超超临界锅炉受热面高温腐蚀原因分析和预防

超超临界锅炉受热面高温腐蚀原因分析和预防

王静  河南省 

郑州豫能热电有限公司 郑州市   450000

摘  要

摘要：超超临界锅炉受热面高温腐蚀是发电厂常见的问题之一，它会严重影响受热面的性能和寿命，从而影响整个发电系统的稳定性和效率，本文分析了高温腐蚀的原因，提出预控措施，实施后可保证锅炉长周期安全运行。

关键词

关键词：受热面  高温腐蚀原因分析   防控措施

引  言

在探讨火力发电厂维护技术的同时，了解和防止锅炉受热面的高温腐蚀现象是保证电厂运行效率和安全的关键一环。高温腐蚀严重威胁锅炉的安全运行，影响管道的性能和寿命，从而影响整个发电系统的稳定性和效率。

正  文

一、高温腐蚀现象的分析

高温腐蚀是指在高温环境下，金属管道与腐蚀介质（如氧、硫等元素）发生化学反应，导致金属材料加速退化的现象。在火力发电厂锅炉中，由于燃烧产生的高温和含硫煤炭的使用，容易形成硫化物，这些硫化物会与金属管道表面发生反应，引发腐蚀。此外，氯也是导致高温腐蚀的常见因素之一，特别是在使用生物质燃料的锅炉中更为明显。

二 、高温腐蚀的影响

高温腐蚀不仅会导致金属材料的物理性能下降，减薄管壁，增加爆炸的风险，还会显著缩短设备的使用寿命，增加维护成本。一旦发生严重的腐蚀，可能需要停机进行更换或修复，这将导致发电量下降，损失容量电价，受到电力调度考核，增加发电厂的运营成本。

三、高温腐蚀的成因主要包括以下几个方面

1、化学腐蚀（高温硫腐蚀）：在高温条件下，燃料中的硫、氯等元素与金属材料发生反应，形成一层硫化物膜。随着温度的升高，硫化反应加剧，硫化物膜逐渐变厚，最终导致金属材料的变形和脆化。见图1。

图1：锅炉水冷壁管道硫腐蚀。

        图2：硫腐蚀造成水冷壁管穿孔泄漏典型照片。

        图3：硫腐蚀造成水冷壁管穿孔泄漏典型照片。

观察水冷壁泄漏部位形貌，爆口存在减薄和长期过热特征外，其余爆口均呈刀刃状，未见明显过热特征，且爆口区域水冷壁管发生严重腐蚀减薄，观察爆口附近向火侧水冷壁管，表面存在棕黄或棕褐的腐蚀产物，腐蚀产物层不规则开裂，在管壁外侧存在明显分层。观察爆口下游向火侧水冷壁管，腐蚀产物同样呈分层结构，表面为高温粘结和炉膛燃煤飞灰形成的不规则疏松突起，下方为棕褐色腐蚀产物且不规则开裂，将棕褐色腐蚀产物清除后表面为致密蓝色腐蚀产物，水冷壁管同样存在严重减薄。

2、氧化腐蚀：在高温运行环境下，锅炉金属材料表面会与氧气发生反应，形成一层氧化膜。随着温度的升高，氧化反应加剧，氧化膜逐渐变厚，最终导致金属材料的剥落和腐蚀。

3、热腐蚀：由于炉内动力场温度的不均匀分布，会引发受热面管道的热应力和热疲劳，加速材料力学性能的退化。

4、高温氯化：在高温环境下，锅炉中的水蒸气与氯离子发生反应，形成氯化氢气体。氯化氢气体与金属材料发生反应，形成一层氯化物膜。随着温度的升高，氯化反应加剧，氯化物膜逐渐变厚，最终导致金属材料的脆化和破裂。

四 、如何预防高温腐蚀

1、选择合适的材料：选择抗腐蚀性能的材料是预防高温腐蚀的基本措施。例如，使用含有高铬量的合金钢或镍基合金，这些材料能够在高温条件下形成稳定的氧化膜，有效防止腐蚀介质的侵蚀。研发和使用高性能的合金材料，如耐高温、耐腐蚀的镍基合金和钴基合金，这些材料能够在极端环境下保持良好的机械性能和稳定的化学性质。

2、采用抗腐蚀涂层：在金属管道的表面施加抗腐蚀涂层，如热喷涂的氧化铝或碳化硅涂层，可以有效隔离腐蚀介质，减缓腐蚀速率。采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等先进工艺，在金属表面形成均匀、致密的防护涂层，提高其耐腐蚀性。

图4：采用纳米材料喷涂后的照片。

3、优化燃烧工艺：通过优化燃烧工艺，减少有害物质的生成。例如，采用低氮燃烧技术和燃煤脱硫技术，可以显著减少NOx和SOx的排放，从而减少腐蚀介质的生成。改善燃料质量，如脱硫、脱氯等预处理过程，减少燃烧过程中产生的腐蚀性物质

4、定期检查和维护：定期对锅炉金属管道进行检查和维护，及时发现并处理腐蚀问题。严格执行《锅炉“四管”防磨防爆管理办法》，利用现代检测技术，在机组检修期间，及时对水冷壁易高温腐蚀区域进行检查，对壁厚不满足要求的水冷壁管进行更换，涂层失效区域重新进行喷涂；可采取超声波检测和电化学分析，准确评估管道的腐蚀情况，及时采取补救措施。

5、在线监测技术：利用先进的传感器和监测系统，实时监控锅炉运行状态和金属管道的腐蚀情况，及时发现和处理腐蚀问题，减少损失。

6、运行参数优化：通过优化锅炉的运行参数，如温度、压力和流速等，减少高温腐蚀的发生概率。

7、使用腐蚀抑制剂：在锅炉水处理过程中加入腐蚀抑制剂，可以有效减缓金属材料的腐蚀速度。这些抑制剂能够在金属表面形成保护层，阻止腐蚀介质的侵蚀。

结论

通过深入研究电站锅炉高温腐蚀机理，采取有效措施后，可以有效预防和控制火力发电厂锅炉金属管道的高温腐蚀现象，保障电厂的安全、稳定和高效运行。随着材料科学和腐蚀防护技术的进步，未来有望开发出更高效、更经济的腐蚀防护解决方案。在深入分析火力发电厂锅炉金属管道的高温腐蚀问题及其预防措施的基础上，我们进一步探讨该问题的复杂性及更具体的预防技术，以期达到对电厂维护管理有更深入的理解和应用。

参考文献

[1]. DL_T_1161-2012《超（超）临界机组金属材料及结构部件检验技术导则》 国家能源局 2012.12.01

[2]. DL5190.2-2019《电力建设施工技术规范（锅炉）》 国家能源局 2019.10.01

[3].《锅炉安全技术监察规程》(TSG G0001—2012)

[4].《锅炉监督检验规则》（TSG G7001-2015）