王敬東

摘 要：本文通過對超臨界發(fā)電鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕機(jī)理的分析并對其機(jī)理的深度探討，發(fā)現(xiàn)其鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕的原因是煤種含硫發(fā)生硫化反應(yīng)和燃料的不充分燃燒，導(dǎo)致還原氣體的生成，催化了鍋爐壁的高溫氧化腐蝕。針對上述問題，提出了相應(yīng)的預(yù)防對策，主要措施有以下兩點(diǎn)：將風(fēng)向偏轉(zhuǎn)，使得燃料煤的燃燒更加充分；通過在鍋爐壁噴涂防腐蝕涂料，杜絕鍋爐壁與硫化氣體的直接接觸。

關(guān)鍵詞：超臨界；鍋爐水冷壁；高溫氧化腐蝕原因；對策；分析

中圖分類號(hào)：TK224.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0045-01

近年來，我國發(fā)生了多次電站鍋爐水冷壁高溫氧化腐蝕事故。例如，2008年某發(fā)電廠檢修鍋爐時(shí)，鍋爐水冷壁嚴(yán)重遭受高溫氧化腐蝕，其中129根水冷壁管的厚度減薄超標(biāo)，最薄的水冷壁管厚度僅有3mm。水冷壁管的變薄使鍋爐的強(qiáng)度大大降低，最終導(dǎo)致泄漏事故的發(fā)生。

1 高溫氧化腐蝕機(jī)理

高溫氧化腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，目前該過程仍處于探索階段，一般認(rèn)為主要與下列因素有關(guān)：（1）爐膛中火焰的溫度；（2）燃煤的含硫量；（3）煙氣與灰顆粒的沖蝕。在發(fā)電鍋爐運(yùn)行過程中，爐溫可達(dá)1600℃以上，由于燃煤中存有硫和其它有害雜質(zhì)，水冷壁一般會(huì)受到高溫氧化腐蝕，參與高溫氧化腐蝕的危害物有燃燒過程中產(chǎn)生的SO2、SO3、H2S、HCl等，它們在各種溫度下可共同對管壁進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)態(tài)腐蝕，其中，硫化物是鍋爐高溫氧化腐蝕的主要因素。

黃鐵礦粉末與一些未燃盡的煤粉進(jìn)入冷水壁區(qū)域，受熱分解：FeS2→FeS+[s] （1）

硫原子也可以由H2S和SO2反應(yīng)生成：

2H2S+SO2→2H2O+3[s] （2）

高溫條件下，游離態(tài)的硫原子與鍋爐壁中的鐵產(chǎn)生反應(yīng)：

Fe+[s]→FeS （3）

而且這種反應(yīng)速度隨著壁溫的升高迅速加快。該發(fā)電廠在鍋爐大修檢查中發(fā)現(xiàn)：在水冷壁上存在這種單質(zhì)硫，而且具有一定厚度，可進(jìn)一步判斷該高溫氧化腐蝕為還原性氣體生成的硫化物型高溫氧化腐蝕。根據(jù)以上機(jī)理可看出，當(dāng)發(fā)電爐內(nèi)空氣動(dòng)力場不良時(shí)，極有可能發(fā)生高溫氧化腐蝕現(xiàn)象，而前后墻對沖的鍋爐，往往前后墻腐蝕程度要比側(cè)墻輕很多，或者基本不發(fā)生腐蝕。

2 高溫氧化腐蝕原因分析

2.1 煤種的原因

高溫氧化腐蝕的最根本原因是硫元素，而硫元素主要來源于煤。因此，煤種是導(dǎo)致鍋爐高溫氧化腐蝕的最根本原因之一。高含硫量煤種的燃燒是發(fā)生氧化腐蝕性的主要原因。同時(shí)，我國電廠燃燒的貧煤燃燒性能較差，使得燃料在燃燒過程中生成部分還原氣體，催化了鍋爐的硫化，加快了高溫氧化腐蝕作用。

2.2 鍋爐內(nèi)燃料燃燒時(shí)風(fēng)粉分離

鍋爐內(nèi)燃料燃燒時(shí)風(fēng)粉分離是鍋爐普遍存在的問題。目前，燃燒鍋爐采用集束射流方式，這種方式會(huì)導(dǎo)致第一次的燃料沒有燃盡就被第二次燃料覆蓋，造成燃料無法充分燃燒。當(dāng)然，可以通過提高燃料燃燒率的方法解決這一問題，如加大進(jìn)風(fēng)口的空氣流入。

2.3 管壁溫度

中間水冷壁屬兩側(cè)墻受熱，熱負(fù)荷較高，當(dāng)管外壁有黏附物時(shí)，管壁溫度繼續(xù)升高。當(dāng)管壁溫度超過300℃時(shí)，鋼管的氧化腐蝕速度會(huì)明顯加快。

3 防止高溫氧化腐蝕的措施

從上述描述可以知道，鍋爐高溫氧化腐蝕的主要原因在于煤種含硫量高導(dǎo)致含硫氣體的產(chǎn)生和鍋爐壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致鍋爐壁的硫化；除此之外，鍋爐內(nèi)燃料燃燒不充分，產(chǎn)生部分還原性氣體，促進(jìn)鍋爐的硫化作用，加快了高溫氧化腐蝕。因此，具體的改造措施，有以下幾個(gè)方面：

3.1 送風(fēng)改造促進(jìn)風(fēng)粉分離

將風(fēng)送噴口旋轉(zhuǎn)一定角度，使得第二次風(fēng)送的燃料與第一次風(fēng)送的燃料對接，這樣可以最大程度地促進(jìn)燃料的燃燒，減小還原性氣體生成，同時(shí)還可以很大程度地促進(jìn)鍋爐內(nèi)部的通風(fēng)，減少內(nèi)部的含硫氣體的濃度。送風(fēng)改造促進(jìn)風(fēng)粉分離的主要原理：第一次風(fēng)送燃料后，待燃料燃燒一段時(shí)間，旋轉(zhuǎn)風(fēng)松口，將風(fēng)送噴口旋轉(zhuǎn)180°，燃料的風(fēng)送位置剛好與第一次相對應(yīng)，使一二次燃料之間的覆蓋面積最小化，使得燃料充分燃燒，減少還原性氣體，削弱鍋爐冷水壁的腐蝕。同時(shí)，風(fēng)送噴口的改變，促進(jìn)鍋爐內(nèi)氣體的流通，減小內(nèi)部氣體的堆積，減弱化學(xué)反應(yīng)。

3.2 鍋爐冷水壁自身的改造

鍋爐冷水壁的硫化主要原因在于鍋爐壁的鐵與鍋爐內(nèi)氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，若在鍋爐壁的表層增加一層保護(hù)膜，杜絕鍋爐壁中的鐵與鍋爐內(nèi)氣體的直接作用，就可以從根源上杜絕冷水壁的高溫氧化腐蝕作用。鍋爐冷水壁的噴涂物質(zhì)，必須耐高溫、耐磨，且不影響鍋爐本身的傳熱作用。

4 結(jié)語

通過多次對電站鍋爐冷水壁腐蝕進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對鍋爐冷水壁的高溫氧化腐蝕機(jī)理與原因進(jìn)行深入分析，結(jié)果表明，煤種含硫量高和燃料的不充分燃燒是鍋爐冷水壁高溫氧化腐蝕的最主要原因。從這兩點(diǎn)原因出發(fā)，提出了相應(yīng)的防止鍋爐冷水壁高溫氧化腐蝕的措施，即盡可能讓燃料完全燃燒，減少鍋爐內(nèi)還原性氣體產(chǎn)生，另外可以在冷水壁上涂敷耐腐蝕材料，杜絕壁與還原氣體的接觸，削弱高溫氧化腐蝕作用。

參考文獻(xiàn)

[1]施鑫.鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因及對策分析[J].科學(xué)之友，2013（11）：60-61.

[2]劉玉君.關(guān)于超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕的相關(guān)問題探討[J].建材與裝飾，2016（50）.