锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及解决措施

摘要：锅炉水冷壁的腐蚀是影响电厂的安全运行的一个重要问题。本文针对广东省粤电集团靖海发电厂的用煤情况和锅炉的运行状况,通过分析高温腐蚀的机理,寻找腐蚀的原因并针对各个原因提出相应的改进措施。通过探索,发现控制燃料参数、改进设备结构、优化工艺技术对减少腐蚀比较有效,可为解决实际水冷壁腐蚀问题提供参考。

关键词：水冷壁 高温腐蚀 机理 原因 措施

多年来,电站锅炉燃烧器部位的水冷壁往往受到高温腐蚀的影响,这个问题一直干扰水冷壁的使用效果和寿命,而且当腐蚀情况严重时甚至对生产安全构成威胁。根据以往研究表明,在中国,有近80%的大型电站锅炉受到水冷壁高温腐蚀的影响,这些影响严重的锅炉大部分使用贫煤[1]。高温腐蚀对锅炉水冷壁的影响是使其厚度变薄、材料的强度大大降低。因此,在这样的情况下,水冷壁可能存在爆管或泄漏,对锅炉的安全运行产生威胁。

广东省粤电集团靖海发电厂锅炉较大的炉膛断面和炉膛容积,采用日立-巴布科克公司HT-NR3低NOx旋流燃烧器,水冷壁采用下部（包括冷灰斗）螺旋膜式管圈和上部垂直膜式壁结构。本文将从锅炉水冷壁高温腐蚀的机理入手,分析腐蚀产生的原因,并通过以往的研究总结解决高温腐蚀的措施。

1、高温腐蚀机理

1.2 硫酸盐型腐蚀机理

通过上式发现,水冷壁管金属也不断生成氧化铁,而生成的氧化铁层不断被消耗,如此往复循环,管壁就产生了很大的腐蚀现象[3]。

2、高温腐蚀原因研究

2.1 煤质问题

近期广东省粤电集团靖海发电厂引进了许多价格相对比较经济的印尼煤。然而,这些印尼煤具有易燃易爆的特点,硫含量比较高。这样,煤在燃烧时生成的硫化物促进了锅炉水冷壁的高温腐蚀,因此,煤中硫和硫化物危害比较大,为高温腐蚀奠定了条件。此外,煤的不完全燃烧生成还原性的气体,也促进了高温腐蚀的速度。较高的硫含量和较难的燃烧状态产生了很多问题:

(2)按日立·巴布科克公司（BHK）的燃料特性分析方法,并且在对国内几十台大型电站锅炉进行调研和分析及一系列试验基础上,总结了普华煤质分析法判断广东省粤电集团靖海发电厂的燃煤的结渣,灰粘污特性。发现使用的煤比较容易结渣和粘污。

(2.2 设备影响

设备是依据所其燃用煤质的着火特性、结渣特性、燃尽特性、粘污特性等种种特性,以及要满足所规定的燃烧效率和控制NOx产生量,选定与燃烧器、容量、配置和其它各项相一致的各种部份尺寸。

(1)有些锅炉将一次风分为两股风喷出,一浓一淡,一上一下并行列。然而,这样上下布置使得浓股风偏向于锅炉的水冷壁,这样,浓股一次风中含有较多的煤粉,与二次风很难均匀混合,煤粉含量多的地方燃烧时氧气会不充足,局部产生还原性气体,使得会冷比腐蚀速度加快。

(2)有学者曾研究过冷态下锅炉的空气动力场,试验表明,在锅炉内部强风环的直径较大。这种情况下,超过一半的气流回来锅炉水冷壁旁边流过,此时,锅炉中部风速较缓,形成弱风区。水冷壁旁边的强气流会冲刷掉表面的氧化保护膜,炉膛中部弱风区则因为氧气补充不足而不完全燃烧。因此,这种设备情况下腐蚀也会比较严重。

2.3 运行水平

检测手段不是特别有效时,会使一次风中含有的煤粉浓度不均匀、不合理。这些影响的因素有风管的长度、阻力、煤质,这样往往导致给粉机下粉出现问题,而且有时候风管容易被堵塞。此外,如果运行不合理,二次配风效果也并不理想。当二次风门内外开放程度不一样时,两次射流会比较复杂不稳定,使得燃烧情况不合理。也因此会导致腐蚀现象严重。

此外,当燃烧状况不佳、四角切圆半径过大、配风方式不好时,锅炉水冷壁附近的煤粉会剧烈燃烧,是水冷壁温度升高。此外,还原性气体会导致腐蚀介质厚度增加,加重了锅炉水冷壁的腐蚀。

3、防范措施

通过对锅炉水冷壁高温腐蚀原因的分析,针对这些可以采取的措施有燃料控制、设备及运行调整、技术优化等。

3.1 燃料控制

对入厂的煤要进行严格控制,重要的参数,如挥发份、低位发热量、灰份、含硫量等,要严格控制其含量。尽量减少使用贫煤或高硫煤。

煤进厂后,燃烧前和燃烧过程中都可以进行除硫,以此来使煤中硫的含量降低。最简单的方法可利用输煤皮带传送石灰石进行脱硫。其它的脱硫方法有物理脱硫法（如重选法、浮选法、磁选脱硫法等）,化学脱硫法（如热压浸出法、常压气体湿法脱硫等）。

为了防止和减轻灰粒对受热面的磨损,在烟温较低的受热面上加装防磨盖板。并控制各对流受热面处的烟气流速。根据BHK在燃煤炉中烟速选取的设计经验,烟气速度控制在11～15m/s范围内是合适的。在合理范围内,可以将烟气平均速度控制在更低水平。通过以上措施能有效防止灰粒对受热面的磨损。

3.2 设备及运行调整

3.2.1 燃烧器均匀布置

广东省粤电集团靖海发电有限公司电厂600MW超临界本生直流锅炉燃烧器采用的是前后墙对冲燃烧方式,确保沿炉膛左右两侧有均衡的燃烧性能,使炉膛出口左右两侧烟温偏差达到较小水平。燃烧系统共布置有16只燃尽风喷口,36只HT－NR燃烧器喷口,共52个喷口。燃烧器分3层,每层共6只,前后墙各布置16只HT－NR燃烧器;在前后墙距最上层燃烧器喷口一定距离处布置有一层燃尽风喷口,每层8只,前后墙各布置8只。

这样的布置可以使炉膛内烟气分布均匀,使煤粉可以充分燃烧并减轻对水冷壁的冲刷作用。以此达到减轻腐蚀的效果。

3.2.2 选用合理炉膛参数

炉膛的几何尺寸以及其计算数据(包括炉膛容积热负荷,炉膛断面热负荷,燃烧器区域热负荷等)以及炉膛布置将根据上述煤和灰的特性进行设计和选取的。在遵守90～95kW/m3的前提下,我们依据BHK本生炉多年来的业绩经验,对于广东省粤电集团靖海电厂易结渣燃料,决定采用更低的炉膛容积热负荷81.7kW/m3,炉膛截面热负荷为4.46MW/m2。

这样,当在所有工况下燃用特定的设计和校核煤种的时候,炉膛的设计和燃烧器的布置能确保水冷壁管屏的任何一部分,过热器和再热器不会被火焰冲刷,燃烧器之间也不相互影响,可以更好的增加燃烧的效果,减少水冷壁腐蚀。

3.3 技术优化

主要针对两次进风入口角度的合理性、配风的方式、煤粉细度等参数,通过试验或者计算进行优化处理。锅炉炉膛容积、断面积以及燃烧器区域壁面面积选取相对较大,这样锅炉对煤种具有较强的适应性。此外,在负荷不是很高的情况下,可以考虑适当控制上层的二次风挡板的开闭程度,保证下层的供氧量,减少不完全燃烧还原气氛的产生。

总之,上面的措施都是通过控制其它参数使得煤粉燃烧更充分,减少还原性气体的产生,以此来保证腐蚀的减慢,这与上文的原因分析是相对应的。

4、结语

先进性锅炉水冷壁腐蚀的机理分析,这样就会通过试验和计算很容易发现其腐蚀的原因,然后针对这些原因探索解决腐蚀问题的措施,这样效率就会提高,效果也会比较好。本文提出的方法都是基于之前的探索和研究,并在广东省粤电集团靖海电厂使用中得到良好的实践检验效果,所以这些措施应该具有较高的参考价值。

参考文献

[1]郭鲁阳.1025t/h锅炉水冷壁高温腐蚀分析及预防[J].华东电力.2004,32(4):46-48.

[2]周新刚,苗长信.电站锅炉高温腐蚀产生的原因及防范措施[J].华电技术,2010,(1):49-53.

[3]冯树林.锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及对策[J].中国电力教育,2008,(S3):668-669.

[4]陈国胜,张聪慧.柳林电厂410t/h锅炉水冷壁腐蚀原因分析及预防[J].山西电力,2005,(6):25-26.