超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

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关于超临界发电锅炉水冷壁高温氧化腐蚀的原因分析及对策

作者：王敬东

来源：《中国科技纵横》2017年第13期

摘 要：本文通过对超临界发电锅炉水冷壁高温氧化腐蚀机理的分析并对其机理的深度探讨，发现其锅炉水冷壁高温氧化腐蚀的原因是煤种含硫发生硫化反应和燃料的不充分燃烧，导致还原气体的生成，催化了锅炉壁的高温氧化腐蚀。针对上述问题，提出了相应的预防对策，主要措施有以下两点：将风向偏转，使得燃料煤的燃烧更加充分；通过在锅炉壁喷涂防腐蚀涂料，杜绝锅炉壁与硫化气体的直接接触。

关键词：超临界；锅炉水冷壁；高温氧化腐蚀原因；对策；分析

中图分类号：TK224.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）13-0045-01

近年来，我国发生了多次电站锅炉水冷壁高温氧化腐蚀事故。例如，2008年某发电厂检修锅炉时，锅炉水冷壁严重遭受高温氧化腐蚀，其中129根水冷壁管的厚度减薄超标，最薄的水冷壁管厚度仅有3mm。水冷壁管的变薄使锅炉的强度大大降低，最终导致泄漏事故的发生。

1 高温氧化腐蚀机理

高温氧化腐蚀是一个复杂的物理化学过程，目前该过程仍处于探索阶段，一般认为主要与下列因素有关：（1）炉膛中火焰的温度；（2）燃煤的含硫量；（3）烟气与灰颗粒的冲蚀。在发电锅炉运行过程中，炉温可达1600℃以上，由于燃煤中存有硫和其它有害杂质，水冷壁一般会受到高温氧化腐蚀，参与高温氧化腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S、HCl等，它们在各种温度下可共同对管壁进行复杂的动态腐蚀，其中，硫化物是锅炉高温氧化腐蚀的主要因素。

黄铁矿粉末与一些未燃尽的煤粉进入冷水壁区域，受热分解：FeS2→FeS+[s] （1）

硫原子也可以由H2S和SO2反应生成：

2H2S+SO2→2H2O+3[s] （2）

600MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及处理

摘要：介绍了某600MW超临界锅炉高温腐蚀状况，通过增加锅炉水冷壁贴壁风，通过燃烧试验结果以及锅炉冷热态试验分析得出水冷壁侧墙壁面强还原性氛围得到有效控制，达到降低锅炉水冷壁高温腐蚀目的。

关键词：超临界锅炉;水冷壁;高温腐蚀;燃烧器

一、概述

某电厂600MW超临界锅炉存在严重的水冷壁高温腐蚀问题。2012年7月份，委托西安热工院对#1、2炉进行燃烧调整试验，发现两侧墙水冷壁煤粉气流刷墙情况严重，贴壁呈现强还原性气氛，摸底工况下燃烧器至燃烬风区域侧墙含氧量均小于0.3%，CO含量大于10000ppm，H2S含量大于1200 ppm，NOx排放量小于300 mg/Nm3。

比对同为前后墙对冲燃烧方式的电厂，燃烧系统使用三井巴布科克LNASB燃烧器，多年运行均未出现水冷壁高温腐蚀问题。其燃烧器结构与HT-NR3燃烧器相比，二次风和中心风的通流面积很大，燃烧器区域燃烧较充分，缺氧脱氮深度不及东方日立HT-NR3燃烧器。该厂的NOx排放量大于500 mg/Nm3，但是通过调整二次风挡板开度，NOx的排放量可控制不超过450 mg/Nm3。

鉴于通过运行调节无法降低水冷壁贴壁还原性气氛，需要采取其他措施控制解决。

二、燃烧调整情况介绍

#1锅炉入炉煤质年度平均含硫量为0.6%，在锅炉水冷壁高温腐蚀专项调整试验中，主要针对还原性气氛和煤粉气流刷墙进行，试验中以还原性气体H2S和CO、壁面附近氧浓度、贴壁面煤粉量为参考指标。

（1）摸底工况，在两侧墙高温腐蚀最严重区域共装设15个测点（即中层燃烧器标高至炉膛下层吹灰器标高），测试表明两侧墙贴壁氧量均在0.1%～0.3%，CO和H2S浓度较大，大部分已经超过仪器仪表量程（CO 和H2S量程上限分别为10000ppm和 1203ppm），且抽出气体中含有大量煤粉，两侧墙煤粉气流刷墙严重，NOx排放量为217mg/Nm3。

超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

进入21世纪后，我国社会对电能的需求越来越强，而随着科学技术的不断发展，火力发电技术也日益成熟。现阶段，我国在建火电厂项目主要采用超临界机组与亚临界机组。超临界机组是一种较为先进的燃煤发电机组，具有环保性能好、煤耗低以及技术含量高的特点。在超临界锅炉实际应用过程中，人们发现锅炉的水冷壁易受到高温的破坏，从而导致锅炉无法正常工作。笔者结合工作经验与相关理论知识，在本文中探讨了超临界锅炉水冷壁高温腐蚀问题与技术改造措施，供读者参考借鉴。

标签：超临界锅炉；水冷壁；高温腐蚀

超临界锅炉技术始源于20世纪90年代，其由欧洲工程家发明，至今仍在发电领域发挥着不可或缺的作用。超临界锅炉是一种锅炉内工质的压力处于临界点之上的锅炉。超临界锅炉经长时间使用后可能产生高温腐蚀问题，而高温腐蚀现象不仅无法会令锅炉无法正常工作，还可能引发安全事故。本文以超临界锅炉水冷壁高温腐蚀现象为研究对象，对造成高温腐蚀现象的原因进行了分析，同时提出了针对超临界锅炉水冷壁高温腐蚀的技术改造建议

1.对高温腐蚀予以分析

国内在进行电厂锅炉的腐蚀事故调查发现，其腐蚀部分主要位于高温区域，具体来讲，在燃烧器的出口位置和中心线比较相近区域，发生容易腐蚀几率较高。对于锅炉水冷壁的腐蚀区域来讲，其表面呈现黑褐色，此物质外表面松软，但内部比较坚硬。在进行化学化验鉴定后，物质中硫量比例相对较高，且锅炉表面腐蚀区域比较脏，具有暗灰色特点，结合研究发现产生此现象的主要原因为：煤灰未充分燃烧，使其燃烧物和炉壁腐蚀产生混合物，当其黏附于锅炉水冷壁后即呈现以上状况。在进行燃烧气体取样时，研究得出其成分包括：氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫，其中一氧化碳含量约为10%，而氧气含量低于3%。研究锅炉水冷壁垢状的化合物时，其成分包括：四氧化三铁、三氧化二铁、氧化亚铁、铁硫化物。当进行腐蚀产物分析后，明确锅炉水冷壁出现高温腐蚀原因，即硫化物产生高温腐蚀时，其硫化物主要是由黄铁矿内硫元素所生产，在进行腐蚀机理的研究时，其主要包括以下几点。

平圩电厂６００ＭＷ超临界　锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及防治　

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