平圩電廠600MW超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析及防治

馬強（安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司， 安徽 淮南 232089）

平圩電廠600MW超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析及防治

馬強（安徽淮南平圩發(fā)電有限責(zé)任公司， 安徽 淮南 232089）

安徽淮南平圩電廠兩臺600MW超臨界鍋爐由哈鍋制造，2007年發(fā)電，機組運行6年后，出現(xiàn)了嚴(yán)重的水冷壁腐蝕減薄，本文分析了高溫腐蝕發(fā)生的原因及防治措施。

鍋爐水冷壁；高溫腐蝕；預(yù)防

平圩第二發(fā)電有限責(zé)任公司的2臺600MW——HG-1970/25.4-YM7型鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π型布置。鍋爐島為露天布置，設(shè)計煤是新集煤，校核煤是平頂山，30只低NOX軸向旋流燃燒器（LNASB）采用前后墻布置、對沖燃燒。

1 高溫腐蝕發(fā)現(xiàn)及特征

2014年5月平電U304A大修中發(fā)現(xiàn)#3爐擴、固定端水冷壁大面積高溫腐蝕性減薄（固定端側(cè)螺旋管水冷壁上方鰭片位置，高度：20米（E層燃燒器高度）至42米（C層墻式吹灰器上方2米）；擴建端側(cè)螺旋管水冷壁上方鰭片位置，高度：20米（E層燃燒器高度）至42米（C層墻式吹灰器上方2米），寬度：墻式吹灰器之間）。面積總計達100平方米。原圖紙設(shè)計厚度6.5mm，實際安裝7.5mm，現(xiàn)測厚最低5.7mm，割管后用游標(biāo)卡尺測量最小值4.7mm。

金相檢驗發(fā)現(xiàn)，拋光態(tài)下的管壁形態(tài)，外壁存在明顯的減薄臺階，最薄處僅 4.87mm。

2 原因分析及防治處理

2.1 原因分析

金相檢驗表明該水冷壁管金相組織無異常，水冷壁出現(xiàn)大面積明顯減薄因高溫腐蝕所致。高溫腐蝕是指處于高溫?zé)煔猸h(huán)境中的爐內(nèi)水冷壁管在具有高的管壁溫度時所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象。

從形貌和特種來看，該腐蝕主要為硫化物型高溫腐蝕。硫化物型腐蝕主要有三個因素，還原性氣氛、煤粉中硫分（FeS2黃鐵礦等雜質(zhì)）和管壁溫度。

煤粉隨前后墻燃燒器噴出，在爐膛中心相遇后流向左右側(cè)墻，碰到水冷壁后，流速接近0，由于水冷壁鰭片管的特征，部分煤粉便留在了水冷壁管子上。由于燃燒器附水冷壁管表面存在CO和H2S等還原性氣體，使得停留在水冷壁管表面的煤粉（其中的黃鐵礦）發(fā)生如下反應(yīng)：

FeS2→FeS+［S］

管子附近還原氣氛中，當(dāng)H2S和SO2達到應(yīng)濃度時，發(fā)生：

2H2S+SO2→2H2O+3［S］

在還原性氣氛下，當(dāng)管壁溫度達到350℃時，發(fā)生硫化反應(yīng)：

Fe+S→FeS

FeO+H2S→FeS+H2O

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

硫化型腐蝕產(chǎn)物FeS熔點為1195℃，在腐蝕內(nèi)層溫度較低，以穩(wěn)定形式存在，但在外層溫度較高時，又進一步與氧氣作用，生產(chǎn)Fe3O4和SO2，使腐蝕不斷進行。

2.2 防治處理

（1）防護措施。根據(jù)水冷壁高溫腐蝕產(chǎn)生的原因， 防止高溫腐蝕的主要措施分為非表面防護措施和表面防護措施。非表面防護措施主要是優(yōu)化鍋爐燃燒方式及合理控制入爐煤的硫含量，與高溫腐蝕對應(yīng)的燃煤特性是煤種與燃煤的含硫量，在低NOx燃燒技術(shù)應(yīng)用之前，高溫腐蝕主要發(fā)生在貧煤、無煙煤等低揮發(fā)分燃煤鍋爐上，而且與燃煤的含硫量有關(guān)，煙煤等高揮發(fā)分煤鍋爐幾乎不發(fā)生高溫腐蝕現(xiàn)象。表面防護措施則主要是在水冷壁表面噴涂耐腐蝕的隔離層。基本原理是降低還原性氣氛。

運行調(diào)整手段： ①原理上應(yīng)增加運行氧量，但實際改善壁面氣氛的作用甚微； ②燃燒器調(diào)整：旋流燃燒器能改善壁面氣氛； ③改善配風(fēng)方式：避免出現(xiàn)局部高溫或嚴(yán)重的還原性氣氛。

（2）處理防治。①核實該水冷壁管設(shè)計最小需要壁厚，如腐蝕區(qū)域?qū)崪y最小壁厚小于設(shè)計最小需要壁厚，建議換管。如實測最小壁厚大于設(shè)計最小需要壁厚，建議噴涂，增加管子抗腐蝕性，超音速電弧噴涂技術(shù)對基體進行噴涂，噴涂材料為專用耐磨材料KM99，噴涂厚度0.4mm。②改善煤粉質(zhì)量：一是提高煤粉細(xì)度，煤粉較粗，燃盡困難，容易形成還原性氣氛。二是減少硫雜質(zhì)含量，盡量采用含硫量低的煤種。③低NOx燃燒技術(shù)的適度應(yīng)用：低NOx燃燒技術(shù)和高溫腐蝕始終共存，目前尚無從原理上完全化解這一矛盾的有效方法（經(jīng)濟性的影響可通過降低煤粉細(xì)度、增加爐膛容積等方法在一定程度上彌補），但可以平衡這對矛盾（即適度控制初期燃燒的缺氧程度），以緩解、控制高溫腐蝕速度。④設(shè)置切壁風(fēng)：理論上可改善壁面氣氛，但實際上，切壁風(fēng)被主氣流帶走，無法擴散到壁面，起不到改善壁面氣氛的作用。