陈太贵
四川广安发电有限责任公司，四川广安 638500
摘要：电力能源在社会生产以及人们日常生活中扮演着重要角色。近些年，随着社会发展步伐的进一步加快，社会对电力需求量也在快速增长，这大大地增加电力工业的生产负荷。因此，火电厂锅炉容量也相应增加以满足生产需求。而锅炉水冷壁高温腐蚀是当前许多火电厂需要面对的一个常见问题，影响了火电厂的安全生产。所以，对水冷壁高温腐蚀进行研究，并找出有效的防护策略具有重要意义。
关键词：火电厂；锅炉；水冷壁；高温腐蚀
1水冷壁高温腐蚀的危害
1.1容易发生突发性爆管事故
锅炉燃烧过程中，煤炭燃烧时产生的大量灰分会撞击水冷壁管，切削了其管表面，降低了管的厚度与强度，一旦受高温作用，水冷壁存在较高的突发性爆管风险，严重减低火电厂电力生产的安全性。此外，如果发生爆管事故，必然锅炉要停止运行进行抢修，这样还会增加火电厂的生产成本，对火电厂的生产进度造成不利影响。
1.2使管壁变薄
相关研究表明，由于腐蚀与磨损，锅炉水冷壁管厚度减少1mm/年左右，而腐蚀严重的部位，锅炉水冷壁管厚度减少量甚至达到6mm/年左右，这都会影响锅炉的安全运行，为火电厂生产埋下安全隐患。
2水冷壁高温腐蚀的机理和条件
在大型燃煤锅炉中，高温腐蚀的类型根据产生原因主要分为硫酸盐型、氯化物型和硫化物型三种。其中高温受热面以硫酸盐型为主，燃烧器附近高温区域以氯化物型为主；其它部位水冷壁管以硫化物型为主。通常情况下，水冷壁高温腐蚀是这三种类型腐蚀交叉复合共同作用的结果。
水冷壁高温腐蚀的机理是锅炉运行时管壁外表面首先发生氧化,并形成Fe2O3，过程如下：
2Fe+O2=2FeO
4FeO+O2=2Fe2O3或4Fe+3O2=2Fe2O3
当飞灰和烟气中含有如硫化物、氯化物等腐蚀性成分时，发生以下化学反应：
Fe2O3+3[SO3]=Fe2（SO4）3
Fe2O3+[CO]=2MO+CO2
Fe+[S]=FeS
Fe+2[Cl]=FeCl2
可见腐蚀过程主要与飞灰和烟气中的硫酸盐、硫化物、氯化物和还原性气氛有关。另一方面，入炉煤为劣质煤时，炉膛内部的气流扰动更强，燃烧温度更高，煤粉容易刷墙，并且还可能产生还原性气氛。通过多家电厂的调研，我们将产生水冷壁高温腐蚀的条件归纳如下：
（1）入炉煤中存在可产生高温腐蚀的物质比如S、Cl、K、Na等；
（2）水冷壁上挂灰比较严重；
（3）水冷壁区域的气体氛围具有还原性和腐蚀性；
（4）水冷壁的壁温较高，一般在320℃以上。
3水冷壁高温腐蚀的原因
3.1高温
高温火焰的冲刷加剧了水冷壁管的高温腐蚀，一方面，高温使得硫酸盐分解过程得以加快，提高了腐蚀速度;另一方面，没有充分燃尽的煤粉冲刷水冷壁，加快了壁管保护膜的破坏速度，提高了腐蚀速度。此外，水冷壁管的壁管局部温度过高，尤其时达到350℃的强烈腐蚀温度，一些粘附于管壁的腐蚀性的化合物会诱发高温腐蚀。
3.2存在还原性气体
没有燃尽的煤粉进一步燃烧时会发生不完全燃烧，使得烟气中存在CO、H2等还原性气体以及H2S等腐蚀性气体，因此产生的游离硫和硫化物会与管壁的金属反应而腐蚀管壁。相关研究表明，高温腐蚀随着烟气中CO浓度的增加而加重;当H2S的浓度＞0．01%时则会强烈腐蚀水冷壁金属。
3.3燃煤品质不佳
燃煤中含有较多的氧化物、硫以及碱金属等物质，会增加水冷壁腐蚀性介质的浓度，进而增加水冷壁高温腐蚀的风险。如含硫量高的燃煤会产生较多的硫化物，使得管壁的氧化保护膜被破坏，降低金属管壁的厚度和强度。此外，燃煤颗粒越大，完全燃烧越不容易，不仅容易产生还原性气氛，还会增加管壁的磨损程度，使得氧化膜被破坏，加剧高温腐蚀。
3.4运行不当
在锅炉负荷改变时，如果出现火嘴投停不当等运行不当情况，则可能会影响燃烧的稳定性，引发还原性气氛，从而造成高温腐蚀。
4腐蚀防治对策
4.1加强燃煤管理
提高设备使用可靠性，在条件允许的情况下，建议锅炉燃用低硫煤，从根本上避免高温腐蚀的发生，尽量保证折算标煤后的煤质含硫量≤1%。同时，强化各系统设备的检修力度（其中包括燃烧设备、制粉设备、烟风系统和吹灰系统等），尽量保证各设备的正常运行，避免由于设备状况不佳导致出现燃烧偏斜、吹灰不正常等现象从而加剧锅炉的腐蚀。
4.2科学组织燃烧
科学组织燃烧，合理调整入炉风量与风速。控制锅炉燃烧运行氧量和入炉一、二次风的分配，避免出现风粉分离、局部还原性气氛较强的现象。降低一次风的速度有利于炉内煤粉燃烧的稳定，同时略可缓解煤粉气流对水冷壁侧墙的冲刷与腐蚀，但不能从根本上解决锅炉的高温腐蚀问题。对于对冲燃烧旋流燃烧器，增加内二次风的旋流强度有利于煤粉气流的预混合，实现提前着火和稳定燃烧，但增大内二次风量则会导致着火推迟和煤粉燃尽率变差。
4.3控制煤粉细度
制粉系统是针对设计煤种选型的，当燃用劣质煤时，会加大制粉系统的负担，引起制粉系统的分离效率下降和煤粉颗粒变粗。煤粉细度对高温腐蚀有一定的影响，煤粉颗粒太粗将导致火矩拖长，同时影响煤粉的燃尽，使未燃尽煤粉颗粒聚集在水冷壁附近，加剧了高温腐蚀。应根据锅炉与设备实际情况，选择合理的煤粉细度。
4.4进行设备改造
锅炉燃烧器区域和上层燃烧器至顶层燃尽风区域为锅炉炉膛内的高温区，水冷壁近壁区域气流中氧含量较小，CO浓度和H2S浓度较大时，就会发生严重高温腐蚀现象。进行设备改造，就是提高水冷壁近壁区域中氧含量浓度，进而制约CO和H2S的生成，实现减缓甚至根治水冷壁高温腐蚀问题。通过综合分析，可对顶层燃尽风（OFA）喷口进行原有4只喷口变换调整为5只喷口的技术改造，用以增加煤粉燃烧区域的OFA穿透能力与覆盖能力。同时选择在锅炉前后墙燃烧器两侧，靠近左右两侧水冷壁侧墙的位置，与燃烧器同标高处，增加额外补充空气的贴壁风喷口，以增加新鲜空气流，形成贴壁风风膜，喷入炉膛靠近两侧墙水冷壁，起到补充氧浓度和保护水冷壁的作用。贴壁风需选择合理的喷口形式，形成覆盖面积较大的风幕，保证风幕对水冷壁的有效覆盖，有效地改善前后墙水冷壁处的还原性气氛；贴壁风喷口组合设计和风率应根据本机组锅炉炉型和燃烧器类型进行针对性设计，使贴壁风进行最优化分配，利用最小的贴壁风量达到防治高温腐蚀的目的。
5结语
近几年，燃煤锅炉面临NOx等参数的环保超低排放指标压力，纷纷采取各种技术措施进行机组升级改造，而大部分机组选择对锅炉燃烧系统进行技术改造，用于降低燃煤燃烧原始生成NOx浓度，从而为锅炉炉外烟气污染物脱除技术提供有利的实施条件，进而达到机组环保排放指标的要求。燃烧技术改造，除对燃烧器本身进行改造变动以外，还需要对燃烧组的二次风以及顶层燃尽风的喷入炉膛位置进行调整，实现燃料分级与配风分级燃烧，改变燃烧维度达到减少NOx生成的目的。这样的改造，将造成燃烧区域处于欠氧燃烧状态进而在水冷壁近壁区域积聚H2S和CO等气体，形成还原性和腐蚀性气氛，并造成锅炉水冷壁燃烧区域出现高温腐蚀问题。在应对锅炉水冷壁高温腐蚀问题时，应根据高温腐蚀类型原理、高温腐蚀发生的原因，有针对性地制定防护策略，从而有效减少或防范锅炉水冷壁受热面高温腐蚀问题多的发生。
参考文献：
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