某厂300MW机组1号锅炉高温腐蚀原因分析及预防

摘 要：某厂300MW机组1号锅炉水冷壁自進行脱硝低氮燃烧改造之后，两侧墙水冷壁管壁高温腐蚀减薄严重，近期发生一次水冷壁泄漏事故，导致机组非停。本文通过对高温腐蚀现象原因的分析，并提出相应预防措施，防止该现象的再次发生，从而保证机组安全经济运行。

关键词：锅炉 水冷壁 高温腐蚀 控制措施

1前言

某厂300MW1号锅炉为北京巴威公司按照美国B&W公司技术生产的双调风旋流燃烧器W火焰锅炉。锅炉为双拱型单炉膛平衡通风、露天布置、全钢架结构，一次中间再热、亚临界参数、自然循环单汽包锅炉。锅炉型号为B&WB—1025/17.4—M。锅炉配置B&W专门用于燃用低挥发份燃料的浓缩型EI—XCL低NOX双调风旋流燃烧器。尾部设置分烟道，锅炉本体采用露

天戴帽布置，固态连续排渣。在尾部竖井下设置两台三分仓容克式空气预热器，采用烟气挡板调节再热器出口汽温。锅炉设计煤种为贵州毕节地区金沙无烟煤（表1），燃用煤种属于高灰、高硫煤。2013年11月由北京巴威对1号炉进行了脱硝低氮燃烧改造，其中燃烧系统主要是从二次风箱引出部分热风至在上炉膛区域作为燃尽风。燃烧改造后，脱硝反应器入口NOx浓度得到大幅降低。2018年，该厂300MW机组1号炉发生一次水冷壁高温腐蚀管壁减薄爆管事故，此次水冷壁始漏点位于锅炉B侧侧墙水冷壁卫燃带与水冷壁管交界处，墙标高26100mm，炉前至炉后第40和43根管子。该锅炉水冷壁原管子规格为φ60×6.5mm，材质为25MnG内螺纹管。停炉检查，炉膛水冷壁管向火侧减薄严重，且具有一定的方向性。爆管段及相邻管段（向火侧）通过测厚发现都存在不同程度的减薄现象，局部最薄处为1.26mm，表明水冷壁管存在严重的高温腐蚀和火焰冲刷现象。

2高温腐蚀形成机理

电站锅炉水冷壁的高温腐蚀一般表现为硫化物型高温腐蚀。其主要是H2S以及游离态硫[S]与管壁基体金属铁以及铁的氧化物发生反应生成铁的硫化物的现象。硫化物型高温腐蚀主要发生在火焰冲刷水冷壁的情况下。当煤中含有黄铁矿（即硫化铁FeS2），火焰直接冲刷水冷壁时，部分未燃烬的煤粉颗粒灰黏附在水冷壁上，硫化铁由于受热而分解形成单质硫和硫化亚铁：

FeS2→FeS+[S]

在还原性气体中，游离态的硫原子可单独存在。当管壁温度达到350℃以上时，游离态的原子硫与铁反应生成硫化亚铁，使管壁受到腐蚀，其腐蚀过程为：

Fe+[S]→FeS

在炉膛内的还原性气氛中，H2S气体可加快硫化物型高温腐蚀，并直接腐蚀金属管壁，其化学反应为：

FeO+H2S→FeS+H2O

此外，硫化亚铁还会被氧化，形成磁性氧化铁Fe3O4和SO2，而生成的SO2在飞灰中催化剂的催化作用下，反应生成SO3，使烟气中SO3气体的含量增加，进一步加剧了硫酸盐型高温腐蚀，即：

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

由此看出，燃煤中含有较多的FeS2，火焰直接冲刷水冷壁和管壁附近为还原性气氛，是产生硫化物型高温腐蚀的条件。

3高温腐蚀原因分析

3.1燃煤含硫量较高

由于市场经济影响，该厂入炉煤质发生大幅度波动，入炉实际煤质与设计煤质中的硫份含量差异较大（表2），实际煤质中硫含量最高时达到2.5%，是设计的入炉煤质0.99%的2倍多。高硫份煤中的硫元素是硫化物型高温腐蚀的根源。高硫煤产生的大量H2S、SO2、SO3和原子硫不仅破坏管壁的氧化铁保护膜，且还侵蚀管子表面，致使金属管壁不断减薄。高硫含量的煤质是造成此次高温腐蚀的主要原因。

3.2缺氧燃烧

为满足环保要求，该厂2013年对机组进行了脱硝改造，为配合脱硝改造，对锅炉燃烧进行了低氮燃烧改造。锅炉在运行中炉膛燃烧区域处于缺氧燃烧状态，煤粉在炉膛内缺氧燃烧形成的还原性气氛对锅炉水冷壁的腐蚀影响非常大。一方面，还原性气氛可以使原子硫S渗透到水冷壁的氧化膜中，并发生反应，产生疏松多孔的铁的氧化物，从而加速腐蚀的过程;另一方面，还原性气氛对腐蚀性气体H2S的生成起促进作用。

3.3燃烧器缺风、火焰冲刷水冷壁

由于该厂脱硝催化剂堵塞、损坏严重，造成喷氨量加大。资料显示，过量的喷氨会增加脱硝系统和空预器的堵塞;堵塞的脱硝系统和空预器增加了烟道的阻力，阻力加大使得机组在高负荷时引风机出力不足，炉内燃烧处于缺氧燃烧运行;其次由于脱硝处理能力下降，为控制炉膛NOx生成，锅炉长时间风量加不起来，也造成燃烧器缺风的另一个原因。燃烧器长时间处于缺风状态运行会造成火焰下冲距离偏远，形成火焰冲刷水冷壁的现象。

3.4水冷壁无防腐材料、管壁温度高

资料显示，亚临界锅炉饱和水温约为360℃，水冷壁的外壁温可达400℃或更高。壁温越高，高温腐蚀将越严重。通过停炉对水冷壁管进行检查，侧墙卫燃带与水冷壁管交界处管壁腐蚀减薄严重，且中间减薄多，两侧减薄少。而锅炉卫燃带损坏也是侧墙中部损坏较多，两端损坏较少。

由于水冷壁卫燃带的损坏，造成水冷壁管屏直接与炉膛烟气中H2S气体和原子硫S接触而发生腐蚀反应，造成管屏减薄。其次由于卫燃带损坏，水冷壁在此处的吸热加强，造成管壁温度较高，加速水冷壁腐蚀。

4防止高温腐蚀的措施

4.1加强配煤管理，控制入炉煤质硫份含量，减少炉膛硫化物的生成。

4.2优化磨机出力，降低煤粉细度，加强煤粉取样管理，根据煤粉细度，调整磨机钢球配比，及时对磨机分离器、回粉管进行疏通，保证磨机出力，控制煤粉细度，提高煤粉的着火及燃尽性能。

4.3对锅炉炉膛水冷壁卫燃带进行修复，减少锅炉管屏直接与炉膛烟气接触，同时对水冷壁易发生腐蚀的区域进行喷涂，提高抗高温腐蚀的性能。

4.4利用停炉机会，对锅炉燃烧器进行检查、修护，减少燃烧器缺损、变形造成冲刷水冷壁的可能。

4.5加强炉膛配风管理，控制炉膛氧量在合适范围内，避免炉膛缺氧燃烧严重，形成过多还原性气氛。

4.6加强燃烧配风及燃烧器内外二次风调整，通过调整燃烧器火焰行程，减少火焰行程太长冲刷水冷壁的可能。

4.7 利用等级检修机会进行贴壁风改造，改善侧墙区域的还原性气氛，消除腐蚀减薄导致泄漏的安全隐患。

5结束语

在当前煤质环境下，特别是低氮燃烧改造之后，锅炉存在不同程度的水冷壁腐蚀管壁腐蚀减薄现象。管壁的腐蚀减薄，既给机组安全运行带来隐患，也增加了机组的运行成本。通过对锅炉水冷壁腐蚀原因的研究，探讨出减少水冷壁腐蚀的措施，无疑对保证机组安全、经济运行具有重要的意义。

作者简介：

罗元辉，男，汉，贵州遵义，1974.0818，大专，工作单位：贵州西电电力股份有限公司黔北发电厂 ，职称：工程师。主要研究方向或者从事工作：火力发电厂集控运行 邮编：551800