姚小旺
陕西能源电力运营有限公司 商洛项目部 陕西省商洛市726007
摘要：目前采用前后墙对冲燃烧的大容量超超临界锅炉侧墙水冷壁发生高温腐蚀的现象较多，严重威胁锅炉的长周期安全经济运行。综合分析认为该腐蚀是硫化物型高温腐蚀。针对具体失效原因，提出了侧壁风装置改造、燃烧调整和水冷壁表面喷涂等综合措施。综合措施的应用改善了煤粉刷墙情况，消除了水冷壁管周围的还原性气氛，有效解决了锅炉水冷壁高温腐蚀问题。研究对于解决目前百万机组锅炉普遍存在的水冷壁高温腐蚀问题具有一定的参考意义。
关键词：超超临界锅炉；水冷壁；高温腐蚀；
1水冷壁腐蚀原因分析
对发生腐蚀位置水冷壁管进行了割管分析，管子化学成分符合标准要求，金相组织无异常，但腐蚀位置氧含量过低，运行过程中该处为还原性气氛。综合分析后认为水冷壁发生了硫化物型高温腐蚀。
炉膛内左右侧墙位置高温腐蚀比较严重，而前后墙位置高温腐蚀较轻。这主要是因为锅炉燃烧器为前后墙对冲布置时，如果一次风速较大，煤粉产生的气流经前后墙处一次风的碰撞后将直接冲向左右墙水冷壁处并在其周围燃烧，在周围产生还原性气氛，最终发生高温腐蚀。
硫化物类高温腐蚀的物理化学过程较为复杂，其腐蚀原理是未燃尽煤粉中的黄铁矿在管壁周围因受热而分解释放自由的原子S和FeS；当管壁邻近含有一定浓度的H2S和SO2气体时，两者反应可生成自由的原子S;FeS2与C的混合物在缺少O2的气氛中反应时，在产物中也会发现有自由原子S的存在；在还原性气氛状态下，自由原子S会因为O2不足而只能部分氧化，其会直接渗透穿过管壁氧化膜，与基体铁发生化学反应生成FeS，并且当管壁温度高于350℃时，反应进程加速，管子内部硫化，最后导致氧化膜松散开裂，甚至出现剥落现象[1-5]。反应化学式如下：
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在炉膛还原气氛条件下，H2S气体在煤燃烧过程中生成，生成的H2S可穿透基体铁外面结构疏松的Fe2O3，与致密氧化铁层中的FeO继续发生反应。当基体氧化膜被破坏后，H2S还会与裸露基体铁发生反应。反应的化学式如下：
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由上可见，硫化物类高温腐蚀的根本原因是煤粉在燃烧时生成了含Fe的硫化物。因为在O2含量不足时，煤粉燃烧不充分会产生原子态的S及硫化物，而其恰会与金属基体的主要成分Fe和Fe的氧化物发生化学反应，最终导致腐蚀[1]。
2综合措施
针对该锅炉双侧墙由于高温而被腐蚀的现象，采取了侧壁风装置改造、燃烧调整和水冷壁表面喷涂等综合措施。
a)改造侧壁风装置，改善侧壁风效果。侧壁风是向水冷壁易发生高温腐蚀区域喷入空气，一般情况下以二次风作为风源。为防止由煤粉形成的气流冲击水冷壁，可利用在壁面邻近的空气形成侧壁风保护膜。另一种有效措施为改变局部的O2体积分数，从而破坏水冷壁高温腐蚀部分的还原性气氛。
虽然该侧壁风装置会在锅炉出厂时配备，但仍无法避免高温侵蚀现象。经过分析认为原侧壁风装置风源取自二次风箱，因二次风箱内热风压力低，进入炉膛的侧壁风速和风量过小，对水冷壁的保护范围过小以至产生还原气氛，发生较高温度下的腐蚀现象。
为彻底解决两侧墙高温腐蚀问题，对该锅炉侧壁风装置进行了优化改造，将侧壁风风源由二次风改造至热一次风，同时将侧壁风门改造，实现可调节和快开功能。改造并选取合适风门开度后，侧壁风风量增加为17.32～28.86m3/s（温度为341℃），侧壁风质量流量增加为9.96～16.59kg/s，侧壁风风量占一次风风量的份额为3.58%～6.00%，可大大提高侧壁风口的风速，扩大侧壁风对水冷壁的保护范围，消除还原性气氛，有效保护水冷壁。
b)燃烧调整，防止还原性气氛的出现和煤粉冲墙。侧壁风改造后，又通过控制燃烧进程来把握运行时烟气的O2含量，以防止侧墙发生高温腐蚀，具体从以下三方面进行：(a)改造后，如果侧壁风门开度过小，则不会改善原侧墙水冷壁高温腐蚀处的还原性气氛，难以解决高温腐蚀问题；如果侧壁风门开度过大，则会使一次风量过小，干扰炉膛燃烧。因此在合理控制炉内总风量，降低侧壁风投运对炉膛燃烧气氛干扰的前提下，试验了不同负荷下侧壁风装置调门开度对侧墙烟气中O2含量的影响，确定了不同负荷下的侧壁风门开度。(b)如果过量空气系数过高，则锅炉效率低；如果过量空气系数过低，则会燃烧不完全，炉内O2含量不足，形成还原性气体氛围，造成高温腐蚀。因此在保持较高锅炉效率的同时，试验了不同负荷情况下的最低运行O2含量，确定优化不同负荷下的省煤器处O2含量，运行过程中控制省煤器处O2含量偏差不超过±0.2%。(c)根据各燃烧器位置的不同，合理调配二次风量，保证了高温燃烧区域的送风量。通过燃烧试验，当二次风门开度为60%左右时，既能获得较多的边侧送风量，也能有足够的旋流强度，保证了旋流燃烧器的稳燃性[2]。
c)水冷壁喷涂耐腐蚀金属涂层，物理隔绝管壁与炉膛气氛的接触。根据高温腐蚀的特点，采取喷涂工艺对水冷壁进行金属喷涂，隔绝管壁金属与还原性气氛的直接接触，可提高抗高温腐蚀性能，且喷涂价格低廉，适宜于现场施工。所以对该炉水冷壁燃烧器区域进行电弧喷涂的目的是减慢腐蚀过程，从而延长其使用年限，而非解决其高温腐蚀现象。
采用超音速电弧喷涂技术，在水冷壁表面制作由HDS-930合金涂层和KM型封孔剂组成的复合涂层[3]。喷涂位置自炉膛上标高50.2m至下标高20.8m处。超音速电弧喷涂由于其较快的粒子飞行速度、匀称的粒子分散度及较低的孔洞排布等优点，非常适合用于喷涂锅炉。高硬度、耐磨的HDS-930合金在高温下具有稳定的化学性能（抗氧化和耐热腐蚀），且其具有与锅炉水冷壁管相似的膨胀系数，可有效避免涂层开裂、脱落；KM型封孔剂在常温下即可快速固化，与金属涂层结合性好，在高温下陶瓷化后，可有效封闭金属涂层毛细孔。据此能制备出抗吹损、耐冲刷及耐高温腐蚀的高结合强度的复合涂层，可满足防护要求[4]。
3结语
根据综合分析，该锅炉的水冷壁产生了硫化物型高温腐蚀。为解决高温腐蚀问题，采取了改造侧壁风装置、燃烧调整和水冷壁喷涂耐腐蚀金属涂层等方面的综合措施，改善了煤粉刷墙情况，消除了水冷壁管周围的还原性气氛，使锅炉水冷壁腐蚀得到了改善。
相对于传统的单一措施，采取的综合措施改造工程较小，具有良好的效果，较好地解决了目前大容量机组前后墙对冲直流锅炉普遍存在的水冷壁高温腐蚀问题。综合措施丰富了国内大容量机组预防和避免锅炉水冷壁高温腐蚀的处理方式，可在大容量机组前后墙对冲锅炉中推广应用，对于解决锅炉高温腐蚀问题具有重要的示范意义、经济效益和社会效益[5]。
参考文献
[1]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.
[2]吕洪坤,童家麟,刘建忠,张明,熊建国,周志军.1000MW超超临界锅炉高温腐蚀分析及对策[J].北京工业大学学报,2017,43(03):481-488.
[3]刘涛,刘杰,赵加星.1000MW超临界锅炉低再管外壁腐蚀膜微观分析[J].管道技术与设备,2017(02):38-40.
[4]花亚伟,乐先涛.1000MW超超临界机组锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及预防措施[J].内蒙古电力技术,2016,34(03):35-37+41.
[5]陈杰,姜波,丁杨.1000MW超超临界锅炉高温腐蚀原因分析及防治对策[J].山东电力技术,2012(05):55-57.