电站锅炉高温腐蚀产生的原因及防范措施
2010-04-24周新刚苗长信
周新刚，苗长信
（山东电力研究院，山东 济南 250002）
0 引言
高温腐蚀现象在贫煤锅炉上较为常见，其腐蚀速度有的高达2.5 mm/a以上，且多发生在燃烧器区域附近。对于腐蚀较严重的管子，电厂只能借助停机机会进行全部更换，这不仅增加了电厂的检修成本，而且还影响了锅炉运行的安全性。因此，对高温腐蚀问题的研究和解决是非常有必要的。
1 电站锅炉高温腐蚀的机理
电站锅炉常出现硫酸盐型高温腐蚀和硫化物型高温腐蚀［1］，以下详细介绍这两种高温腐蚀的机理。
1.1 硫酸盐型高温腐蚀的机理
硫酸盐型的腐蚀过程可分为五步：
（1）受热面生成一层薄的氧化铁（Fe2O3）铁锈和极细灰粒的沾污层，其厚度是有限的，实际上是金属的保护膜（因铁锈的氧化速度是较慢的）；
（2）在火焰高温作用下而升华的碱土金属氧化物（如Na2O和K2O等）冷凝在管壁的沾污层上，如周围烟气中有SO3，则会发生反应形成硫酸盐（Na2SO4或 K2SO4等）
（3）硫酸盐层增加，热阻加大，表面温度升高而开始发粘、熔化，并开始粘结飞灰，形成疏松的渣层，硫酸盐熔化时会放出SO3；
（4）所放出的SO3及烟气中的SO3会通过疏松的渣层向内扩散，发生如下反应：
3K2SO4（或 Na2SO4）+Fe2O3+3SO3→2K3Fe（SO4）3［或 Na3Fe（SO4）3］
此时管壁Fe2O3铁锈层被破坏，而K3Fe（SO4）在584℃下就会熔化，进一步氧化而使金属耗损。此时铁的腐蚀为
10Fe+2Na2Fe（SO4）3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4
Na2SO4或K2SO4的循环作用而使腐蚀不断进行。
（5）运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使得K3Fe（SO4）或 Na3Fe（SO4）3等暴露在高温火炬的辐射下而发生分解反应生成新的碱土金属硫酸盐层，在SO3作用下，不断使管壁受到腐蚀。
由此可看出，硫酸盐型腐蚀是在沾污积灰基础上，加上烟气中有SO3及燃料中存在着不少钠、钾化合物而产生的。
1.2 硫化物型高温腐蚀的机理
当管壁附近氧量不够，存在还原性气氛，并出现有H2S气体时，就会产生硫化物腐蚀。
（1）燃料中黄铁矿（FeS2）随灰粒和未燃尽煤粉一起冲到管壁上，受热分解出自由原子硫和硫化亚铁
此外，当管壁附近存在H2S和SO2时也可能生成［S］
（2）在还原性气氛中，由于缺氧，原子硫有可能单独存在，当管壁温度达到350℃时，会发生如下反应
（3）硫化亚铁进行缓慢氧化而生成黑色磁性氧化铁Fe3O4
这一过程使管壁受到腐蚀。
2 电站锅炉高温腐蚀的原因
从高温腐蚀产生的机理可看出，腐蚀性气体（SO2、SO3、H2S）、 还原性气氛以及高温是产生高温腐蚀的主要原因，因此电站锅炉发生高温腐蚀与这几点有必然联系。
2.1 煤质原因
由于煤炭资源供应紧张，电厂为了保证正常运营，在燃煤品质选择方面比较被动，高硫煤使用量增加，这为高温腐蚀的产生提供了条件；
对于部分挥发份低、灰分高的难燃煤，其着火燃烧推迟，在水冷壁附近未燃尽的煤粉增多，形成还原性气氛，也为高温腐蚀的产生提供了条件。
2.2 水冷壁管壁温度较高
随着机组容量的不断增大 （多在300 MW以上），温度和压力不断升高，水冷壁管子外壁温度也随之升高（一般最小在400℃以上），并且对于贫煤机组，锅炉的断面热负荷和容积热负荷都相对较大，这也为水冷壁管壁的高温提供了条件。有资料表明，在300～500℃的范围内，管壁外表面温度每升高50℃，烟侧的腐蚀程度将会增加1倍。
2.3 运行原因
（1）煤粉细度偏大。在燃用劣质煤时，为了维持磨煤机出力，往往会增大煤粉细度，这样不仅影响锅炉的经济性，而且在离心力的作用下煤粉刷墙，更易在炉壁附近产生还原性气体和腐蚀性气体。
（2）运行氧量值偏小。某些电厂的表盘显示氧量值大于实际氧量值，从而误导运行人员调整燃烧，增加炉内缺氧燃烧的可能性。
（3）一次风速偏高。电厂运行人员为了防止堵管而提高一次风速，如控制不好势必推迟着火，使得燃烧更加靠近水冷壁区域。
（4）燃用贫煤的机组一般采用钢球磨热风送粉，顶部加装燃尽风OFA和三次风，如果风门开度选择不合适，会造成燃烧器区中下部缺氧。
（5）各层风量分配不均，使炉膛燃烧区还原性气氛与氧化性气氛交替出现。
（6）目前机组多投AGC运行，该方式有时会出现较大的负荷变动，其势必影响炉内燃烧，造成煤粉燃烧效率降低，使得部分未燃煤粉黏结在水冷壁上发生高温腐蚀。
2.4 炉内燃烧工况原因
贫煤锅炉为了提高稳燃能力增大炉内切圆直径，这样会出现较高的贴壁风速，增加对水冷壁的冲蚀。
燃烧器安装角度偏差和一次风均匀性较差都会影响炉内空气动力工况，造成一定程度偏烧。
3 电站锅炉高温腐蚀的防范措施
3.1 煤质管理
严格控制入厂煤，尤其要特别注意挥发份、发热量以及含硫量等，尽量减少购买高硫煤。
3.2 设备维护
校验燃烧器的安装角度；定期标定表盘氧量值；定期标定一次风测量元件；定期校验各风门的内外开度指示。
3.3 运行调整
由于一次风管缩孔磨损，管道阻力发生变化，使得炉膛四角一次风均匀性变差，为此，在大修结束后进行一次风调平试验，保证各层一次风速偏差在5%以内。
在保证不堵管的前提下可适当降低一次风速。
可适当增加燃烧器区的供风量，降低上部的供风量，如减小上部风门开度，增大燃烧器区风门开度。
根据不同的煤质参数调整煤粉细度，力争燃用较细的煤粉。
3.4 加装烟气成分测点
在易产生高温腐蚀的区域可安装部分烟气成分测点， 检测该区域的烟气成分（O2、CO、SO3、SO2和H2S等），以指导运行人员进行燃烧调整。
3.5 喷涂处理
对高温腐蚀区域进行喷涂防腐涂料处理，这虽然不是治本的办法，但也可在一定程度上减缓腐蚀速度，从目前掌握的情况来看，防腐涂料的寿命可维持在一个大修周期，因此，这也不失为一个好的措施。
3.6 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，一般情况下以二次风作为侧边风的风源。采用侧边风的主要目的是改变水冷壁高温区域的还原性气氛，增加局部含氧量。该技术对炉内燃烧过程没有任何副作用，由于二次风分级，因此同时可降低氮氧化物［2］。
4 结论
通过对高温腐蚀产生机理的研究，可看出其与锅炉设计参数、煤种、运行和炉内空气动力工况等有关，为此，对于易产生高温腐蚀的锅炉，电厂技术人员应密切关注这些因素的变化，并有针对性的采取相应措施，以便将高温腐蚀的危害降到最低。
［1］ 岑可法.锅炉燃烧试验研究方法及测量技术［J］.水利电力出版社，1987（10）.
［2］ 丘纪华，刘永刚.对冲燃烧布置锅炉水冷壁高温腐蚀温度的研究［J］.华中理工大学学报，1999，27.
