超超临界燃煤锅炉水冷壁材料高温烟气腐蚀研究

超超临界燃煤锅炉水冷壁材料高温烟气腐蚀研究

孙习芃

安徽淮南平圩发电有限责任公司 安徽省 232089

摘要：火力发电是我国最重要的发电形式，大容量高参数的超超临界机组是火力发电的主力军。其较高的蒸汽压力和温度参数大大提高了机组的热效率和经济性。超超临界燃煤锅炉温度可达1600℃以上，临界机组水冷壁温度较高，超超临界锅炉水冷壁经常发生高温腐蚀。

关键词：超超临界燃煤锅炉；水冷壁材料；高温烟气腐蚀；

高温高压锅炉水冷壁的腐蚀是由多种因素引起的，主要有两种形式：水冷壁内水介质的富氧腐蚀和水冷壁外的高温腐蚀。无论发生何种类型的腐蚀，如果不加强监测和预防，都会影响锅炉运行的安全性和稳定性，从而保证锅炉水冷壁的良好控制。

一、水冷壁高温烟气腐蚀简介

水冷壁是锅炉炉内重要的传热体，承载热量辐射吸收炉膛中的高温火焰，加热水，降低炉膛温度是炉内能量转换的关键要素。出于经济效益和电站建设成本的考虑，一般采用低合金钢作为冷管，以满足炉膛运行的需要。当水冷管表面存在被水垢覆盖的物质，并且在运行条件下含有大量腐蚀性气体（H2S、SO2、HCL、CL2）时，就会发生腐蚀反应，从而产生复杂而不同形式的腐蚀产物。腐蚀产品整体结构松散，极易脱落，不足以保护墙体水冷管，腐蚀可持续。这种情况发生在管壁温度从400°C到450°C之间，被称为水冷壁在高温下的腐蚀。水冷式炉膛壁的高温腐蚀具有腐蚀速度快、腐蚀区域相对集中、突然性高的特点。燃烧室的高温腐蚀常在燃烧区高度的四面墙内，尤其是燃烧区底部。电厂锅炉高腐蚀区水冷管切口分析发现，腐蚀产物具有相似的特性，腐蚀层为多层结构，腐蚀截面一般由四层组成：多孔焦炭渣（主要是硫酸盐和硅盐的混合物）、粉尘、深棕色脆性腐蚀产品（FEO、FE3O4、FE2O3）和基体金属.根据高温腐蚀产物的类型和腐蚀发生的原因，锅炉水冷壁的高温腐蚀可分为以下几类：硫化型高温腐蚀、煤灰腐蚀，氯化物型高温腐蚀和还原气氛中的高温腐蚀。

2. 超超临界燃煤锅炉水冷壁材料高温烟气腐蚀原因

1. 水冷表面腐蚀产物外侧主要为黄灰色白色，有不规则凸性；内侧主要为棕色或褐黄色，部分为黑色，密度较大；火灾方向腐蚀产物破片厚度也不同，大部分腐蚀产物厚度约1.6毫米，容易断裂。燃煤时受硫磺质量影响，燃煤时硫磺含量、硫磺质量分数均在1%以上，大大提高了高温锅炉隧道的腐蚀性，进入燃烧炉时硫磺总持续时间约为1.7%，可引起热水冷壁腐蚀。超超临界锅炉水冷壁发生高温腐蚀区域水冷壁现场观察到受腐蚀，通过对粉煤粉射流对墙体影响部位的检查，发现整体锅炉内无明显的四边形横向墙体水冷冲刷痕迹，主要可以确定煤粉受墙体高温腐蚀的主要原因，但墙体后壁内墙体腐蚀性高，而在后壁较明显的横向痕迹横向冲刷的小面积水冷管、窑气动燃烧场有壁偏的趋势。周围空气体积的变化对墙前及墙后水体测量点的H2S比重有很大影响.随着周围空气体积的增加，从炉中出口的烟气质量没有明显变化，但锅炉灰中的碳含量略有下降。特别是由于周围空气体积的变化，原粉体的刚性射流发生了变化，影响了锅炉灰分的粉尘燃烧和含碳量。发现位于炉区的大多数水冷管上都覆盖了烟尘。目前在冷取水附近的锅炉燃烧器区域出现了氧还原现象，后壁还原气氛普遍高于前壁，可引起水冷壁向火灾方向的高温腐蚀。

2. 金属材料渗碳行为。然而，在绝大多数情况下，渗碳是指内部渗碳。渗碳导致炉管性能下降，寿命缩短.内部渗碳通常发生在800°C以上的温度下，800°C以上表面的合金形成一层保护性氧化物膜，防止渗碳，尽管它不能渗入致密的氧化层，但当墙壁腐蚀时，它可以扩散到松散的硫化物上，随着连接寿命的延长，少量碳化物和脆性裂纹会导致保护膜的连续磨损，除非有效地修复保护膜的磨损，否则会引起内部渗碳。同时，在高温碳大气条件下还含有许多其他腐蚀性杂质，钢的断裂表面氧化膜大大降低了掺杂材料的渗碳阻力。研究表明，沉积沉积物中存在碳酸钙可以改变管壁的外观，引起碳渗入合金。在≥1050°C的温度下，将致密的CR2O3薄膜转化为脆性的CRXCY碳化物，逐渐渗入其中，并在高温下取代保护膜，形成CRXSY硫化物的孔隙率，从而形成内部渗碳的断裂环.在高温和高碳活性下，金属粉末在αC≥1的条件下满足450~800℃的要求，前提是粉末成分含有金属、碳化物和石墨，对金属造成严重腐蚀作用，危害较大。

三、腐蚀治理

1.严格控制锅炉的水质。锅炉水冷壁一般为碳钢材料，在炉水中形成以碳钢阳极和铁为阴极的微量元素活动的必要条件。在炉水中大量的盐提供了电池所需的电解质后，对微量元素有了一系列反应。通常情况下，热水必须保持在微观水平，所以最后的反应是引起腐蚀的重要的电化学反应。然而，水通常含有大量的氧气，氧气的含量经常被未经净化的水补充，导致永久性的电化学腐蚀。它对锅炉的保质期和安全使用产生了深远的影响。水中氧气的溶解度与水的温度成反比。水的温度越高，在水中溶解的氧气就越少。此外，水中的氧溶解度与水中氧的总压力成正比，这是由水中的不同气体产生的总压力，对氧的压力更小，对水的溶解度更小。试图从水中去除氧气是一个需要解决的问题，以防止锅炉中的氧气腐蚀。目前最常见的方法是热处理空气。然而，除气器的效率很好，直接与设备的设计和操作条件有关，并根据多年的除气经验概括了以下管理方法。水温升高到大约100°C时,水蒸气迅速高血压导致上层水体的氧气压力比例下降很快,而水中的溶解氧含量下降。因此，在除气器工作时，应检查内部压力下的除气器的沸点。温度升高会增加苏打水的损失，低去碳水化合物水平，最佳调节范围必须高于2 - 3度的沸点。同时，应注意控制热气的数量和量，以确保除气器中的水保持沸腾状态，如果自动调节系统不符合要求，应手动打开辅助蒸汽阀以供蒸汽加热。气体的排出应该很容易被排出。否则，除颤器中过量的氧气将影响氧气的释放速度，并增加氧气的输出量。此外，除气器工作压力稳定器可以防止外界空气进入除气器，从而影响除气器。气闸释放阀的打开程度可以根据现场调节确定。进水除氧器的补水必须连续稳定，间歇补水和大量补水对除氧效果有一定的影响。

2.温度控制。锅炉运行时，过热器离汽温度不超超过5℃左右，离屏式过热器出汽温度偏差不超超过10℃，并在高温下调节蒸汽的温度，以防止由于炉的热效率波动而使表面过热。锅炉金属和蒸汽温度加热工作期间经常各种平面,因此有必要认真考虑这个问题让两岸的风扇在审查过程提供均匀煤炭炉子开放通风风扇不同阶段和控制内部氧化压力表和烟草烟雾,以确保符合金属温度和窑。在任何异常情况下，它们都必须根据意想不到的预测来观察。在紧急情况下，锅炉必须在10分钟内完成空气停站，关闭有关通风管道，包括风扇、出口、空气供应和其他食品，以确保烤箱的热气效率，防止温度下降。在熔炉停止后，需要调节炉内许多元素的温度，以防止过度冷却，包括阳极过热、高温电池等。在烟囱中放置干燥物质，以防止烟囱和加热表面的腐蚀。维修期间应不断监测压力变化，定期进行抽样分析，并及时补充。 

综上所述，通过优化锅炉运行模式，确定合理的运行方式，使炉壁和锅炉冷却在回流空气中恢复能见度，希望我的描述能用于实际工作中，从而提高锅炉水壁的使用寿命，降低水壁爆震的可能性。

参考文献：

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