显下降，pH值大于12时，锅水中氢氧根可溶解保护膜，生成可溶性的亚铁酸盐，使腐蚀速度加快。因此锅水pH值保持在10～12是抑制电化学腐蚀的重要措施之一。（4）水中的溶解氧是加速电化学腐蚀的重要因素，是需要严格控制的。（5）水中不可避免溶入二氧化碳气体，生成的氢离子是阴极去极剂，因此加速了腐蚀。（6）当锅炉受热面上沉积有水垢后，可产生垢下腐蚀，根据水垢成分的不同，可分为碱性、酸性电化学腐蚀。（7）温度和热负荷锅水温度高，促使钢材表面温度高，使铁离子在水溶液中的扩散速度加快，电解质水溶液的电阻降低，因而加速电化学腐蚀。
2.1.4 防止腐蚀的措施
1 水冷壁化学腐蚀的防止措施
（1）加强燃烧调整在不改进燃烧器结构的条件下；加强尾部受热面吹灰、增大运行氧量和采用合理的二次风运行方式。（2）改进现有燃烧器或采用新型燃烧器。（3）对水冷壁管进行防腐处理。
2 水冷壁电化学腐蚀的防止措施
要防止酸腐蚀和碱腐蚀 ，除主要从防止炉管上形成沉积物着手外，还要消除锅水的侵蚀性，一般措施有：锅炉投入运行时应进行化学清洗，以除去制造安装过程中产生的杂物，提高给水水质，调节给水水质，用磷酸盐协调处理锅水pH值，清除水中的NaOH，做好停炉保养工作。
2.2 空气预热器的腐蚀
燃料中的硫分燃烧后生成SO2和SO3，并与烟气中的蒸汽相互作用，生成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面壁温低于烟气酸露点时，便结露凝聚于该壁面上，造成锅炉低温受热面的腐蚀。如空气预热器低温腐蚀导致受热面泄漏，既影响锅炉燃烧，又使引风机负荷增大，电耗增加。
2.2.1 空气预热器低温腐蚀
煤中的硫燃烧后生成SO2，一部分会继续氧化生成SO3，SO3与烟气中的水蒸汽结合成硫酸蒸汽，是放热反应。烟气流过低于露点的受热面时，硫酸蒸汽在其上凝结成硫酸，使金属腐蚀。
空气预热器低温腐蚀与低温积灰往往互相影响而形成恶性循环。积灰后受热面壁温降低，有助于硫酸蒸汽的凝结，而且在350℃以下被黏结的低温灰能吸附SO3，使腐蚀进加剧，同时又继续黏结飞灰；
2.2.2 影响低温腐蚀的因素
烟气中三氧化硫的含量；管排布置形式及烟速的影响；锅炉负荷变动的影响；烟气再循环的影响 。
2.2.3 防止和减轻腐蚀的措施和方法
1.适当提高受热面壁面温度；在空气预热器的设计选型上，对于腐蚀最严重的冷端，适当的提高冷端金属壁面温度，对于防止腐蚀和堵灰具有很好的效果。
2.运行中的防止低温腐蚀措施；运行中采取的防止低温腐蚀的措施也是针对减少SO3的含量和防止空气预热器的受热面壁温过低。(1) 采用低氧燃烧技术。(2) 控制炉膛燃烧温度水平。(3) 经常检修和定期冲洗。
参考文献
[1]赵立东,赵浩锐.锅炉中的电化学腐蚀.内蒙古质量监督,2001(6):33～34.
[2]胡志宏,丁立新等.1000t/h贫煤水冷壁高温腐蚀原因分析及预防.电力学报,1998, 13(3):212～215.
论文作者:马海萍
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：水冷论文; 锅炉论文; 高温论文; 电化学论文; 预热器论文; 低温论文; 水中论文; 《基层建设》2017年第16期论文;