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w w w . b z f x w . c o m ∪锅炉水冷壁高温腐蚀问题的探讨 山东工业大学动力系 徐夕仁 马春元 李 京 摘 要 叙述了水冷壁高温腐蚀机理探讨了高温腐蚀的发生原因并对几种防止高温腐蚀的措施进行了评述指出 采用新型煤粉燃烧器或对已有燃烧器进行改造是防止高温腐蚀又能确保稳燃高效的措施之一∀ 关键词 贫煤锅炉 高温腐蚀 防止措施 0 引言 近年来部分 ↑ 机组锅炉陆续出 现水冷壁烟侧高温腐蚀∀根据山东电网的情 况高温腐蚀大多发生在燃用贫煤的 ∪级锅炉上∀这些锅炉的高温腐蚀具有以下 特点一是腐蚀速度快平均腐蚀速度∗ ⊆ ⊆ ℑ∀以青岛电厂腐蚀速度最快投运 不足万小时水冷壁平均腐蚀深达⊆ ⊆ 最严重部位腐蚀掉 ⊆ ⊆ ∀二是高温腐蚀 区域相对集中大都发生在炉膛的高热负荷 区以主燃烧器中上区域最为严重腐蚀区 沿炉膛四周分布不均衡∀ 1 高温腐蚀的机理及其发生条件 一般认为炉膛水冷壁烟侧高温腐蚀的 类型可分为三种硫酸盐型硫化物型和氯化 物型∀ 11 硫酸盐型腐蚀 硫酸盐型的腐蚀机理是基于下列反应 →ℑ≥↓ ƒ ⊕↓ ≥⁄ψ→ℑƒ ⊕≥↓ ↔ ≥↓ ƒ⊕ ↓ ≥⁄ψ ↔ƒ ⊕ ≥↓ ↔≥↓ ϒ ⊂↓ ≥⁄ψ ↔ϒ ⊂ ≥↓ 壁面上形成上述腐蚀反应的过程是在 煤粉火焰中矿物质中的钠挥发升华非挥 发性硅酸铝中的钾通过置换反应被释放出 来∀钠和钾与烟气中的≥↓ 反应生成硫酸钠 和硫酸钾其露点温度在 ↔左右气态 的硫酸钠和硫酸钾扩散到较冷的管子表面 时凝结在管壁的氧化膜上借助于从高温火 焰区扩散过来≥↓ 与管壁氧化膜中的主要 成分ƒ ⊕↓发生上述腐蚀反应∀腐蚀产物是 熔点低的复合硫酸盐它不具有氧化膜一样 的保护作用壁温较高时硫酸盐呈熔融状 态当管壁温度小于 ε时熔融状态的硫 酸盐比气相状态的硫酸盐具有更强的腐蚀 性∀气相硫酸盐和≥↓向壁面的扩散主要依 靠温度差∀ 从上述可以看出在硫酸盐型腐蚀中火 焰温度和燃料的成分具有非常重要的作用∀ 火焰温度高温度差大燃料中钠钾硫含量 高则产生的气相硫酸盐多且其向壁面的扩 散和沉积加快煤的含硫量越高火焰温度越 高形成的≥↓越多≥↓向壁面的扩散越 快同时火焰温度高易使沉积于管壁上的硫 酸盐呈熔融状态使腐蚀加剧∀ 可以认为火焰温度很高燃料中的钠 钾硫的含量较高则可能产生较严重硫酸盐 型腐蚀∀由于火焰温度及燃料可选择性的限 制完全避免硫酸盐型腐蚀是不可能的∀ 12 硫化物型腐蚀 硫化物型腐蚀机理是 黄铁矿颗粒随未燃烬煤粉到达管壁 上受热分解放出自由原子硫和硫化亚铁 ƒ ⊕ ≥ψ ƒ⊕ ≥ ≈≥ 当管子附近有一定浓度的♦≥和≥↓ 时也可能生成自由的原子硫反应如下 ♦≥ ≥↓ψ ♦↓ ≈≥ 在还原性气氛中没有过剩的氧原 山东电力技术 年第期总第期 w w w . b z f x w . c o m 子使单独的原子硫在管壁温度达到 ↔ 时发生硫化反应 ƒ ⊕ ≈≥ψ ƒ⊕ ≥ 可以透过疏松的ƒ ⊕↓与较致密的 磁性 氧化铁 层即ƒ ⊕↓ ƒ ⊕ ↓ 中 复合 的 ƒ ⊕ ↓作用 ƒ ⊕ ↓ ♦≥ψ ƒ ⊕ ≥ ♦↓ ♦≥ ƒ ⊕ ψ ƒ ⊕ ≥ ♦ ƒ ⊕ ≥缓慢氧化生成黑色的磁性氧化 铁 ƒ ⊕ ≥ ↓ψ ƒ ⊕↓ ≥↓ 硫 化 物型 腐 蚀所 生 成 的 ƒ⊕ ≥ 熔 点 为 ε∀在温度较低的腐蚀前沿它可以稳定 存在但当外层温度较高时ƒ ⊕ ≥则与介质的 氧 作用转变 为ƒ ⊕↓从而使 腐蚀持 续进 行∀ 从上述机理可以看出硫化物型腐蚀持 续发展的条件是ℑ黄铁矿颗粒到达壁面 ℜ近壁附近是还原性气氛℘ 有较高的壁 面温度∀一般认为大于ε∀ℑℜ两个条 件只要满足一个即可而第三个条件必须满 足∀就是说如果黄铁矿颗粒能够到达壁面 只要有破坏氧化膜的机制如磨损其它腐蚀 等近壁面处不是还原性气氛也能发生硫化 物型腐蚀∀而黄铁矿达到壁面的条件是一次 风煤粉气流直接冲刷水冷壁在这种条件下 因碳的燃烧消耗大量氧气近壁处一般是还 原性气氛此时腐蚀速度大大加快∀如果不存 在气流贴壁现象近壁处是还原性气氛也能 发生所谓的/硫化氢腐蚀0∀ 13 氯化物型腐蚀 近年来的研究表明燃用高氯化物燃料 时炉内确实存在氯化物型腐蚀其机理是基 于下列可能反应 ƒ ⊕↓ ♦ ≤ ⊂≤ ↓ ƒ ⊕ ↓ƒ ⊕≤ ⊂♦↓≤ ↓ ƒ ⊕↓ ♦ ≤ ⊂≤ ↓ƒ ⊕ ↓ƒ ⊕≤ ⊂♦↓≤ ↓ ƒ ⊕↓ ♦ ≤ ⊂ƒ ⊕≤ ⊂♦↓ ƒ ⊕ ♦ ≤ ⊂ ƒ ⊕≤ ⊂ ♦ 从上述机理可以看出♦ ≤ ⊂在≤ ↓的参 与下能与ƒ⊕↓和ƒ ⊕↓ 反应破坏氧化膜∀ 而ƒ⊕≤ ⊂汽化点 低挥发快使金属 直接与 ♦ ≤ ⊂反应∀试验表明氯化氢型腐蚀在∗ ε速度最快♦ ≤ ⊂在烟气中的浓度越高 腐蚀速度越快∀氯化氢型腐蚀发生的条件一 是有足够浓度的♦ ≤ ⊂气体存在即燃料中含 有高量的氯化物一般认为大于 即 有明显的♦ ≤ ⊂腐蚀倾向二是近壁处是还原 性气氛存在≤ ↓ ∀氯化物型腐蚀单独存在的 可能性不大更多的是♦ ≤ ⊂作为一种破坏氧 化膜的腐蚀性气体起到加速其它类型腐蚀 的作用∀因此水冷壁处为氧化性气氛可防止 氯化物性腐蚀∀ 2 关于高温腐蚀类型的判别 高温腐蚀类型的判别对分析腐蚀原因 寻求解决办法有一定的指导意义∀在实际的 燃烧过程中煤种的变化运行工况的变化 等都会影响炉内水冷壁贴壁气氛及火焰温 度从而使腐蚀过程发生变化∀从腐蚀机理 看致腐因素多各种腐蚀机理可能同时存 在因此实际的腐蚀过程是一个多种因素影 响的动态过程∀而腐蚀类型也是一个多种腐 蚀类型共存的综合腐蚀类型∀只不过在腐蚀 过程的某阶段某时期或整个过程某种腐蚀 类型占据主导地位∀正确地判断那种或几 种腐蚀类型占主导地位可抓住问题的主要 矛盾找到有效的防范措施∀ 根据高温腐蚀的机理及各种腐蚀类型发 生的条件可从下面二方面来判断腐蚀类型 ℑ根据腐蚀管子的外表特征腐蚀产物 的成分物相元素分析来判断∀如硫化物型 腐蚀管子的外表特征是管子表面有易碎的 黑褐色类似氧化铁皮的脆性物质经敲击可 成片状剥落剥落后露出深灰或兰黑色表面∀ 硫化物型腐蚀产物中含有较多量的氧化铁 硫化铁而硫酸盐型的腐蚀产物中含有多量 的硫酸盐及钠碱元素∀ ℜ根据炉内空气动力场燃料成分近 壁烟气成分来判断∀如一次风有贴壁现象近 壁烟气含有大量的≤ ↓ ♦≥≥↓含氧量低 小于 可以判定为硫化物型的腐蚀∀反 之可考虑硫酸盐型腐蚀的可能性∀ 山东电力技术 年第期总第期 w w w . b z f x w . c o m 3 关于贫煤锅炉高温腐蚀问题的探讨 山东电网台燃用贫煤的 ∪级 锅炉均发生高温腐蚀而燃用烟煤的同级锅 炉未发现严重的高温腐蚀这可能与贫煤锅 炉的自身特点有关和烟煤相比贫煤不易着 火稳燃和燃烬∀为了保证大型贫煤锅炉的高 效稳燃对贫煤锅炉的角置直流燃烧器的结 构和布置都有不同于烟煤锅炉的要求一次 风喷口相对集中布置一次风喷口和二次风 喷口之间的距离拉大主燃烧器上部有燃烬 风有的还采用上下浓淡燃烧器∀另外配风方 式也不同∀如此布置可推迟一二次风的混 合使炉膛热负荷相对集中火焰温度高∀在 火焰有偏斜气流组织不合理的情况下较难 燃烬贫煤颗粒更易到达管壁上贫煤锅炉更 易发生高温腐蚀∀ 4 防止高温腐蚀的措施 41 采用新型燃烧器或对现有燃烧器进行 改进 以往对于燃用贫煤的燃烧器的设计过 多地偏重低负荷稳燃和高效而对高温腐蚀 考虑得不够∀从前述的分析可知稳燃高效和 高温腐蚀之间有矛盾∀对贫煤锅炉来说燃烧 调整难以达到防止高温腐蚀的较好效果同 时调整的结果往往是牺牲了效率和稳燃性 能∀因此采用兼顾稳燃高效和防高温腐蚀的 新型燃烧器或改造燃烧器是防止高温腐蚀的 根本方法∀ 42 关于贴壁风法 贴壁风法就是从二次风箱引出一小股二 次风贴着水冷壁烟侧送入炉膛以改善水冷 壁的近壁气氛降低水冷壁壁面温度缓解水 冷壁的高温腐蚀∀贴壁风法具有一次性投资 省技术简单的特点有成功的经验也有失 败的教训说明该技术尚不成熟有待进一步 研究∀我们认为该技术未必能适用于任何类 型的腐蚀例如它可能就不适合于不需要还 原性气氛的硫酸盐型为主的腐蚀类型∀另外 贴壁风对炉内燃烧的混合不利∀ 43 关于渗铝管法 理论研究和使用实践表明用渗铝管代 替钢管以减缓高温腐蚀时应注意以下几点 渗铝管具有良好的抗高温氧化耐高 温♦ ≥≥↓ ≥↓ 腐蚀性能∀而对熔融硫酸 盐型腐蚀效果不明显∀在无法预测腐蚀类型 情况下使用渗铝管就有了一定的盲目性∀ 渗铝管与钢管的焊缝无法保证抗腐 性能为可靠采用更长的渗铝管以使焊缝 远离高温腐蚀区这无疑增加了成本∀ 如果渗铝管的使用环境合适可延长 寿命一 倍以上渗 铝管价格 高于普通 钢管 选用时要做技术经济比较∀ 5 结语 水冷壁高温腐蚀是一种极其复杂的物理 化学过程因此确定高温腐蚀的治本技术方 案时要非常慎重要做充分的研究测试分 析并进行必要的燃烧调整正确判断主导腐 蚀类型对现有的技术方案进行全面的分析 比较以寻求最佳的技术方案保证机组安全 经济运行∀ τ 参考文献 12芩可法樊建人池作和 锅炉和热交换器的积灰 结渣磨损和 腐蚀的防止原理和 计算 科学出版社 年 12陈梅倩王哲李敬 锅炉水冷壁高温腐蚀和防止 措施 中国电力 ∗ 12刘炜 大港电厂号炉水冷壁高温腐蚀试验研究 华北电力技术 →∉ ∗ 12李新庚雒利勇傅敏 锅炉水冷壁高温腐蚀原因 和过程浅析 山东电力技术 →↓ ∗ 12吴华森钱重喜罗德勇 ∪直流 炉水冷壁 烟侧高温腐蚀的分析和预防 华东电力 →∉ ∗ 收稿日期 山东电力技术 年第期总第期
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