關于超臨界發電鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕的原因分析及對策

王敬東

摘 要：本文通過對超臨界發電鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕機理的分析并對其機理的深度探討，發現其鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕的原因是煤種含硫發生硫化反應和燃料的不充分燃燒，導致還原氣體的生成，催化了鍋爐壁的高溫氧化腐蝕。針對上述問題，提出了相應的預防對策，主要措施有以下兩點：將風向偏轉，使得燃料煤的燃燒更加充分；通過在鍋爐壁噴涂防腐蝕涂料，杜絕鍋爐壁與硫化氣體的直接接觸。

關鍵詞：超臨界；鍋爐水冷壁；高溫氧化腐蝕原因；對策；分析

中圖分類號：TK224.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）13-0045-01

近年來，我國發生了多次電站鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕事故。例如，2008年某發電廠檢修鍋爐時，鍋爐水冷壁嚴重遭受高溫氧化腐蝕，其中129根水冷壁管的厚度減薄超標，最薄的水冷壁管厚度僅有3mm。水冷壁管的變薄使鍋爐的強度大大降低，最終導致泄漏事故的發生。

1 高溫氧化腐蝕機理

高溫氧化腐蝕是一個復雜的物理化學過程，目前該過程仍處于探索階段，一般認為主要與下列因素有關：（1）爐膛中火焰的溫度；（2）燃煤的含硫量；（3）煙氣與灰顆粒的沖蝕。在發電鍋爐運行過程中，爐溫可達1600℃以上，由于燃煤中存有硫和其它有害雜質，水冷壁一般會受到高溫氧化腐蝕，參與高溫氧化腐蝕的危害物有燃燒過程中產生的SO2、SO3、H2S、HCl等，它們在各種溫度下可共同對管壁進行復雜的動態腐蝕，其中，硫化物是鍋爐高溫氧化腐蝕的主要因素。

黃鐵礦粉末與一些未燃盡的煤粉進入冷水壁區域，受熱分解：FeS2→FeS+[s] （1）

硫原子也可以由H2S和SO2反應生成：

2H2S+SO2→2H2O+3[s] （2）

高溫條件下，游離態的硫原子與鍋爐壁中的鐵產生反應：

Fe+[s]→FeS （3）

而且這種反應速度隨著壁溫的升高迅速加快。該發電廠在鍋爐大修檢查中發現：在水冷壁上存在這種單質硫，而且具有一定厚度，可進一步判斷該高溫氧化腐蝕為還原性氣體生成的硫化物型高溫氧化腐蝕。根據以上機理可看出，當發電爐內空氣動力場不良時，極有可能發生高溫氧化腐蝕現象，而前后墻對沖的鍋爐，往往前后墻腐蝕程度要比側墻輕很多，或者基本不發生腐蝕。

2 高溫氧化腐蝕原因分析

2.1 煤種的原因

高溫氧化腐蝕的最根本原因是硫元素，而硫元素主要來源于煤。因此，煤種是導致鍋爐高溫氧化腐蝕的最根本原因之一。高含硫量煤種的燃燒是發生氧化腐蝕性的主要原因。同時，我國電廠燃燒的貧煤燃燒性能較差，使得燃料在燃燒過程中生成部分還原氣體，催化了鍋爐的硫化，加快了高溫氧化腐蝕作用。

2.2 鍋爐內燃料燃燒時風粉分離

鍋爐內燃料燃燒時風粉分離是鍋爐普遍存在的問題。目前，燃燒鍋爐采用集束射流方式，這種方式會導致第一次的燃料沒有燃盡就被第二次燃料覆蓋，造成燃料無法充分燃燒。當然，可以通過提高燃料燃燒率的方法解決這一問題，如加大進風口的空氣流入。

2.3 管壁溫度

中間水冷壁屬兩側墻受熱，熱負荷較高，當管外壁有黏附物時，管壁溫度繼續升高。當管壁溫度超過300℃時，鋼管的氧化腐蝕速度會明顯加快。

3 防止高溫氧化腐蝕的措施

從上述描述可以知道，鍋爐高溫氧化腐蝕的主要原因在于煤種含硫量高導致含硫氣體的產生和鍋爐壁發生化學反應導致鍋爐壁的硫化；除此之外，鍋爐內燃料燃燒不充分，產生部分還原性氣體，促進鍋爐的硫化作用，加快了高溫氧化腐蝕。因此，具體的改造措施，有以下幾個方面：

3.1 送風改造促進風粉分離

將風送噴口旋轉一定角度，使得第二次風送的燃料與第一次風送的燃料對接，這樣可以最大程度地促進燃料的燃燒，減小還原性氣體生成，同時還可以很大程度地促進鍋爐內部的通風，減少內部的含硫氣體的濃度。送風改造促進風粉分離的主要原理：第一次風送燃料后，待燃料燃燒一段時間，旋轉風松口，將風送噴口旋轉180°，燃料的風送位置剛好與第一次相對應，使一二次燃料之間的覆蓋面積最小化，使得燃料充分燃燒，減少還原性氣體，削弱鍋爐冷水壁的腐蝕。同時，風送噴口的改變，促進鍋爐內氣體的流通，減小內部氣體的堆積，減弱化學反應。

3.2 鍋爐冷水壁自身的改造

鍋爐冷水壁的硫化主要原因在于鍋爐壁的鐵與鍋爐內氣體產生化學反應，若在鍋爐壁的表層增加一層保護膜，杜絕鍋爐壁中的鐵與鍋爐內氣體的直接作用，就可以從根源上杜絕冷水壁的高溫氧化腐蝕作用。鍋爐冷水壁的噴涂物質，必須耐高溫、耐磨，且不影響鍋爐本身的傳熱作用。

4 結語

通過多次對電站鍋爐冷水壁腐蝕進行實驗，并對鍋爐冷水壁的高溫氧化腐蝕機理與原因進行深入分析，結果表明，煤種含硫量高和燃料的不充分燃燒是鍋爐冷水壁高溫氧化腐蝕的最主要原因。從這兩點原因出發，提出了相應的防止鍋爐冷水壁高溫氧化腐蝕的措施，即盡可能讓燃料完全燃燒，減少鍋爐內還原性氣體產生，另外可以在冷水壁上涂敷耐腐蝕材料，杜絕壁與還原氣體的接觸，削弱高溫氧化腐蝕作用。

參考文獻

[1]施鑫.鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因及對策分析[J].科學之友，2013（11）：60-61.

[2]劉玉君.關于超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕的相關問題探討[J].建材與裝飾，2016（50）.