关于超临界发电锅炉水冷壁高温氧化腐蚀的原因分析及对策

王敬东

摘 要：本文通过对超临界发电锅炉水冷壁高温氧化腐蚀机理的分析并对其机理的深度探讨，发现其锅炉水冷壁高温氧化腐蚀的原因是煤种含硫发生硫化反应和燃料的不充分燃烧，导致还原气体的生成，催化了锅炉壁的高温氧化腐蚀。针对上述问题，提出了相应的预防对策，主要措施有以下两点：将风向偏转，使得燃料煤的燃烧更加充分；通过在锅炉壁喷涂防腐蚀涂料，杜绝锅炉壁与硫化气体的直接接触。

关键词：超临界；锅炉水冷壁；高温氧化腐蚀原因；对策；分析

中图分类号：TK224.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）13-0045-01

近年来，我国发生了多次电站锅炉水冷壁高温氧化腐蚀事故。例如，2008年某发电厂检修锅炉时，锅炉水冷壁严重遭受高温氧化腐蚀，其中129根水冷壁管的厚度减薄超标，最薄的水冷壁管厚度仅有3mm。水冷壁管的变薄使锅炉的强度大大降低，最终导致泄漏事故的发生。

1 高温氧化腐蚀机理

高温氧化腐蚀是一个复杂的物理化学过程，目前该过程仍处于探索阶段，一般认为主要与下列因素有关：（1）炉膛中火焰的温度；（2）燃煤的含硫量；（3）烟气与灰颗粒的冲蚀。在发电锅炉运行过程中，炉温可达1600℃以上，由于燃煤中存有硫和其它有害杂质，水冷壁一般会受到高温氧化腐蚀，参与高温氧化腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S、HCl等，它们在各种温度下可共同对管壁进行复杂的动态腐蚀，其中，硫化物是锅炉高温氧化腐蚀的主要因素。

黄铁矿粉末与一些未燃尽的煤粉进入冷水壁区域，受热分解：FeS2→FeS+[s] （1）

硫原子也可以由H2S和SO2反应生成：

2H2S+SO2→2H2O+3[s] （2）

高温条件下，游离态的硫原子与锅炉壁中的铁产生反应：

Fe+[s]→FeS （3）

而且这种反应速度随着壁温的升高迅速加快。该发电厂在锅炉大修检查中发现：在水冷壁上存在这种单质硫，而且具有一定厚度，可进一步判断该高温氧化腐蚀为还原性气体生成的硫化物型高温氧化腐蚀。根据以上机理可看出，当发电炉内空气动力场不良时，极有可能发生高温氧化腐蚀现象，而前后墙对冲的锅炉，往往前后墙腐蚀程度要比侧墙轻很多，或者基本不发生腐蚀。

2 高温氧化腐蝕原因分析

2.1 煤种的原因

高温氧化腐蚀的最根本原因是硫元素，而硫元素主要来源于煤。因此，煤种是导致锅炉高温氧化腐蚀的最根本原因之一。高含硫量煤种的燃烧是发生氧化腐蚀性的主要原因。同时，我国电厂燃烧的贫煤燃烧性能较差，使得燃料在燃烧过程中生成部分还原气体，催化了锅炉的硫化，加快了高温氧化腐蚀作用。

2.2 锅炉内燃料燃烧时风粉分离

锅炉内燃料燃烧时风粉分离是锅炉普遍存在的问题。目前，燃烧锅炉采用集束射流方式，这种方式会导致第一次的燃料没有燃尽就被第二次燃料覆盖，造成燃料无法充分燃烧。当然，可以通过提高燃料燃烧率的方法解决这一问题，如加大进风口的空气流入。

2.3 管壁温度

中间水冷壁属两侧墙受热，热负荷较高，当管外壁有黏附物时，管壁温度继续升高。当管壁温度超过300℃时，钢管的氧化腐蚀速度会明显加快。

3 防止高温氧化腐蚀的措施

从上述描述可以知道，锅炉高温氧化腐蚀的主要原因在于煤种含硫量高导致含硫气体的产生和锅炉壁发生化学反应导致锅炉壁的硫化；除此之外，锅炉内燃料燃烧不充分，产生部分还原性气体，促进锅炉的硫化作用，加快了高温氧化腐蚀。因此，具体的改造措施，有以下几个方面：

3.1 送风改造促进风粉分离

将风送喷口旋转一定角度，使得第二次风送的燃料与第一次风送的燃料对接，这样可以最大程度地促进燃料的燃烧，减小还原性气体生成，同时还可以很大程度地促进锅炉内部的通风，减少内部的含硫气体的浓度。送风改造促进风粉分离的主要原理：第一次风送燃料后，待燃料燃烧一段时间，旋转风松口，将风送喷口旋转180°，燃料的风送位置刚好与第一次相对应，使一二次燃料之间的覆盖面积最小化，使得燃料充分燃烧，减少还原性气体，削弱锅炉冷水壁的腐蚀。同时，风送喷口的改变，促进锅炉内气体的流通，减小内部气体的堆积，减弱化学反应。

3.2 锅炉冷水壁自身的改造

锅炉冷水壁的硫化主要原因在于锅炉壁的铁与锅炉内气体产生化学反应，若在锅炉壁的表层增加一层保护膜，杜绝锅炉壁中的铁与锅炉内气体的直接作用，就可以从根源上杜绝冷水壁的高温氧化腐蚀作用。锅炉冷水壁的喷涂物质，必须耐高温、耐磨，且不影响锅炉本身的传热作用。

4 结语

通过多次对电站锅炉冷水壁腐蚀进行实验，并对锅炉冷水壁的高温氧化腐蚀机理与原因进行深入分析，结果表明，煤种含硫量高和燃料的不充分燃烧是锅炉冷水壁高温氧化腐蚀的最主要原因。从这两点原因出发，提出了相应的防止锅炉冷水壁高温氧化腐蚀的措施，即尽可能让燃料完全燃烧，减少锅炉内还原性气体产生，另外可以在冷水壁上涂敷耐腐蚀材料，杜绝壁与还原气体的接触，削弱高温氧化腐蚀作用。

参考文献

[1]施鑫.锅炉水冷壁高温腐蚀原因及对策分析[J].科学之友，2013（11）：60-61.

[2]刘玉君.关于超临界锅炉水冷壁高温腐蚀的相关问题探讨[J].建材与装饰，2016（50）.