锅炉水冷壁腐蚀的原因分析及预防措施

锅炉水冷壁腐蚀的原因分析及预防措施

燕学军

晋控电力山西工程有限公司，山西省太原市， 030006

【摘要】：对某热电厂300MW煤粉锅炉水冷壁腐蚀原因进行了分析，从煤质掺配、燃烧调整、设备治理等方面提出了预防措施，对避免或缓解受热面腐蚀具有指导意义。

【关键词】：水冷壁；高温腐蚀；预防措施；贴壁风

1概述

1.1设备概况

某热电公司锅炉为HG-1025/17.5-YM36型亚临界压力一次中间再热自然循环汽包锅炉, 锅炉为单炉膛四角布置摆动式燃烧器、切向燃烧, 固态除渣、平衡通风，每台机组采用5台MP ZGM95N型中速磨煤机，正压冷一次风直吹式制粉系统。

1.2水冷壁腐蚀情况

2020年3月3日，该公司2号锅炉水冷壁爆管停运。经炉内检查发现，前墙右侧、后墙左侧及左右墙水冷壁存在严重的高温腐蚀现象。为判断腐蚀速率，对2019年10月份新更换的后墙水冷壁管进行壁厚测量，发现在短短110天左右，新更换水冷管壁厚已由6.6mm减薄为5.4mm，产生了较高的腐蚀速率。对其余管段进行壁厚测量，确认有约190余根腐蚀超标。

2 高温腐蚀的机理

煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀一般有以下几种形式：硫酸盐型高温腐蚀、硫化物型高温腐蚀、氯化物型高温腐蚀以及由还原性气体引起的高温腐蚀。

2.1.1 硫酸盐型高温腐蚀

该腐蚀主要有两种途径，一种是燃料灰渣中的碱金属硫酸盐（K、Na）₂SO₄与SO₃共同作用产生腐蚀；另一种是碱金属焦硫酸熔盐腐蚀，由于该盐熔点低，在通常管壁温度下呈熔融状态，因此将与氧化铁保护膜反应形成速度更快的熔盐型腐蚀。

2.1.2 氯化物型高温腐蚀

煤中存在一定量的 NaCl，其进入炉膛以后即迅速汽化，以气态的形式存在，它容易与 H₂S、SO₂、SO ₃ 等发生反应生成硫酸钠和 HCl。氯化物型腐蚀主要是HCl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。

2.1.3 硫化物型高温腐蚀

硫化物型高温腐蚀是锅炉水冷壁高温腐蚀中较为常见的类型，引起硫化物型高温腐蚀的主要原因是腐蚀区域烟气中含有游离态硫以及烟气呈还原性，腐蚀产物主要是铁的氧化物和硫化物。

2.1.4 还原性气体引起的高温腐蚀

在水冷壁附近由于缺氧，存在一定的还原性气体，会对水冷壁的氧化铁保护膜产生破坏作用，把致密的氧化铁保护膜还原成疏松多孔的氧化亚铁。从而造成水冷壁腐蚀。

3 水冷壁腐蚀的原因分析

3.1煤质原因

3.1.1 入炉煤严重偏离设计煤种

该热电公司锅炉设计适用煤种为烟煤，但该公司从2019年以来，长期大比例掺配无烟煤、贫煤。燃用煤种严重偏离设计煤种，导致煤粉燃烧时间加长、燃尽性能变差，风粉气流刷墙燃烧的几率大增，在水冷壁局部极易形成强烈的还原性气氛，造成严重的高温腐蚀。同时因着火推后，燃尽率变差，也会造成飞灰可燃物大幅升高。

3.1.2 入炉煤硫含量偏高

入炉煤硫份升高，会使水冷壁区域的还原性气氛增强，减低灰熔点温度，加快灰沉降速度，从而加剧水冷壁受热面的腐蚀。2019年以来，该公司入炉煤平均硫含量基本在2.0%以上，部分煤种含硫量在4%以上，煤场掺配不均，导致个别时段入炉煤硫含量严重超标，造成水冷壁产生较快速率的高温腐蚀。

3.1.3 入炉煤热值偏低

入炉煤热值降低，会使一次风率增加、二次风率减少，主燃烧处于相对缺氧燃烧状态。该公司设计煤种低位发热量为4643kcal/kg，实际燃用煤种在4000kcal/kg-4200kcal/kg 左右。热值偏低，是导致缺氧燃烧，水冷壁受热面发生高温腐蚀的另一重要因素。

3.2设备原因

3.2.1对部分燃烧器进行了低氮燃烧改造，使炉内空气动力场和燃烧条件偏离设计条件，造成燃烧器假象切圆偏大，容易造成火焰刷墙，引发高温腐蚀。

3.2.2 磨煤机磨辊磨损严重，研磨出力下降，石子煤量增加，煤粉变粗，燃尽性能变差，引起高温腐蚀。

3.3运行调整原因

3.3.1为控制氮氧化物的生成量，使得燃尽风量增大，主燃区风量减少，煤粉缺氧燃烧造成还原性气氛生成，导致发生高温腐蚀的可能性增加。

3.3.2.掺杂较高比例的无烟煤，使磨煤机出力下降，煤粉变粗,均匀性变差，太粗的煤粉不易燃尽，火焰拖长，从而使水冷壁表面附近集中了大量煤粉颗粒，冲刷并磨损水冷壁，破坏了水冷壁管的氧化保护膜，使管子的腐蚀减薄恶化；另外，煤粉在缺氧的条件下燃引发高温腐蚀。

3.3.3 为适应电网要求，机组在ACE 状态运行时，当机组升降负荷变化频率及幅度较大时，风煤调节比例过调现象严重，水冷壁也容易产生还原性气氛。

4 水冷壁高温腐蚀预防措施

4.1 改善煤质方面

（1）严把入厂煤验收关。加强入厂煤源头管理，杜绝劣质煤入场，严格控制标煤低位发热量和灰分，杜绝弄虚作假。

（2）严格执行煤种掺配比例。煤场按照掺配细则进行堆放及掺配，对无烟煤、贫煤、煤矸石掺配比例进行掺配燃烧试验，寻找合理的掺配比例。

4.2运行调整方面

（1）加强炉内水冷壁附件还原性气体浓度的检测。将水冷壁受热面贴壁还原性气氛浓度，作为燃烧调整的依据，进行必要的燃烧调整试验。

（2）合理配风与优化燃烧调整。适当缩小切圆直径，以使强燃烧区向炉膛中心转移；适当调整燃烧工况以使火焰均匀地充满炉膛，避免火焰长期固定地偏向一边；"合理分配各燃烧器负荷，以控制燃烧器区域的壁面热流密度和单只火嘴的热功率，降低炉膛内局部火焰的最高温度；可适当开大直流式燃烧器的燃料风挡板，使一次风粉被高速的周界风包围起来，增加其刚性且避免大的偏转；合理调整一次风风速，适当增加一次风速有利于防止气流偏转；检查与调整各风量挡板的调节位置，以避免配风工况紊乱、燃烧过程难以控制以至于风粉气流刷墙等情况。

（3）采用适当的煤粉细度。煤粉较粗将会导致火焰冲墙、壁面附近燃烧强度高、煤粉难于燃尽等，从而引起高温腐蚀与磨损，但煤粉也不能过细，煤粉过细不但增加制粉电耗，而且易产生火嘴烧毁、结焦等缺陷影响炉内燃烧工况。因此要根据具体情况，控制好适当的煤粉细度，以避免高温腐蚀。

（4）均等供粉。在运行中，要保证向各燃烧器均匀送粉，使各燃烧器煤粉空气配比保持均匀，着火和燃烧稳定。免出现由于供粉不均而导致的炉内局部缺氧、着火困难和燃烧不稳定的情况。

4.3 设备改造及检修控制方面

（1）采用侧边风燃烧技术。在水冷壁高温腐蚀区布置一定数量的侧边风口向炉内通入一定量的二次风，以改变水冷壁高温腐蚀区域的还原性气氛，增加局部含氧量，降低烟气中的H₂S浓度。侧边风根据其布置方式可分为贴壁型和风帽型两种。

贴壁型侧边风是在高温腐蚀区域水冷壁的鳍片上开缝隙（或圆孔），缝隙的长短和数量依据腐蚀面积的大小而定。在水冷壁外侧加装密封盒，并从二次风箱引入二次风，二次风由缝隙进入炉膛后，受炉内烟气贴壁运动的影响很快偏转附于水冷壁上，在高温腐蚀区域的水冷壁上形成一层空气保护膜。贴壁型二次风的优点是结构简单，不必改动水冷壁。
风帽型贴壁风是在高温腐蚀区域安装侧边风喷口，在喷口上加装草帽型挡风帽，使进入炉膛的二次风在风帽的阻挡作用下沿水冷壁扩散，在水冷壁上形成一层空气保护膜，这种作用方式与贴壁型侧边风相似。
（2）在管壁上进行高温喷涂防腐防磨。采用喷涂工艺在水冷壁可能发生腐蚀的区域喷涂防磨防腐合金，可以有效的保护水冷壁，缓解高温腐蚀。

（3）加强磨煤机检修维护，确保其研磨件完好性，确保制粉出力。

5 结束语

锅炉受热面的高温腐蚀问题，是一个非常复杂的物理化学过程，在实际燃烧过程中,时常发生多种致腐因素造成的多种类型的综合腐蚀,因而极其复杂。本文通过对锅炉烧热面高温腐蚀机理及原因分析，对典型的腐蚀类型及预防措施进行了简要的阐述，希望对于预防锅炉高温腐蚀的技术措施方面可提供一定的参考。

参考文献：

[1]吴广君.实验室模拟锅炉水冷壁高温腐蚀的热分析动力学研究.浙江大学硕士学位论文.2005

[2] 罗伟光.火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护[J].电力建设,2000(2)

[3] 郭鲁阳等，锅炉水冷壁高温腐蚀分析及预防对策 [J].中 国电,2000(2)。