关键词：锅炉；水冷壁；高温腐蚀；燃烧
鲁北电厂330MW锅炉是采用美国燃烧工程公司(CE)的引进技术设计和制造的。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、四角切圆燃烧方式，。锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，锅炉的最大连续蒸发量为1020t/h；机组电负荷为330MW(即TRL工况)时，锅炉的额定蒸发量为969t/h。
锅炉设计燃料为烟煤，收到基硫0.41%，校核煤种收到基硫0.6%。
1高温腐蚀的现象及原理
机组停备水冷壁防磨防爆检查发现，腐蚀严重的区域大都位于燃烧器喷出后射流的中下游。腐蚀区域的水冷壁表面一般呈黑褐色，外层松软、内层坚硬，剥落坚硬层后，垢状物与水冷壁管结合面处层蓝色。腐蚀区域大多水冷壁表面不清洁，有较多的灰沾污。大唐鲁北电厂1、2号炉水冷壁发现腐蚀区域水冷壁表面有未燃尽的煤粉附着，再往里有较多的黄色硫化物。
通过收集资料汇总发现，近几年山东省相继有多台电厂锅炉发生严重的水冷壁高温腐蚀，如黄台电厂8号炉（1000t/h）、华能德州电厂1-4号炉（1000t/h）、南定电厂1、2号炉（410t/h）、潍坊电厂1、2号炉（1000t/h）、青岛电厂1、2号炉（1000t/h）等，腐蚀最严重的锅炉水冷壁最小壁厚仅1.3mm，腐蚀速度2mm/a。上述各台锅炉发生高温腐蚀的区域基本相近，都在燃烧器出口射流中下游区域，高度在燃烧器中心线附近，且管子向火侧的正面点腐蚀速度最快。水冷壁发生高温腐蚀后，壁厚减薄，强度降低，容易造成爆管泄漏，影响锅炉安全运行。有腐蚀物分析基本可确定，大唐鲁北1号炉水冷壁高温腐蚀属于硫化物型高温腐蚀。这种腐蚀主要是由煤中的黄铁矿硫造成的。
2水冷壁高温腐蚀原因分析
2.1煤种问题
煤种是造成高温腐蚀的主要原因之一。煤中的硫和硫化物是形成腐蚀物质的基础，而煤的燃烧特性则直接影响贴壁还原性气氛的生成。
对发生高温腐蚀的锅炉所燃用煤质统计分析表明，大部分锅炉燃煤的含硫量均在1.2%以上，有些甚至高达3%。高含硫量使煤在燃烧中产生更多的腐蚀性，加速水冷壁腐蚀。根据山东省锅炉高温腐蚀情况普查结果，发生严重高温腐蚀的多为1000t/h以上高参数、大容量锅炉，中小型锅炉较少出现高温腐蚀。南定电厂1、2号炉均为410t/h锅炉，但也出现严重高温腐蚀，这其中有燃烧器结构布置方面的原因，但更重要的是煤质。
2.2炉内燃烧风粉分离
这是四角切圆燃烧锅炉普遍存在的问题。目前四角切圆燃烧锅炉普遍采用集束射流着火方式，一二次风间隔布置并以同一角度平行射向炉内。理想的着火应是一次风喷出后不久即被动量较大的二次风所卷吸，射流轨迹变弯，形成转弯的扇形面，并卷吸周围高温烟气，形成着火区，着火后的一次风被卷入二次风射流中燃烧。由于一次风射流混入动量大的二次风中，使火炬射流刚性加强，不易受干扰，从而在整个燃烧器区域内形成一个燃料与空气强烈混合的、稳定燃烧的旋转火炬。
但炉内实际燃烧过程并非如此。为保证稳定燃烧，一次风出口风速通常控制比较低（20—25m/s）,而二次风速一般在40—50m/s之间，从而一二风的射流刚性相差较大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一二次风射流喷出燃烧器后由于受到上游邻角气流的挤压作用及左右两侧不同补气条件的影响，使气流向背火侧水冷壁偏转，此时刚性较弱的一次风射流比二次风偏转更大角度，从而使一二次风分离。一二次风的刚性相差越大，这种分离现象越明显。由于部分一次风射流偏离二次风，煤粉在缺氧状态下燃烧，在射流中下游水冷壁附近形成还原性气氛，这是引发高温腐蚀的一个重要原因。
2.3运行调整方面
2.3.1配风状况差
锅炉二次风门普遍采用气动执行机构控制，由于种种原因风门控制大都较乱，加上锅炉一二次风配比不合理，炉内配风状况很差。这也是造成一二次风混合不完全，煤粉着火和燃尽差，煤粉贴壁燃烧的原因之一。
2.3.2燃烧配风状况差
部分锅炉设备由于辅机设备问题，造成满负荷工况供风不足。如潍坊电厂1、2号炉由于排烟温度低，空预器积灰严重，阻力增大，造成送、引风机出力不足，满负荷运行时炉膛出口氧量不足1%（设计值为4%），远远不能满足锅炉正常燃烧要求。由于总风量不足，使燃烧器区域的缺氧燃烧状况更加严重，对预防高温腐蚀非常不利。
通过以上分析，认为鲁北1号炉高温腐蚀的主要原因是:锅炉长期高负荷、大煤量运行工况下，主燃烧器区二次风和一次风配比不合理，一次风粉射流在炉内上升过程中，受到刚性较强的二次风射流的挤压和下游二次风射流的牵引，造成风粉脱离，含粉气流贴壁冲刷，在水冷壁区域形成局部还原性气氛。而给煤量大大偏离设计值造成的入炉煤粉浓度加大，以及含硫量的增高加剧了腐蚀的速度。
3预防高温腐蚀的措施方法
造成高温腐蚀的主要原因是煤质、设备、运行三个方面。从目前情况看，要改变煤种非常困难，依靠燃烧调整来预防高温腐蚀也有一定难度且效果不理想，因此，只有通过设备改造来预防高温腐蚀才是最根本有效的方法。
3.1侧边风技术
所谓侧边风就是在高温腐蚀区域的上游水冷壁或在高温腐蚀区域水冷壁上安装喷口，向炉膛内通入空气。采用侧边风的主要目的是改变水冷壁高温腐蚀区域的还原性气氛，增加局部含氧量。一般情况下以二次风作为侧边风的风源。根据侧边风结构及布置方式又分为贴壁型和射流型2种。贴壁型侧边风一般采用在水冷壁鳍片上开孔的方式，开孔位置在高温腐蚀区域内，依据腐蚀面积大小决定开孔数目的多少。二次风有小孔进入炉膛后，受炉内烟气运动影响，很快偏转附着于水冷壁管上，在高温腐蚀区域水冷壁表面形成一层空气保护膜。贴壁型侧边风的优点是结构简单，不用改动水冷壁管。射流型侧边风是在高温腐蚀区域上游位置安装侧边风喷口。喷口的大小形式，射流速度及射流的出口角度等决定了射流的刚性及炉内烟气的混合程度。当射流刚性较强时，其初始流动阶段保持原有方向，与上游高温烟气相遇产生强烈混合扰动，使烟气中的还原性气体氧化，同时有助于煤粉颗粒的燃烧。随后由于炉内烟气运动的影响，混合气体（烟气与侧边风）的下游偏向水冷壁，但此时已呈弱氧化性或中性状态，不会造成水冷壁高温腐蚀。射流刚性较弱时，在其下游区域形成1层覆盖水冷壁表面的空气膜，防止高温腐蚀的产生。
3.2水冷壁喷涂
实践证明，水冷壁喷涂效果良好。它是在高温腐蚀区域水冷壁表面喷涂一层防腐材料，该材料同时具有防止高温腐蚀、防止结焦积灰等功效。由于涂料层厚度很薄，对水冷壁传热没有影响。
4结论
水冷壁高温腐蚀对电厂锅炉安全经济运行有较大影响，造成高温腐蚀的原因是多方面的，通过设备改造来预防高温腐蚀是最有效的途径。实践证明，侧边风技术和水冷壁喷涂技术对预防高温腐蚀有较好的效果。
参考文献：
[1]岑可法，樊建人.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算［M］北京：科学出版社，1994.
[2]刘志超.1000t/h锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析［J］.山东电力技术，1996.
论文作者:侯启聪
论文发表刊物:《中国电业》2019年14期
论文发表时间:2019/11/18
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