浅谈锅炉高温腐蚀及其预防措施

摘要: 锅炉是一种受热、承压，并可能发生爆炸事故的特种设备，锅炉的高温腐蚀对锅炉的安全经济运行危害极大,本文笔者对锅炉高温腐蚀的原因及其预防措施进行了阐述，以求对锅炉的安全经济运行有所裨益。

关键词:锅炉;高温腐蚀;措施

Abstract: the boiler is a kind of heat, pressure, special equipment and may happen explosion accident, high temperature corrosion of boiler's safe and economic operation of boilers of great harm, are described and its preventive measures according to the cause of boiler high temperature corrosion, in order to benefit the boiler safety and economic operation.

Keywords: boiler; high temperature corrosion; measures

中图分类号：TK223.6 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

锅炉的高温腐蚀主要发生在燃用高硫煤的锅炉水冷壁管和过热器管束上。锅炉运行时在烟温大于700℃的区域内,在高温高压条件下受热面与含有高硫的腐蚀性燃料和高温烟气接触,极易发生高温腐蚀。高压锅炉水冷壁管的硫腐蚀主要是由于煤粉中的黄铁矿(FeS2)燃烧受热,分解出自由的硫原子,产生腐蚀。通常高压锅炉水冷壁管向火侧的正面腐蚀最快,减薄得最多,若发生爆管都在管子的正面爆开,管子的侧面减薄得较少,而管子背火侧几乎不减薄,这种腐蚀给锅炉水冷壁管造成很大威胁,严重时,往往几个月就得更换部分管段,给锅炉的安全经济运行带来很大危害。而锅炉过热器管的高温腐蚀主要是由于液态的灰黏结在过热器管壁上而引起腐蚀。

1 高温腐蚀的主要原因

1.1 燃烧不良和火焰冲刷持续燃烧不良和脉动火焰冲击炉墙时,导致燃烧不完全,在燃烧器区域附近的火焰中心处,当未燃尽的焰流冲刷水冷壁管时,由于煤粉具有一定的棱角,煤粉对管壁有很大的磨损作用,这种磨损将加速水冷壁保护层的破坏,在管壁的外露区段,磨损破坏了由腐蚀产物形成的不太坚固的保护膜,烟气介质便急剧地与纯金属发生反应,这种腐蚀和磨损相结合的过程,大大加剧了金属管子的损害过程。

1.2 燃料和积灰沉积物中的腐蚀成分燃用含硫量高的煤粉时,煤粉中的黄铁矿(FeS2)燃烧受热,分解出自由的硫原子:FeS2FeS+[S],而烟气中存在的一定浓度的H2S与SO2化合,也产生自由硫原子:2H2S+SO22H2O+3[S]。

其次,燃料中的硫及碱性物会在炉内高温下反应生成硫酸盐,当这些硫酸盐沉积到受热面上后会再吸收SO3,生成焦硫酸盐,如Na2S2O7和K2S2O7。焦硫酸盐的熔点很低,在通常的锅炉受热面壁温下呈熔融状态,与Fe2O3更容易发生反应,生成低熔点的复合硫酸盐，当温度在550℃~700℃时,复合硫酸盐处于融化状态,将管壁表面的Fe2O3氧化保护膜破坏,继续和管子金属发生反应,造成过热器管的腐蚀。

另外,燃料中含有氯化物也是使炉管损耗的一个重要原因。它们与烟气中的水、硫化氢等反应生成硫酸盐和Hcl气体,由于Hcl的存在可以使金属表面的保护膜遭到破坏,从而加大对管壁的腐蚀。燃料中含氯量增加,对金属的腐蚀速率也随之增加。当灰中含氯低于0.2%时,不致产生明显的腐蚀;当含氯量达到0.6%时,将造成高的腐蚀率。

1.3 还原性气氛

水冷壁外壁在还原性气氛中，挥发性硫、氯化物及熔融灰渣作用下，使管壁减薄引起的故障。一氧化碳，包括未燃烧的煤粒冲刷管壁，在硫酸盐和氨氯化物（英国煤有一些煤氯含量超过0.6％）的作用下加速腐蚀，导致管壁减薄，当其腐蚀速度超过25µm/103h时，表示已有明显腐蚀。此外低熔点的钠、磷的焦硫酸盐甩落在水冷壁管外表，能熔掉管外表的氢化铁保护层，也使金属受到腐蚀。超临界压力锅炉因其布置特点及壁温相对较高，容易发生圆周方向的沟槽或裂纹。

2腐蚀类型

试验结果显示，硫酸酐及三氧化二铁的含量最高，具有融盐型腐蚀的特征，属于融盐型高温腐蚀。从近表层腐蚀产物的分析结果看，S和Fe元素含量最高，具有硫化物型腐蚀特征，说明存在较严重的硫化物型腐蚀。因此，我厂锅炉高温腐蚀是以融盐型腐蚀为主并有硫化物腐蚀的复合型腐蚀。

3 防止高温腐蚀的措施

3.1 调整燃烧并控制煤粉细度

（1）尽量减少煤粉管道的弯头及长度，并力图使通往各燃烧器的煤粉管道阻力相近。 （2）在管道分叉后引至燃烧器之前，最好有足够长度的直管段，利用直管段的均流作用来减轻煤粉分布不均的程度。 （3）尽量消除煤粉管道内气流的旋转。在产生气流旋转后的管道装设十字形的整流装置，这样阻力不大，效果较好。 （4）对于因弯头而引起煤粉惯性分离所产生的分布不均现象，可用加装导流板予以减轻。 （5）避免周期性地将个别给粉机停掉，必须调整设备和给粉工况，以便锅炉负荷一直下降到额定负荷的50-60%为止，均可由全部安装的给粉机来均匀地改变供粉，而不使个别燃烧器的过量空气量增高。（6）控制煤粉细度,减少腐蚀发生的概率,以降低腐蚀和磨损。

3.2控制燃料中的硫和氯含量

控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蚀速率。国外研究显示,水冷壁管常在燃料品种变化时发生向火侧严重腐蚀。燃料是控制腐蚀速率的第一道关口,应燃用含硫量低于0.8%的煤种,以降低腐蚀速率。

3.3.合理的配风及强化炉内的湍流混合

合理的配风及强化炉内的湍流混合目的是避免局部出现还原性气体。通过调整及强化各燃烧器混合后，实际上高温腐蚀就减轻了很多。

3.4 避免出现受热面超温

因为长期低负荷运行会造成过热器管内工质流量过小,流速过低,严重影响了管子内外热交换,造成管壁温度过高,而炉膛温度不可能同时降低,造成管子短时间超温。所以应尽量避免长期低负荷运行,同时控制炉内局部特别是燃烧器区域附近的火焰中心处的最高温度及热流密度,以避免出现受热面壁温局部过高,减轻高温腐蚀。

3.5 改善受热面状况

对水冷壁、过热器等受热面管进行热喷涂,喷涂耐腐蚀材料,也可对水冷壁管进行表面补焊或改用抗腐蚀性能好的铁素体合金钢管或复合钢管,以改善炉管金属表面状况,提高金属材料的耐腐蚀性能。

3.6 .采用低氧燃烧技术组

由于供给锅炉燃烧室空气量的减少，因此燃烧后烟气体积减小，排烟温度下降，锅炉效率提高。燃油和煤中的硫转化为SO3的百分数和过量空气百分数之间的关系是，随着过量空气百分数的降低，燃料中的硫转化为SO3的转化明显下降。

4 结束语

锅炉受热面发生的高温腐蚀是一个极其复杂的物理化学过程,常见于大型锅炉中,为了更好地做好锅炉受热面高温腐蚀的防止工作,我们应综合平衡影响锅炉受热面高温腐蚀的各种因素,深入研究其产生的原因,在实践中不断探索、总结和积累经验,制定完善的预防措施,保证锅炉机组的安全经济运行。