宋凱，袁鶴，尤坤坤

（華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東鄒城 273522）

1000MW機(jī)組爐內(nèi)受熱面腐蝕的原因以及治理方案

宋凱，袁鶴，尤坤坤

（華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東鄒城 273522）

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠1000MW的機(jī)組爐內(nèi)受熱面在高溫、高壓環(huán)境下極易發(fā)生泄漏，經(jīng)過分析，其原因?yàn)楦邷馗g造成水冷壁管壁減薄。分析了腐蝕產(chǎn)生的原因，從燃燒方式、煤質(zhì)選擇及鍋爐結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了改進(jìn)，鍋爐受熱面泄漏現(xiàn)象得到有效改善。

側(cè)燃風(fēng)；高溫腐蝕；水冷壁；還原性氣氛

0 引言

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱鄒縣發(fā)電廠）四期工程裝設(shè)2臺(tái)1 000MW燃煤機(jī)組（DG 3000／26.15－Ⅱ1型），鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐、標(biāo)高17m以上露天布置、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。爐膛寬為33973.4mm，深度為15558.4mm，高度為64000.0mm。機(jī)組爐膛為膜式水冷壁，從爐膛下部到混合集箱為螺旋水冷壁，從混合集箱到爐頂大包由垂直水冷壁連接，兩者由混合集箱內(nèi)過渡水冷壁進(jìn)行轉(zhuǎn)換連接，爐膛角部為R 150mm圓弧過渡結(jié)構(gòu)。

鍋爐受熱面主要包括過熱器系統(tǒng)及再熱器系統(tǒng)。其主要作用為在機(jī)組運(yùn)行過程中將管路中的水汽介質(zhì)進(jìn)行隔離，并通過燃燒煤炭進(jìn)行換熱，將水蒸發(fā)。爐內(nèi)承壓部件不僅外部存在于高溫環(huán)境下，內(nèi)部還要承受水蒸發(fā)過程中形成的高壓環(huán)境，例如過熱器在運(yùn)行過程中需承受26MPa左右的壓力。機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫、高壓環(huán)境下，鍋爐受熱面極易產(chǎn)生泄漏。

文獻(xiàn)中，施萬(wàn)森對(duì)鍋爐受熱面高溫腐蝕及預(yù)防措施做出了總結(jié)［1］，官民健等針對(duì)鍋爐受熱面的化學(xué)腐蝕問題進(jìn)行了原理分析，并總結(jié)出了腐蝕后的補(bǔ)救手段［2］。但對(duì)1 000MW機(jī)組爐內(nèi)受熱面因還原性氣氛過高造成的腐蝕等具體問題的相關(guān)介紹及解決方案較少，因此，本文以鄒縣發(fā)電廠1 000MW機(jī)組為例，對(duì)爐內(nèi)腐蝕的原因進(jìn)行總結(jié)，制定解決方案和檢修預(yù)防措施。

1 水冷壁兩側(cè)墻高溫腐蝕主要原因

1.1 腐蝕情況

鄒縣發(fā)電廠每次大、小修都對(duì)水冷壁管壁重點(diǎn)進(jìn)行測(cè)厚檢查，發(fā)現(xiàn)向火側(cè)的管子腐蝕很快，通常腐蝕成一個(gè)平面，吹灰器孔周圍水冷壁管高溫腐蝕嚴(yán)重，水冷壁管壁平均減薄超過3.0mm（規(guī)格為?63.5 mm×7.5mm，材質(zhì)為20鋼），危害鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

引起水冷壁硫化物型高溫腐蝕的原因較多，主要有3點(diǎn)：火焰中心偏斜，燃煤含有腐蝕因子以及水冷壁管附近產(chǎn)生還原性氣氛。

1.2 火焰中心偏斜造成氣流沖刷水冷壁

從爐內(nèi)的腐蝕情況來看，腐蝕區(qū)域主要集中在兩側(cè)水冷壁墻，根本原因?yàn)榛鹧嬷行钠?，從而?dǎo)致兩側(cè)墻區(qū)域在運(yùn)行過程中含氧量過少，還原性氣氛不斷增強(qiáng)，造成燃燒不充分，最終導(dǎo)致腐蝕。同時(shí)，在燃燒過程中，由于未燃盡的煤粉隨著火焰沖擊兩側(cè)爐墻，對(duì)水冷壁原有保護(hù)膜造成損壞，將原有的腐蝕層剝落，裸露出母材，形成了循環(huán)腐蝕，這種腐蝕和磨損相結(jié)合的過程大大加劇了對(duì)金屬管子的損害。

1.3 燃煤含有腐蝕因子

根據(jù)鄒縣發(fā)電廠鍋爐燃燒性能，對(duì)燃燒使用的煤進(jìn)行參配摻燒，煤質(zhì)中含有的FeS2燃燒受熱分解出S，而煙氣中存在一定濃度的H2S與SO2化合，也產(chǎn)生自由的S，其與水冷壁相遇，發(fā)生如下反應(yīng)造成腐蝕：

同時(shí)，煤質(zhì)中含有的S以及堿性物質(zhì)在高溫條件下產(chǎn)生硫酸鹽，吸收水冷壁壁面的SO3，形成焦硫酸鹽，其在熔融狀態(tài)下極易與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生復(fù)合硫酸鹽，而復(fù)合硫酸鹽在高溫環(huán)境下極易造成水冷壁進(jìn)一步腐蝕。

1.4 還原性氣氛

在運(yùn)行過程中，爐內(nèi)燃燒不充分導(dǎo)致兩側(cè)墻局部缺氧，隨著還原性氣氛的不斷增強(qiáng)，高硫煤無法充分燃燒導(dǎo)致H2S與水冷壁金屬母材表面發(fā)生反應(yīng)。H2S為還原性成分，比氧化性介質(zhì)更具備腐蝕性，隨著負(fù)荷高低交替，腐蝕速度不斷加快，造成水冷壁管母材層層脫落，從而導(dǎo)致水冷壁因減薄嚴(yán)重造成泄漏。

2 結(jié)合機(jī)組檢修發(fā)現(xiàn)的問題

停爐檢查發(fā)現(xiàn)兩側(cè)墻因高溫腐蝕造成管排超標(biāo)缺陷高達(dá)100多根，原管排（規(guī)格為?38.1mm×7.5 mm，材質(zhì)為SA－213T2鋼，內(nèi)螺紋），質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管壁厚應(yīng)不小于5.625mm。2011年，＃8機(jī)組小修時(shí)發(fā)現(xiàn)66根管排缺陷超標(biāo)；2012年，＃8機(jī)組小修時(shí)發(fā)現(xiàn)110根管排缺陷超標(biāo)；2013年，＃8機(jī)組春節(jié)備用消缺時(shí)發(fā)現(xiàn)73根管排缺陷超標(biāo)；2013年，＃8機(jī)組大修時(shí)發(fā)現(xiàn)182根管排腐蝕超標(biāo)。

可以看出，隨著機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行，爐內(nèi)還原性氣氛逐漸增多，對(duì)兩側(cè)水冷壁管段造成嚴(yán)重腐蝕，無法保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 降低水冷壁腐蝕的措施

（1）結(jié)合機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，對(duì)燃燒器內(nèi)、外擋板進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行風(fēng)速調(diào)平試驗(yàn)，從而保證火焰在燃燒過程中處于中間位置。同時(shí)在運(yùn)行過程中避免火焰中煤粉顆粒對(duì)兩側(cè)墻的沖擊，保證燃燒器出口氣流的煤粉質(zhì)量濃度均勻分布?？刂泼悍奂?xì)度，從而降低兩側(cè)墻水冷壁的腐蝕以及因煤粉顆粒沖擊造成的磨損程度。

（2）控制燃煤中腐蝕因子S和Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，降低腐蝕速率。經(jīng)過多次檢查、分析，發(fā)現(xiàn)水冷壁管向火側(cè)常在燃料品種變化時(shí)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，因此，應(yīng)燃用S質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.8%的煤種，以降低腐蝕速率。

（3）為了改善水冷壁兩側(cè)墻的還原性氣氛，防止兩側(cè)墻水冷壁高溫腐蝕，利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)1 000 MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行如下改造。

1）水冷壁前、后墻加裝側(cè)燃風(fēng)裝置（型號(hào)為HT－NR3），在各層靠?jī)蓚?cè)墻的2臺(tái)燃燒器上新增加35°水冷壁擴(kuò)錐，通過支撐肋板將其固定在外二次風(fēng)擴(kuò)錐上，燃燒器外二次風(fēng)擴(kuò)錐（導(dǎo)流筒）原結(jié)構(gòu)及連接方式不變，擴(kuò)錐角度由45°改為35°。

2）更換穩(wěn)焰環(huán)，新穩(wěn)焰環(huán)去除原有的直立小段，減少擴(kuò)錐肋板，增加通流面積，連接方式不變。

3）在前、后墻靠?jī)蓚?cè)墻位置，增設(shè)3層共12套側(cè)燃風(fēng)裝置，側(cè)燃風(fēng)引自熱二次風(fēng)道，布置在各層燃燒器分風(fēng)道下部，與新增12只側(cè)燃風(fēng)噴口分別連接，水冷壁管進(jìn)行相應(yīng)的改移。

4）增設(shè)側(cè)燃風(fēng)裝置后，在水冷壁兩側(cè)墻原24只取樣管外側(cè)再加裝16只煙氣取樣管，位置為距離側(cè)墻中心線4m，如圖1所示。

圖1 側(cè)燃風(fēng)及煙氣取樣管布置

4 治理前、后腐蝕情況對(duì)比及檢修預(yù)防

（1）借機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)燃燒部件磨損及腐蝕超標(biāo)的管段進(jìn)行了更換，并進(jìn)行燃燒調(diào)整，消除火焰偏斜和局部熱負(fù)荷過高的缺陷，有效降低了FeS2對(duì)管壁的附著。

（2）增設(shè)剛性較強(qiáng)的側(cè)燃風(fēng)，風(fēng)射入爐內(nèi)后會(huì)與高溫?zé)煔庀嘤霾a(chǎn)生強(qiáng)烈的混合擾動(dòng)，一部分二次風(fēng)氧化了煙氣中的還原性氣體及煤粉顆粒，一部分二次風(fēng)在水冷壁表面形成1層空氣保護(hù)膜，阻擋煤粉氣流沖刷水冷壁，改善壁面的還原性氣氛，有效抑制了水冷壁管的腐蝕。改造前，水冷壁從原始厚度7.5mm被腐蝕為5.6mm，改造后，水冷壁管經(jīng)過1年的運(yùn)行仍保持原有壁色。2014年改造前、后更換管排情況如圖2所示。

圖2 改造前、后更換管排情況

（3）機(jī)組啟動(dòng)后，對(duì)兩側(cè)墻壁面區(qū)域O2，CO及H2S質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化鍋爐燃燒方式，達(dá)到抑制水冷壁高溫腐蝕的目的。

（4）為了進(jìn)一步預(yù)防殘余的還原性氣氛造成危害，對(duì)兩側(cè)墻進(jìn)行噴涂，首先用10～20目干凈、干燥、多梭角的石英砂對(duì)墻表面噴砂處理，除灰、除焦、除氧化皮，其中粒徑為0.5～1.0mm的石英砂占30%，粒徑為1.0～2.0mm的約占40%～50%，粗料占10%～15%。吹砂時(shí)，吹砂嘴與基件距離為150～200mm，噴砂角為70°～80°，一般基體表面達(dá)到S3級(jí)（表面粗糙度為40～50μm）；然后采用超音速電弧進(jìn)行噴涂，噴焊材料選用鎳鉻碳化鉻金屬陶瓷復(fù)合粉，噴焊層硬度＞60 HRC；最后在涂層表面涂1層高鋁進(jìn)行封孔處理，提高涂層的耐磨、耐腐蝕性。

借2015年檢修機(jī)會(huì)對(duì)爐內(nèi)兩側(cè)水冷壁進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，證明治理措施可靠、有效，避免了隱患的發(fā)生，節(jié)約了檢修成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

爐內(nèi)受熱面是承壓部件檢查重點(diǎn)關(guān)注的部位，為了降低高溫腐蝕現(xiàn)象，從燃燒調(diào)整、煤質(zhì)控制以及技術(shù)性改造方面著手進(jìn)行改進(jìn)，提高了機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)效益。

［1］施萬(wàn)森.鍋爐受熱面高溫腐蝕及預(yù)防措施［J］.能源與節(jié)能，2012，84（9）：11－12.

［2］官民健，孫福君，劉常輝，等.鍋爐受熱面腐蝕分析［J］.電力安全技術(shù)，2008，10（9）：60－63.

（本文責(zé)編：弋洋）

TK 224.9

B

1674－1951（2016）02－0009－02

宋凱（1988—），男，山東菏澤人，助理工程師，從事火力發(fā)電廠設(shè)備檢修、技術(shù)管理工作（E-mail：tianxuansky＠163.com）。

2015－10－08；

2016－01－04

袁鶴（1972—），男，山東鄒城人，工程師，從事火力發(fā)電廠技術(shù)管理工作。

尤坤坤（1988—），男，江蘇徐州人，助理工程師，工學(xué)碩士，從事火力發(fā)電廠設(shè)備檢修工作。