李虎
新特能源股份有限公司
摘要：近年来，我国的火电厂建设的发展迅速，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。下文讲究火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及其防护进行探讨。
关键词：火电厂锅炉；水冷壁高温腐蚀；防护
引言
锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：1）使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为1mm左右，严重的可达5~6mm/a，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失。2）发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。
1水冷壁高温腐蚀的类型与机理
从物相角度来讲，钢材质的锅炉水冷壁可分为金属基体层、含有磁性氧化铁保护氧化膜的氧化层以及由初始积灰层和飞灰沉积层构成的附着层。其中，致腐物质决定了高温腐蚀的类型，附着层的物理化学性质决定了水冷壁高温腐蚀的过程。
1.1氯化物型高温腐蚀
煤燃烧过程中，大多数的氯化钠会随之蒸发，发生反应生成HCl，该物质会损坏水冷壁管受热面的氧化膜，生成很容易挥发的氯化亚铁，一旦氯化亚铁挥发，水冷壁管的金属基体层就会暴露出来，为HCl腐蚀管壁提供了便利。同时，由于氧化层中氧化膜被破坏，降低了管壁金属的耐腐蚀性。
1.2硫酸盐型高温腐蚀
当水冷壁温度在310℃-420℃时，管壁表面存在Fe2O3层是正常的，但燃烧产生的Na2O与K2O这两种氧化物会在管壁上凝结，并与烟气中的SO3产生反应生成有粘性的M2SO4;由于该物质可通过捕集灰粒并将其粘结的方式形成灰层，因而会在灰外面形成灰渣层;烟气中的SO2则会在灰层内发生反应生成2MFe(SO4)的复合硫酸盐，当形成的灰渣层脱落时，会再度生成新的Fe2O3层。该过程重复发生，形成一个恶性循环。
1.3硫化物型高温腐蚀
燃烧过程中，硫铁矿中的FeS2粘附于水冷壁，在受热后会分解为FeS与S，其中的S又会与金属发生反应再度生成FeS，而在这个过程中产生的FeS又会再度氧化作用生成Fe2SO4，腐蚀了管壁。尤其是在温度不低于350℃的情况下，腐蚀非常快。因而该腐蚀问题是许多高压锅炉都会发生的问题，而中压锅炉由于水冷壁温度约为255℃则不会因此产生损伤。
2水冷壁壁面高温腐蚀机理
对于水冷壁壁面高温腐蚀机理，在腐蚀机理与腐蚀垢样分析等角度进行了深入研究。可以知道，燃煤电站锅炉水冷壁烟气侧表面产生的高温腐蚀是一种持续动态进行的变化过程，致腐物质不断补充到腐蚀的前沿，腐蚀过程在腐蚀环境下得以连续发生。水冷壁发生最为强烈的腐蚀是缺氧条件下还原性与腐蚀性气体共同作用下的熔盐腐蚀，占比最多的属于硫化物型腐蚀。
燃煤锅炉的燃料普遍含硫，煤粉通过空气流输送到炉膛里，在水冷壁近壁区域附近点燃燃烧，在燃烧过程中包括FeS2在内的各种形态的硫类物质经过燃烧、分解和氧化后，由于近壁区域气体中氧浓度会急剧降低，因而形成还原性气氛；还原性气氛逐渐增强过程中，H2S、CO等物质的浓度值也逐步增加，这种气氛环境中的自由态S会直接与水冷壁管表面的Fe物质发生反应生成FeS，从而使水冷壁管壁产生腐蚀，同时H2S气体浓度的增加，助推了水冷壁管表面内的FeO等物质的腐蚀反应的发生，不稳定的FeS在高温环境下继续氧化成Fe3O4，水冷壁管表面腐蚀过程不断进行。
3水冷壁泄漏的防治措施
3.1控制燃烧调整
（1）加强对燃煤的管理及燃烧调整工作，防止在锅炉启动、运行及调节负荷时燃烧工况的恶化、烟气偏斜、热负荷偏差和受热面管子超温。各层燃烧器配风调整要按燃烧调整试验结果进行规定并固化到逻辑中，严格按配风曲线调整，防止主燃烧器区大幅缺氧，炉内火焰偏斜火焰中心上移、炉内温度场不稳等情况影响汽温。负荷调整时严格执行氧量曲线，对氧量表应定期校验。（2）日常检修及运行中加强水冷壁管前期预控，特别是对水冷壁管减薄速率的预评估计算必须结合实际运行工况，确保数据可靠，根据判断结果合理划分锅炉运行状态，及时安全停炉检修。（3）充分利用每次机组停运机会，对水冷壁喷涂层进行全面检查，并合理安全检修工期，确保水冷壁易发生高温腐蚀区域全面喷涂，同时根据火焰中心上移情况，增加喷涂区域至燃尽风层以上合理范围，确保喷涂质量，扩大防护范围。（4）加强做好日常除焦、看火工作，根据锅炉结焦情况、掉焦频率及焦块大小，从煤质、燃烧调整入手进行改善，同时对水冷灰斗区域水冷壁管加装防砸伤护板，防止水冷壁管出现机械损坏。（5）结合锅炉燃烧、环保数据综合分析，煤种不稳定时要加强煤质分析，积极协调各部门，指定适合煤质管控参数，采样和分析分班次进行，保证燃煤挥发分、硫分及发热量等指标稳定。运行人员要掌握入炉煤煤质情况，煤种变化后要加强监视、巡检和调整。（6）四管泄漏监视加强，运行中的巡视检查，对管路振动、水击、膨胀受阻、支吊架变形、保温脱落等现象应认真分析原因，及时采取措施。炉外管发生漏气、漏水现象，必须尽快查明原因并及时采取措施。加强对四管泄漏监测测点的维护，确保报警可靠。定期对四管漏泄监视曲线进行分析，防止探头堵焦积灰影响监测灵敏度。锅护发生四管爆漏后，须尽快停炉处理。
3.2控制好配风，减少磨损
配风不当对锅炉水冷壁高温腐蚀的影响有两方面：①炉内氧量不足，形成还原性气氛，影响水冷壁的高温腐蚀。②形成不良的炉内的空气动力场，从而使未燃尽的煤粉颗粒磨损水冷壁以及燃烧不充分，加速高温腐蚀的程度。
3.3控制好给水品质，做好日常水质监督及停炉保养
给水品质对锅炉高温腐蚀的影响主要体现在水冷壁的管壁温度条件上。若给水品质控制不严，很容易造成水冷壁管内结垢，这样就会增加管壁的热阻，阻碍受热面的热传递，从而使管壁温度上升，加速高温腐蚀的进程。因此，运行时应严格控制锅炉的给水品质。锅炉选用合格的给水，保证除氧及除二氧化碳合格；严格监督水处理的水质，保证除氧水、炉水水质的合格率。停炉保养氨水碱化烘干法：给水采用加氨处理（AVT（O））的机组，在机组停机前4h，加大给水氨的加入量，提高系统的pH值，然后热炉放水，余热烘干。
结语
水冷壁管的可靠性，直接关系到电厂机组是否能安全有效运行，但锅炉运行中会不可避免地对水冷壁管造成腐蚀、冲蚀（磨损），使其有效承载能力下降、安全性降低。超音速电弧喷涂涂层能对水冷壁管表面实施有效保护，使其外表面基本不受损伤，可大量节省材料更换费用及维修费，减少或避免非计划停炉，降低运行成本，直接经济效益和间接经济效益都很高，有极大的开发利用价值。
参考文献
［1］张辉，倪进飞，卢忠铭，等．低氧燃烧工况下锅炉水冷壁管高温腐蚀行为分析［J］．中国特种设备安全，2019(4):40-42．
［2］关凤志，薛晓金．锅炉水冷壁垢下碱性腐蚀及实例分析［J］．冶金动力，2019(7):59-60．