李启斌
黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司立达矸石热电厂 黑龙江 鹤岗 154101
摘 要：当前背景下，因此，火电厂锅炉容量也相应增加以满足生产需求。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。锅炉水冷壁高温腐蚀是火电厂比较常见的问题，许多火电站都存在不同程度的锅炉水冷壁高温腐蚀情况，这给电厂安全生产也带来了一定影响。本文主要是对火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及其防护措施的探究，详细阐述了水冷壁高温腐蚀的危害、腐蚀类型及其原理、腐蚀原因，进而就水冷壁高温腐蚀的防护提出几条建议，希望通过本文能为火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀问题解决提供一些助益。
关键词：火电厂；锅炉水冷壁；高温腐蚀
引 言：
近年来，随着低NOx燃烧技术的广泛应用，燃煤电站锅炉普遍出现了水冷壁高温腐蚀现象，严重影响机组的安全可靠运行。一般认为，超低排放条件下锅炉水冷壁的高温腐蚀基本上属于还原性气氛下的硫化物腐蚀。国内普遍采用水冷壁管表面喷涂防腐作为被动应对措施，但存在保护期短、价格高昂、需要频繁喷涂等缺点。部分电厂还采用水冷壁开孔的贴壁风方案来主动应对水冷壁高温腐蚀，但实际应用中由于受贴壁风位置、贴壁风率、贴壁风速等因素影响，往往出现防治效果不佳、炉膛出口NOx排放浓度升高、低负荷下燃烧稳定性减弱等问题。
1 水冷壁高温腐蚀的原因
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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。
1.4 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。
2 水冷壁高温腐蚀的防护对策
2.1 强化给水控制
根据实际情况，将水冷壁壁管内部水流速适度提高，从而使管壁温度降低。同时进一步提升给水品质，以免水在水冷壁内形成结垢降低换热效果，提高水冷壁管温度。
2.2 应用热渗铝法
热渗铝法其实质是采用热处理技术，使得一定浓度的铝原子渗入到钢件表面形成铝铁合金保护层。对水冷壁应用热渗铝防护，则主要针对水冷壁外管壁进行防护，防护处理后水冷壁管则在金属基层之上增加了氧化铝硬壳层与铝铁合金层，有效地增强了管壁的耐磨、耐高温氧化以及耐腐蚀性能[1]。此外，渗铝防护在处理过程中产生的氧化皮很容易使水冷壁管产生结垢甚至爆管，而使用常温盐酸浸泡法就能较好地解决该问题。
2.3 应用高温低氧技术
高温低氧技术是将超过800℃的高温空气喷入炉膛，以在炉膛内形成氧气浓度低于15%的低氧浓度环境，同时燃料也会进入气流中燃烧起来，能够减少甚至防止尾部受热面低温腐蚀以及高温受热面高温腐蚀情况的发生[2]。从20世纪90年代以来，高温低氧技术就已得到应用，有助于锅炉运行效率的提高，减少低氮氧化物污染，能够节约能源消耗，提高锅炉运行的经济性。
2.4 应用热喷涂
采用热喷涂防护水冷管壁，在预防水冷壁高温腐蚀方面效果较为突出。其中，等离子喷涂与电弧喷涂的热喷涂方式可在水冷管壁上形成具低孔隙率、高结合强度以及少氧化物的保护涂层，而火焰喷涂并不具备这些优势，如等离子喷涂孔隙率为3%～8%，火焰喷涂孔隙率高达10%～20%，而电弧喷涂孔隙率为5%～15%。此外，电弧喷涂还具有低成本、高安全性以及高能源利用率的优势，如能源利用率可达到60%～70%。因此，综合考虑，电弧喷涂技术更优，在喷涂防护方面的应用也越来越多，在恶劣环境中的应用效果也更佳。
2.5 改善还原性气氛
改善还原性气氛的措施包括:(1)在四面水冷壁上增设烟气取样监测点，并且加装两级具有调控功能的贴壁风，确保配风状况符合要求;(2)根据锅炉负荷的变化，对腰部风进行及时适当的调整，如负荷高时调大腰部风;(3)改进双通道燃烧器，如增加双通道燃烧器背火侧腰部风宽度，以改善还原性气氛。
2.6 加强燃料的控制
控制燃料从这两方面入手:(1)降低燃料含硫量:在燃烧前采用微波法、强磁分离法以及机械悬浮选法等物理化学方法将原煤清洗干净，其中机械悬浮方式是应用最广的一种燃烧前降低原煤含硫量的方法;燃烧中则将除硫剂(如石灰石)等加入炉内与燃煤相混合，从而使降低硫含量与腐蚀性物质浓度，从而减少高温腐蚀的发生。(2)控制煤粉颗粒大小:煤粉的细度与均匀性都应严格控制，如对粗粉分离器挡板开度、磨煤机以及回粉阀等进行调整，使得煤粉细度符合生产要求。2.7 做好精细化燃烧调整工作
2.7.1 煤粉细度
若煤粉细度偏粗，易造成着火延迟，粗煤粉在旋转流动过程中被分离到靠近侧墙水冷壁的区域，在此区域内氧量并不充分，经过燃烧耗氧，易形成还原性气氛。在还原性气氛下，没有完全燃烧的游离硫、硫化物与金属管壁发生反应，引起高温腐蚀[3]。运行中应根据煤量及时调整分离器挡板开度，控制最佳煤粉细度，使炉膛燃烧工况良好。
2.7.2 磨出口温度
根据不同煤种，控制不同的磨出口温度，当燃烧低挥发分煤时，控制磨煤机出口温度高一些，使煤粉着火提前。运行中在满足磨煤机运行安全的前提下，应适当提升磨出口温度。
2.7.3 运行氧量
高负荷下，尤其要控制运行氧量及燃尽风量，防止主燃烧区因缺氧产生强烈的还原性气氛而加剧高温腐蚀[4]。此外，应仔细检查省煤器出口上游是否存在漏风，导致炉膛真实氧量偏低。
2.7.4 配风方式
在保证NOx不超标的前提下，控制燃尽风挡板开度，增大燃烧器区域的二次风量。为抑制NOx的生成，在燃烧器区域实行欠氧燃烧方式，但此举在降低NOx生成的同时将使飞灰可燃物含量升高。因此，在NOx排放满足设计要求的情况下，应尽量降低燃尽风风量。
结束语：
综上所述，火电厂锅炉燃烧过程是一个复杂的动态过程，锅炉水冷壁很容易发生高温腐蚀问题，该问题得不到解决则会对火电厂安全生产造成较大的影响。由此可知，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：
[1]徐洪,熊小鹤,刘兴,谭厚章,邓双辉,王萌.电站锅炉水冷壁高温腐蚀成因与对策研究[J].洁净煤技术,2019,25(02):144-148.
[2]徐晓帆.论低氮燃烧器改造后延缓锅炉水冷壁高温腐蚀[J].资源节约与环保,2018(10):34.
[3]胡红安.工业锅炉水冷壁高温腐蚀现象分析[J].机械管理开发,2018,33(09):120-122.
[4]许伟刚,谭厚章,刘原一,魏博,惠世恩.水冷壁高温腐蚀倾向判断及H_2S近壁面许用浓度研究[J].中国电力,2018,51(07):113-119.