摘要：高温腐蚀现象很容易出现于火电机组锅炉水冷壁处，多种原因均可能引发这类现象。基于此，本文以某火力发电厂1000 MW超超临界机组直流锅炉作为研究对象，并基于锅炉水冷壁高温腐蚀原因，深入探讨锅炉水冷壁高温腐蚀防治方法，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。
关键词：1000 MW超超临界机组；高温腐蚀；水冷壁
1.设备概况
以某电厂1000 MW超超临界机组作为研究对象，锅炉为直流锅炉，由东方锅炉厂制造锅炉采用微油点火。微油枪布置在A层燃烧器内，油枪采用压缩空气雾化，点火装置采用高能点火，微油枪出力为150kg/h。A磨煤机启动一次风采用蒸汽加热方式，从右侧热一次风母管上接出旁路风道，空气加热后引至A磨煤机入口风道。为了保障锅炉低负荷、事故情况下稳燃和微油点火系统故障时启动，锅炉设置3层共24支大油枪，分别布置在B、D、F层燃烧器内。大油枪采用机械雾化，出力为1.0t/h。点火及助燃用油为#0轻柴油。设置全焊接式膜式水冷壁的整个炉膛，由上部垂直上升膜式管屏水冷壁和下部螺旋上升膜式管屏水冷壁组成。
2.锅炉水冷壁高温腐蚀机理
锅炉水冷壁高温腐蚀主要与煤质成分、水冷壁附近的温度、气体成分、煤粒 （及燃烧后产生的灰粒）的运动状态有关。按其机理可分为两大类： 硫化物（H2S，SO2）型腐蚀和硫酸盐（M2SO4）型腐蚀。由于燃煤中含有的硫（S）和氢（H）等物质，在燃烧过程中发生反应生成硫化氢 （H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）等物质，高温下的硫化氢（H2S）对铁质材料有很强的腐蚀性；而三氧化硫（SO3）则会破坏金属管壁上的氧化保护层（Fe2O3），进一步加剧高温腐蚀。
还原性气氛造成高温腐蚀的原理为: 在还原性气氛中，由于缺氧，使炉膛壁面处于含有还原性气体 ( CO， H2) 和腐蚀性气体( H2S) 的烟气中，煤质中含 有的 FeS2 受热分解出 S，没有完全燃烧的游离 S 和 SOx 与金属管壁发生反应，引起管壁高温腐蚀，如 S 在高温下与 Fe 发生反应，生成 FeS［2－3］; FeS 缓慢氧 化生成含磁性的 Fe3O4，对金属进行腐蚀。其反应 式为［4］ FeS2 = FeS + S， Fe + S = FeS， 3FeS +5O2 = Fe3O4 +3SO2。
多年的研究表明，前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀通常发生在两侧墙，两侧墙水冷壁长期受到高温烟气的冲刷，煤粉贴壁燃烧，导致水冷壁壁面温度升高，还原性气氛浓度升高，从而造成了水冷壁的高温腐蚀。
3.锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析
3.1水冷壁高温腐蚀及处理情况
某电厂1000 MW超超临界机组投入商业运行开展等级检修时，技术人员发现锅炉螺旋水冷壁高温腐蚀现象存在于两侧墙燃尽风区域的两侧墙吹灰器旁水冷壁处，主燃烧器区域有局部高温腐蚀，炉膛前墙螺旋水冷壁管壁表面存在0.5~2.0mm厚度的积灰及结垢，呈层状，基层有煤粉；后墙呈铁锈红色，未发现腐蚀现象。腐蚀部位原φ38×7.5mm的螺旋水冷壁管壁厚下降至平均5.7~5.8mm。检修更换了6.00mm以下厚度的水冷壁，共涉及多处管段，同时采用向火面金属喷涂处理的方式处理6.0~6.8mm厚度的受腐蚀管子。
3.2高温腐蚀原因分析
开展针对性分析可以发现，锅炉水冷壁高温腐蚀原因可细分为4个方面。
（1）还原性气氛影响。为满足不断提升的环保要求，分级配风、分级燃烧属于主流的锅炉运行方式，煤粉颗粒越大，越不易燃尽，容易在金属壁面附近形成还原性气氛，产生高温腐蚀。
（2）燃煤品质差。
电厂曾一段时间使用高灰分煤和高硫煤，大量的原子硫、SO2、SO3、H2S因高硫煤产生，燃煤中硫、碱金属及其氧化物含量越大，燃烧过程中产生的硫化 物及碱性物质浓度就越高，出现高温腐蚀的可能性就越大，管子表面因此被侵蚀，管壁的Fe2O3保护膜也被严重破坏，不断减薄的金属管壁自然会因此出现。
（3）管壁超温现象。硫化氢（H2S）的腐蚀性在300℃以上逐渐增强，温度每升高 50℃，腐蚀性增加一倍；燃烧区域水冷壁温度约350℃，烟气侧温度 可达420℃。研究表明，烟气中的CO浓度越大，高温腐蚀就越严重， H2S浓度浓度大于0.01%时，就会对钢材产生强烈的腐蚀作用；管壁超温现象会出现于管壁超温正常情况下，如存在200MW以上连续变动的机组负荷，20~30t较大超调的锅炉给煤量会因此出现，局部壁温增高的水冷壁将导致高温腐蚀加剧。
（4）火焰冲刷水冷壁。由于对冲燃烧锅炉的流场特点，空气和煤粉混合物通过对称布置在前后墙的燃烧器喷射进炉膛，空气和煤粉混合物着火后在炉膛中心相撞并快速的向四周排挤，其中一侧高温烟气向水冷壁排挤，并连续不断的冲刷水冷壁，由此产生高温腐蚀。其一，高温烟气使水冷壁壁 面还原性气氛增强，水冷壁壁面温度升高，容易发生硫化物高温腐蚀； 其二，未燃尽的煤粉颗粒和燃烧后产生的灰粒随高温烟气冲刷水冷壁， 造成水冷壁管磨损减薄。
4.锅炉水冷壁高温腐蚀防治方法
4.1科学控制燃料
为实现锅炉水冷壁高温腐蚀防治，燃料的科学控制极为关键。因此，入炉燃烧需排除1%以上硫分的高硫煤，低硫煤需尽量选用。如无法改变煤种，高硫煤的影响降低可基于掺烧方式实现。通过科学的掺烧，合理控制入炉煤平均硫分，即可顺利实现锅炉水冷壁高温腐蚀防治。
4.2严格执行氧量调节标准
对于正常运行的机组，氧量调节标准在锅炉燃烧过程中需得到严格执行。检修前的锅炉存在较大的空预器差压，锅炉风机的出力被限制，锅炉在800MW以上机组负荷时往往处于缺氧燃烧状态，需限负荷运行。基于锅炉水冷壁高温腐蚀情况，需对氧量调节标准进行优化调整，保证锅炉炉膛出口氧量在任何情况下均在2.8%及以上。
4.3调整各燃烧器配风
为解决燃烧偏斜、煤粉分布不均问题，电厂需调整各燃烧器配风。大修前锅炉未开展燃烧调整试验，存在均为100%的各燃烧器外二次风开度。开展针对性的燃烧调整试验，对燃烧器二次风开度、旋流风开度、煤粉分配器等进行针对性调节，炉膛燃烧不均问题即可有效缓解。
4.4科学制定磨煤机出口温度控制策略
磨煤机出口温度控制需结合具体煤种，如使用挥发分煤，需保证磨煤机出口温度最高为80℃，以此实现煤粉提前着火。如使用高挥发分煤，需保证磨煤机出口温度最高为75℃，以此推后着火。在磨煤机启停时，动态分离器转速需基于煤量及时调整，最佳煤粉细度需同时得到控制，以此获得良好的炉膛燃烧工况。此外，动态分离器的转速需基于煤质的不同控制在750~950r/min区间。
4.5水冷壁喷涂。水冷壁喷涂即超音速电弧喷涂，是指以电弧为热源，将具备耐磨损、抗高温氧化和热腐蚀性能良好的金属合金丝用超音速气流雾化，并高速喷射到水冷壁表面形成高强度的耐热耐磨涂层，使水冷壁表面得以保护和强化的一种新技术。在水冷壁腐蚀严重的区域喷涂耐磨损、 耐高温材料，可使水冷壁表面形成一层保护膜，阻止高温烟气直接接冲刷磨损水冷壁管，防止金属水冷壁管遭受硫化物、硫酸盐和氯化物的腐蚀。
4.6增加贴壁风。在易发生高温腐蚀区域增加贴壁风，使贴壁风在水冷壁表面形成 一层保护膜，在不影响燃烧流场及锅炉NOx排放的情况下，增加水 冷壁壁面氧量，降低水冷壁表面还原性气氛浓度，保护水冷壁免遭 H2S，SO2 的侵蚀，降低携带灰粒和煤粒的高温烟气对水冷壁的冲刷， 从而达到防止水冷壁高温腐蚀的目的。
结论
总之，1000 MW超超临界机组锅炉水冷壁高温腐蚀可能源于多种原因影响。在此基础上，本文涉及的科学控制燃料、调整各燃烧器配风等内容，则提供了可行性较高的水冷壁高温腐蚀防治途径。为更好防治水冷壁高温腐蚀现象，各类新型材料、智能技术的科学应用也需要引起重视。
参考文献：
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[2]陈彩云.1000 MW超超临界锅炉高温腐蚀分析及对策探讨[J].技术与市场,2019,26(01):129+131.