1 000 MW超超临界锅炉高温腐蚀原因分析及防治对策

陈 杰，姜 波，丁 杨

（1.华电国际邹县发电厂，山东 济宁 273522；

2.山东电力集团公司电力科学研究院，山东 济南 250002；3.华能沾化热电有限公司，山东 滨州 256800）

0 引言

电站锅炉水冷壁区域高温腐蚀是燃煤发电厂普遍存在的问题，也是影响电力安全生产的主要因素之一［1］。高温腐蚀即金属高温受热面在高温烟气环境下在管壁温度较高处所发生的烟气侧金属腐蚀，腐蚀可使水冷壁壁厚减薄，强度降低，容易造成爆管、泄漏等事故，导致机组发生非计划停运，严重影响火电机组运行的安全性、经济性以及整个电网的安全生产和调度［2-3］。

1 设备概述

邹县电厂8号机组于2007年6月投产，锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司、BHK、BHDB制造的DG3000/26.15型，额定蒸发量时锅炉主要参数：蒸发量为2 888.5 t/h，过热器出口蒸汽压力为26.11 MPa（a），过热器出口蒸汽温度为605℃，省煤器进口给水温度为298.5℃。采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏型。

制粉系统采用正压直吹式，配6台BBD-4360型双进双出钢球磨；燃烧器为低NOx旋流式HTNR3煤粉燃烧器，分上下3层，共48只，前后墙对冲布置；配风采用有内分隔仓的大二次风箱，并设有燃尽风。设计煤种为兖矿煤和济北煤矿的混煤，设计煤种的收到基硫Star不大于0.6%。

水冷壁分为上下两部分，下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部水冷壁）采用螺旋盘绕膜式管圈，上部水冷壁为垂直管段，水冷壁各部位的设计管材见表1。

表1 水冷壁各部位的设计管材

炉膛下部水冷壁形式 垂直上升膜式管屏前墙536根、侧墙2×244根、凝渣管66根、后墙折焰角及水平烟道底部共534根、水平烟道侧墙前 2×43根材质 SA-335P12管子根数

2012年2月机组检修时发现两侧墙水冷壁标高18.8～45 m存在较严重的高温腐蚀现象，其中，侧墙水冷壁的高温腐蚀情况如图1所示，经测厚检查共有109根水冷壁管减薄超标，部分水冷壁的检查情况见表2。检修中将所有的超标管段更换（规格：Φ38.1 mm×7.5 mm；材质为 SA-213T2），并对两侧墙水冷壁标高30.4～45 m区域以中间吹灰孔为中心两侧各3.5 m进行耐磨防腐蚀喷涂，总计面积约204.4 m2。经分析，水冷壁垢中含有大量Fe3O4和少量的FeO及Fe2O3，腐蚀产物中的含硫量较高。

图1 侧墙水冷壁高温腐蚀图

表2 部分水冷壁检查情况

2 水冷壁高温腐蚀原理及过程

高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程，虽然目前还不能解释得十分确切，但一般认为主要与炉膛火焰温度、燃煤含硫量、烟气与灰颗粒的冲蚀有关［4］。其中，硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素。从8号炉水冷壁腐蚀情况看，主要是硫化物型高温腐蚀。

硫化物型高温腐蚀主要发生在管壁附近呈还原性气氛和有H2S存在的条件下，其反应过程如下。

1）黄铁矿粉末随高温烟气流到管壁，在还原性气氛下受热分解释放出硫化亚铁和自由原子硫：

当管壁附近有一定浓度的H2S和SO2时也可能生成自由原子硫：

在还原性气氛下，由于缺氧，自由原子硫可单独存在。当管壁温度达到350℃以上时，自由原子硫与铁反应生成硫化亚铁，管壁受到腐蚀，其反应式为：

当炉内燃烧不良，造成局部供氧不足时将产生较多的H2S气体。H2S气体会加快硫化物型高温腐蚀，与磁性氧化铁中复合的氧化亚铁反应生成硫化亚铁，直接腐蚀金属管壁，其反应式为：

3 水冷壁腐蚀的原因分析

根据邹县发电厂8号机组水冷壁发生高温腐蚀，结合国内外相关研究［1，5，6］综合分析。

3.1 燃料性质的变化

自投产之后，该炉燃用的煤种除了设计煤种，还经常燃用高硫分的汽车煤，个别煤种的含硫量常常大于2%，甚至达到3%。该煤种发热量高，易着火，燃烧剧烈，造成了炉膛燃烧区域温度偏高，燃烧中心温度在1 700℃以上，而燃用设计煤种时，炉膛中心温度则在1 500℃左右。有关资料显示，管壁温度在300～500℃范围内，每升高50℃，管壁腐蚀增加一倍。因此，腐蚀速度明显加快。

3.2 炉膛缺氧燃烧

由于空预器腐蚀堵灰、漏风严重等原因，锅炉在相应负荷下，氧量指示很小，严重偏离规定值，在此情况下，煤粉不完全燃烧加剧，炉膛还原性气氛浓厚，结焦加剧，可燃硫以及硫化氢等气体含量增高，硫的完全燃烧发生困难，因而硫或硫化氢产生的游离硫与金属产生剧烈的反应，从而引起管子腐蚀。

此外，小指标考核对氧量影响也比较大。风机电耗、制粉单耗控制较严，运行人员人为降低辅机电耗，往往采用减少送风量的办法，使锅炉运行缺氧燃烧。

3.3 炉膛火焰偏斜

8号炉自投产以来，燃烧优化和空气动力场一直没有得到很好的调整和实验，造成炉内燃烧不均匀，火焰偏斜，屏过两侧汽温偏差大，整个火焰中心偏右侧，造成右侧管壁温度处于高限附近。长期运行下来，燃烧工况恶化，容易引起超温，加剧腐蚀。

3.4 一、二次风影响

由于风门的调节特性差、传动机构动作不够线性、风门开度不均匀、卡涩等不利因素的存在，使得一、二次风分配不均匀，炉内燃烧不均匀，进而在煤粉浓度高的部位可能出现缺氧、喷嘴周围结焦变形，造成炉内燃烧工况恶化、汽温或者壁温超限，从而加快腐蚀。

4 防止水冷壁高温腐蚀的运行措施

原则上掺烧兖矿火车煤，确保掺烧后的平均入炉煤Sar.zs≯0.2%，确保上层制粉系统对应煤仓入炉煤硫含量Sar.zs≯0.3%。

锅炉正常运行中，严格控制氧量在规定范围内，严禁锅炉采用低氧燃烧方式。严格控制好一、二次风配比，保持配风比率、风速、风温符合规定，控制燃尽风开度不高于40%，尽量提高燃烧器区域氧量。氧量与负荷的对应关系按表3控制。

表3 氧量与负荷的对应关系

投入运行的制粉系统各自动控制，注意检查火焰监测器、燃烧器套筒挡板、磨煤机一次风关断挡板、分离器出口挡板的运行状态，就地检查各燃烧器、二次风箱、风门运行情况，发现问题及时联系处理。正常运行时，及时检查炉内燃烧工况，保持炉内燃烧稳定，火焰应呈光亮的金黄色，不偏斜，不刷墙，具有良好的火焰充满度。

锅炉正常运行，将炉膛负压、风量投入自动控制，炉膛负压维持 -100 Pa左右，严禁锅炉正压运行，防止火焰贴壁燃烧。 炉膛各人孔门、观察孔应关闭严密，发现炉膛及尾部烟道漏风，及时联系封堵，防止因锅炉漏风，影响燃烧器区域的氧量水平。

正常运行中，将螺旋水冷壁、上部水冷壁温度做好曲线，实时监视壁温变化趋势，壁温高时，及时调整，防止出现壁温超限，两侧壁温偏差大时，及时查明原因，调整两侧壁温基本一致。

机组在正常运行中，尽量增大下层磨出力，减小上层磨出力，降低火焰中心，降低高温腐蚀区域温度水平。增带负荷时，应先增风、后加煤，减负荷时，先减煤、后减风，根据运行磨煤机出力情况，及时启动备用磨煤机，防止炉膛局部区域热负荷过度集中。

5 结语

针对1 000 MW超超临界锅炉发生水冷壁高温腐蚀问题，根据事故现场及运行数据分析发生腐蚀的主要原因，从运行调整方面提出了改进建议及具体措施。