某发电公司2号炉水冷壁高温腐蚀原因分析及处理措施

摘要：在2008年石门电厂#2机组大修锅炉本体检修中，发现水冷壁后墙及右墙高负荷区存在区域性腐蚀现象，本文就此问题展开探讨，分析其原因，提出防范措施。

关键词：水冷壁；燃烧器；高温腐蚀

中图分类号：TK224.9

1.设备简介

大唐石门发电有限责任公司2×300WM机组的锅炉采用哈尔滨锅炉厂引进的美国CE公司设计制造技术，为1021t/h亚临界压力、中间一次再热自然循环汽包锅炉。锅炉设计为单炉膛，倒U型布置，平衡通风，直流式燃烧器正四角切园燃烧。炉膛宽12802mm，深为12808mm。

水冷壁由内螺纹管及膜式水冷壁组成，在炉膛中热负荷较高的区域采用内螺纹管以防止管内产生膜态沸腾。为避免水冷壁吸热偏差，炉膛四角设计成大切角，每个大切角为独立循环回路，有16根水冷壁管。整个水冷壁划分为28个自然循环回路。水冷壁管规格为Φ63.5×8，材质为20G，全炉总计944根。

锅炉每角布置5层煤粉燃烧器，从下到上依次为A、B、C、D、E层燃烧器，其中A、B层直流双通道固定式燃烧器，C、D、E层为浓淡型直流宽调节比燃烧器，整个燃烧器系统位于标高约从17.24m至27.80m的范围内。

2.缺陷概述

2008年#2炉大修中，检查发现水冷壁后墙右数第66根至第119根（实际标高约为23.40m至26.90m，为D层燃烧器中部往上3.5米区域）以及水冷壁右墙前数第79根至第113根（实际标高19.3m至22.1m，为C层燃烧器处管排安装焊口往下0.6米开始往下2.2米的区域），存在大面积高温腐蚀痕迹。

腐蚀的水冷壁管向火侧呈现松树皮状，表面凹凸不平，局部区域有腐蚀坑，横截面向火侧呈现出三角形，最薄处约4.6mm，典型腐蚀如下图片所示。

3.腐蚀机理

水冷壁高温腐蚀产生机理根据化学反应不同分为2种类型，即硫化物型和硫酸盐型。

硫化物型腐蚀，即煤粉中FeS2附着在水冷壁管上，在高温（约350℃）下受热分解成FeS和S，FeS进一步氧化成Fe2S3，从而破坏管壁。

硫酸盐型腐蚀，即煤粉中碱金属氧化物与燃烧产生的SO3化合成硫酸盐（M2SO4），而附着在管壁上硫酸盐与Fe2S3、SO3进一步发生反应：

3M2SO4+ Fe2S3+3SO3―2M3Fe（SO4）3

一般正常情况下，高温烟气会使Fe氧化成Fe2O3 ，对管壁产生保护作用。一旦这层致密的氧化层被M3Fe（SO4）3破坏，高温腐蚀便产生了。

燃煤中硫分越高，单位量煤粉燃烧时产生SO3更多，而过量SO3也能直接和M2SO4发生反应：M2SO4+SO3―M2S2O7

相比于M3Fe（SO4）3，液态的焦性硫酸盐M2S2O7具有更强腐蚀性。

在实际中，焦性硫酸盐M2S2O7和碱金属硫酸盐M3Fe（SO4）3是我们常见的锅炉焦块重要成分。

有资料表明，管壁温度和烟气温度在一定范围内（烟温不超过1400℃，管壁温度在510至690℃之间），硫酸盐型腐蚀是随着管壁温度升高而变得严重。

实际情况中的高温腐蚀具体是属于硫化型腐蚀还是硫酸盐型腐蚀，需要对腐蚀产物进行化学成分分析才可确定。

因此，在一定的管壁温度范围内，煤中硫和碱金属含量越多，这种高温腐蚀也就越严重。另外，管壁结渣或高温结焦与高温腐蚀有相互促进作用。

4.原因分析

4.1入炉煤含硫量长期偏离设计值。

近年来煤炭市场的供应不断紧张，公司机组掺烧煤比例不断加大，煤中硫份的含量也呈上升趋势，最高曾达3%以上，入炉煤含硫量长期高于设计值。

4.2高负荷区域水冷壁管存在超温现象。

我厂额定蒸汽参数为540℃，设计炉膛出口烟温994℃，正常运行工况下，水冷壁管壁温度不会超过450℃（20G使用极限温度为450℃）。相关研究资料表明，烟温在1000℃左右，水冷壁管温度要高于560℃，高温腐蚀才会有剧烈发展趋势。

那么造成水冷壁区域局部高温腐蚀的直接原因是被腐蚀区域运行中管壁严重超温。通过调查了解运行、检修情况及大修前冷态试验，我们发现：

（1）运行中被腐蚀区域附近A3?B3?C3?A4燃烧器相应的一次风管送粉不畅，检修中发现B3、A4、A3燃烧器喷口大量结焦，烧损变形。

（2）大修前锅炉冷态试验中发现B3一次风风速明显偏低，一次风口中心线向右墙偏斜。

以上两点说明运行中腐蚀区域附近的燃烧器一次风切园中心向#3角偏移造成火焰刷墙，火焰刷墙造成局部管壁严重超温，随着管表面结焦结渣日趋严重，导致传热恶化，管壁温度升高，超温区域的高温腐蚀也就形成了。一次风切圆为逆时针方向旋转，在标高上则体现为后墙腐蚀区域位置略高于右墙腐蚀区域。

4.3低负荷时为保证再热汽温采取的富氧燃烧措施加剧了高温腐蚀。

由于石电机组大多时候在电网中承担调峰的角色，且因设计上的原因，低负荷时再热汽温偏低，常采取提高氧量的措施提高再热汽温，导致富氧燃烧过程中产生大量SO3气体，加剧了高温腐蚀的产生与发展。

5.处理措施

针对以上原因分析，除更换腐蚀超标管，更换或修复烧损燃烧器，修后调平一、二次风速外，还做了如下处理：

（1）将B3燃烧器上、下层煤粉通道、二个腰部风通道作局部修改，通过焊接不锈钢板的方式使喷口整体向前推进，使通道前边缘距离火咀外部壳体边缘缩短至200mm，提高一、二次风刚性，使B3着火推迟；

（2）将B层燃烧器切圆直径由设计值878mm调整至578mm，防止一次风刷墙。

运行方面有针对性地提出如下燃烧调整措施：

（1）加强配煤掺烧，严格控制入炉煤含硫量；

（2）长期燃用高硫煤种时，控制煤粉细度R90

（3）维持合适的空预器出口一次风压力（大于1.8Kpa），提高一次风刚性以防火焰刷墙；

（4）防止炉水品质超标引起水冷壁管结垢，造成传热恶化，使得热负荷较高区域管壁超温。

6.几点建议

6.1缩小切圆直径会影响低负荷时燃烧稳定性，用此办法来避免水冷壁高温腐蚀要慎重。

6.2高负荷时为防止燃烧器局部还原性气氛出现，运行中应避免三次风量太大而影响二次风量，所以排粉机选型时裕量应选择合适，不宜过大，运行中在保证带负荷能力的前提下应减少制粉系统套数。

6.3低负荷时注意保持各层燃烧器尤其是下层燃烧器供风量均匀，防止局部燃烧器因风量不足出现还原性气氛。

6.4长期燃用高硫煤时可以采用往煤粉中添加一定比例石灰石（CaCO3）或白云粉（CaCO3、MgCO3）、对水冷壁进行防腐喷涂的方法可以起到高温防腐作用。

7.结束语

随着公司机组运行时间的不断增长，锅炉受热面的吹伤、腐蚀、磨损等问题将会越来越隐蔽，若不及时发现处理，问题将会越来越严重。这也就要求我们防爆小组在停备检修中加强对受热面的检查，特别是大小修中加强对燃烧器附近、吹灰器附近管子的检查，对于类似的群发性缺陷，一定要深入分析，对于问题要追根溯源，同时也应认识到，“四管”防爆工作不单只是几百根管子的事，而要从制粉、风烟、汽水系统着手，精心维护，只有在整台锅炉处于一个更健康水平的基础上，辅以得当的运行调整，锅炉“四管”防爆工作才能更上一个台阶。