与锅炉“高温腐蚀”说再见

时间：2019-12-31

燃煤电站锅炉的水冷壁、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，并且严重影响了电厂的安全运行，是造成机组非正常停机的一个重要因素。
1  高温腐蚀产生的一般机理
水冷壁烟气侧高温腐蚀的过程比较复杂，目**般认为高温腐蚀的发生与下列因素有关：
燃煤含硫量高；
含有可燃物的煤粉火焰直接冲刷壁面；
水冷壁经常处于还原性气氛中等。
煤的含硫量高时，水冷壁外部沉积物的化学构成易于促成高温腐蚀的发生。
如果水冷壁管壁外部经常遭受含有大量未燃尽煤粉火焰的冲刷，使硫化亚铁（FeS2）随煤粉颗粒或灰份粘附在管壁上，经炉内催化形成的原子S和SO3会使水冷壁产生高温腐蚀；
在缺氧的情况下如果水冷壁面附近的还原性气体H2S和CO的含量较高时，也会使水冷壁产生高温腐蚀。
据研究表明，在还原性气氛下，烟气中H2S的浓度大于0.01%时，会对钢材产生强烈的腐蚀作用，特别是在300℃～500℃范围内，其腐蚀性较强。
2  防止发生高温腐蚀的措施
针对燃用煤质中含硫量较高的特点，采取了具有针对性的措施，以防止锅炉发生高温腐蚀、避免在炉膛高温区域出现火焰贴壁和还原性气氛：
1）防止水冷壁发生高温腐蚀措施
a．合理选取热力参数和炉膛结构参数，炉膛出口温度适当。
选取合理的边排燃烧器到侧水冷壁距离，下排燃烧器到冷灰斗拐点距离，可避免火焰直接冲刷水冷壁，防止炉膛水冷壁结渣和产生高温腐蚀。
选取合适的上排燃烧器至屏底距离，控制屏底烟温在较低水平，避免管屏高温腐蚀。
b．合理选择优化内螺纹管的参数，能增强工质侧的传热，降低水冷壁管表面温度水平，防止高温腐蚀发生。
c．燃烬风采用优化的双气流结构和布置形式，燃烬风风口包含两股气流：*部位的气流是非旋转的气流，它直接穿透进入炉膛中心，补充燃烬所需空气；边部风口采用旋转气流，在水冷壁面形成氧化性气氛，有效防止煤粉粒子冲刷水冷壁。
同时，燃烬风口的布置较优化的布置形式，使燃烬风沿炉宽方向覆盖了整个一次风，防止出现煤粉颗粒逃逸现象，可有效防止燃烧器区域靠近两侧墙处产生高温腐蚀。
d．优化燃烧器扩展锥的角度，防止火焰的过早扩散对水冷壁的冲刷。
e．合理布置燃烧器，使燃烧器距离侧墙以及冷灰斗具有足够的距离，防止火焰冲刷水冷壁。
f．优化燃尽风的布置，在布置主燃尽风的基础上，在靠近侧墙布置侧燃尽风，形成低温的风屏，保护火焰冲刷侧墙。
g．上述措施对减轻水冷壁高温腐蚀有一定效果，但还不能根治。
根据某电厂300MW“W”炉和某电厂600MW“W”炉燃烧高硫无烟煤的设计经验，推荐用户水冷壁和高温受热面的做抗腐蚀喷涂处理，尽管做喷涂处理的一次性投资高，但可避免因腐蚀减薄而频繁停炉换管，对长期运行来说还是合算的。
2）防止对流受热面发生高温腐蚀措施
a．合理布置受热面位置，使工质温度高的受热面处于烟温相对较低的区域。
烟气从炉膛出口依次冲刷到屏式过热器、高温过热器、高温再热器，这几级受热面中工质的温度是由低到高的；另外烟温较高区域的屏式过热器、高温过热器和高温再热器的受热面采用顺流布置，入口处的烟温较高。
这样可以保证受热面管表面的温度处于较低的水平，较低的壁温能够有效的防止高温腐蚀。
b．采用节流圈减少管间偏差，控制受热面壁温水平，使其低于高温腐蚀发生的温度，能够有效避免高温腐蚀。
c．受热面管选材中注意采用了抗腐蚀性能良好的钢材。屏式过热器、高温过热器和高温再热器管材都采用了大量的SA-213TP347H奥氏体不锈钢。
3  防止发生高温腐蚀的实例
1）某厂一期、二期2×300MW锅炉
工程设计煤种的收到基含硫量为2.9%，校核煤1含硫量为4.5%，校核煤2含硫量为2.86%。为了防止水冷壁高温腐蚀，采用了如下一系列措施：
（1）在水冷壁高温区域，向火面水冷壁采用热喷涂铝技术，通过热喷涂铝的方法，在管壁表面形成一薄铝层，靠铝层表面形成的一层致密的Al2O3达到防腐蚀目的。
（2）采用水平浓淡燃烧器，向火面为浓粉一次风，背火面为淡煤粉一次风，使水冷壁附近保持氧化性气氛。
（3）采用小切圆，每一角燃烧器分两组水平浓淡燃烧器，较高的一次风率、周界风率及一次风速和周界风速等，以防止火焰冲刷水冷壁。
（4）大炉膛、燃烧器分两组等以降低炉膛壁面热负荷。
（5）运行时注意均匀配风，防止火焰偏斜贴壁。
一期两台炉分别于1999年和2000年投产，二期两台炉于2004年投产，水冷壁运行情况良好。
2）某厂一期、二期2×300MW“W”型火焰锅炉
工程设计煤种的收到基硫分为：2.29%，实际运行煤质有一定波动，一般在2.5～2.7％，有时可达到4％。四台炉投产时间为：1998年12月、1999年8月、2003年3月、2003年8月。较初投运时水冷壁没有进行喷涂，运行一段时间后在上炉膛直管区普遍出现腐蚀减薄，主要在炉拱上方没有卫燃带覆盖的区域，侧墙更加严重，腐蚀速度达到1.5mm/年。后来电厂在水冷壁侧墙做了**音速喷涂，喷涂材料为CT45（一种镍基的铬镍合金），运行情况良好。在分隔屏下部也出现过高温腐蚀，电厂于1999年对#2炉的分隔屏腐蚀区域做了一次喷涂，但该涂层只防腐不防磨，在运行一段时间后就被磨掉了，2004年电厂又找国内另外一个厂家做了喷涂，这次的喷涂材料不仅防腐，还耐磨，运行效果良好。
3）某厂三期2×600MW“W”型火焰锅炉
三期工程的设计煤种含硫量为4.06%，校核煤种Ⅰ含硫量为3.47%，校核煤种Ⅱ含硫量为5.08%，一期和二期的实际运行煤的含硫量也基本在这个范围内。一期的两台炉为法国Alstom设计制造的360MW“W”火焰锅炉，分别于91年和92年投产，运行后不久燃烧器区域普遍腐蚀减薄，出现了较频繁的爆管。电厂于97年请一家美国公司做了喷涂，喷涂区域在炉拱以下，喷涂材料为铬镍合金，效果非常好。二期的两台炉与一期炉型相同，于98年投产，也同样做了喷涂，运行至今未出现因腐蚀导致的爆管。高温受热面均采用悬挂屏型式，不在燃尽区布置受热面，也未做特殊防腐处理，运行后一直未发现有高温腐蚀现象。根据电厂一期、二期锅炉采用合金喷涂防止水冷壁高温腐蚀的成功经验，提出了针对珞璜三期的喷涂方案，得到了用户的认可。
综上所述，根据实际设计燃用高硫份煤质电厂锅炉的经验：
1. 精心设计锅炉炉膛、燃烧设备，并精心组织燃烧，避免火焰刷墙、炉膛壁面出现还原性气氛，同时可适当采取有效的水冷壁喷涂措施，可有效降低水冷壁高温腐蚀。
2. 避免在高烟温的燃尽区布置过热器受热面，高温段过热器、再热器采用抗腐蚀性能良好的材料，设计中尽量减少管间偏差、降低管壁温度，可有效降低对流受热面高温腐蚀
3. 并同时推荐用户采取有效的喷涂措施，可以更好的防止锅炉高温腐蚀。

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