杜紅泉，徐蘇婷

（國能生物發(fā)電集團有限公司運營監(jiān)控中心，北京 100052）

0 引言

鍋爐受熱面腐蝕減薄損壞，一般會造成受熱面爆管［1］。故障一旦發(fā)生常導(dǎo)致鍋爐故障停爐，涉及范圍較大，檢查、更換不到位則會重復(fù)泄漏停爐，而且檢修工作量較大。國內(nèi)一些生物質(zhì)鍋爐曾因受熱面腐蝕造成一年內(nèi)停爐十幾次，對設(shè)備安全運行、電廠經(jīng)濟效益造成巨大影響。

1 生物質(zhì)鍋爐受熱面腐蝕特點及分析

生物質(zhì)鍋爐受熱面腐蝕多為高溫腐蝕［2］。

高溫腐蝕的形成主要包括缺氧、高溫、還原性氣氛的形成，燃料的腐蝕性元素（氯、鉀、硅、鐵、鉻和硫）含量高等因素，鍋爐受熱面長期在高溫下運行，出現(xiàn)還原氧化交替剝離受熱面管排壁面現(xiàn)象，導(dǎo)致管壁達(dá)到承壓極限值發(fā)生爆管［3－4］。

生物質(zhì)燃料的成分復(fù)雜，通過對燃料化驗分析得出，燃料可燃成分中硫分較低，氯含量較高，還含有鉀、氟等?；页煞种锈洝⑩c含量高，錳含量高，鋁成分較低。通過分析生物質(zhì)燃料成分，試驗及研究，目前公認(rèn)的高溫腐蝕主要分為氣相、固相和液相3種形式。氣相腐蝕即氧化性氣氛腐蝕、還原性氣氛腐蝕、氣態(tài)堿金屬氯化物腐蝕，主要特點為由于生物質(zhì)中氯元素的含量較高，氣相中含有的氯氣及含氯化物與受熱面金屬反應(yīng)，加速金屬合金的氧化所引起的腐蝕，如圖1、2、3所示。固相腐蝕即沉積物堿金屬硫酸鹽化腐蝕、沉積物中氯化物對金屬表面的腐蝕、堿金屬氯化物對金屬碳化物的腐蝕，主要特點為煙氣中的有害元素在受熱面表面凝結(jié)、沉積，加速金屬合金的氧化所引起的腐蝕，如圖4、5、6所示。液相腐蝕即液相氯化物的腐蝕、液相硫酸鹽化腐蝕，主要特點為積灰中的有害元素在受熱面表面形成局部液相，增加了受熱面腐蝕速率，如圖7、8所示。

圖1 氧化性氣氛腐蝕

圖2 還原性氣氛腐蝕

圖3 氣態(tài)堿金屬氯化物腐蝕

圖4 沉積物堿金屬硫酸鹽化腐蝕

圖5 沉積物中氯化物對金屬表面腐蝕

圖6 堿金屬氯化物對金屬碳化物腐蝕

圖7 液相氯化物腐蝕

圖8 液相硫酸鹽化腐蝕

生物質(zhì)燃料中的氯和鉀離子在高溫的作用下在鍋爐管排表面形成腐蝕垢，并與管排中的鐵離子不斷反應(yīng)對鍋爐管排造成嚴(yán)重腐蝕。由于燃燒不當(dāng)和火焰沖擊在水冷壁局部區(qū)域造成還原條件的地方，高濃度的鹽酸會增加水冷壁的硫化，當(dāng)氯存在于與金屬氧化皮直接接觸的沉積物中時會發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，還會被二氧化硫進一步加重，它會使沉積物內(nèi)部的堿金屬氯化物硫化而在靠近金屬表面釋放出鹽酸（氣）或氯氣。此外，堿金屬氯化物會與金屬氧化皮或鉻的碳化物反應(yīng)靠近金屬生成氣體鹽酸或氯氣。如果金屬溫度高得足以使沉積物形成熔融相，腐蝕會進一步加劇。

對比化石類燃料鍋爐，生物質(zhì)鍋爐的主要特點就是入爐燃料品質(zhì)不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在燃料品種、顆粒度、水分、灰分以及熱值變化較大。生物質(zhì)燃料的特點造成運行人員無法對入爐燃料進行精確控制，這樣入爐燃料的變化造成鍋爐燃燒工況波動就成為必然，使得爐內(nèi)局部區(qū)域的燃燒強度增加，則受熱面高溫腐蝕就會經(jīng)常出現(xiàn)。部分生物質(zhì)電廠投產(chǎn)初期，由于運行管理的薄弱、調(diào)整手段的單一，導(dǎo)致鍋爐燃燒氧量長期低于規(guī)定值3%，這種運行調(diào)整方式在燃料水分減少時，不能及時調(diào)整一、二次風(fēng)與燃料的比例，提高了爐膛溫度，加劇了受熱面的高溫腐蝕［1］。

有資料表明，在相同的煙氣濃度下，當(dāng)管子壁溫低于300℃時，腐蝕速度很慢或不發(fā)生腐蝕。而壁溫在400～500℃范圍內(nèi)，則壁面溫度的影響呈指數(shù)關(guān)系。壁溫每升高50℃，腐蝕速度增加一倍。因此在高參數(shù)鍋爐上容易發(fā)生水冷壁的高溫腐蝕。生物質(zhì)鍋爐在燃料熱值較高、一次風(fēng)量一定時，由于運行人員調(diào)整誤判，爐膛內(nèi)出現(xiàn)缺氧燃燒，還原性氣氛積存爆燃，爐膛溫度急劇升高使受熱面壁溫超限，爐膛內(nèi)這樣劇烈的燃燒變化就極易造成受熱面高溫腐蝕。鍋爐運行中，受熱面管子壁溫與水冷壁熱負(fù)荷有關(guān)。在相同的工質(zhì)飽和溫度下，水冷壁熱負(fù)荷越大，壁溫越高，腐蝕越快［5－6］。 升高后的管壁溫度，又會促進硫化亞鐵與氧氣的反應(yīng)生成四氧化三鐵，進一步加劇腐蝕程度，對鍋爐長周期安全運行帶來較大影響。

2 生物質(zhì)鍋爐受熱面高溫腐蝕的預(yù)防

了解了生物質(zhì)鍋爐受熱面高溫腐蝕的成因，就能有針對性地進行控制。在鍋爐日常運行中，優(yōu)化燃燒調(diào)整，確保鍋爐燃燒穩(wěn)定，燃料燃燒所需的氧量充足，加強爐膛溫度控制，減少還原性氣氛的形成，合理調(diào)整一、二次風(fēng)的比例使其達(dá)到一個合適的平衡點。在實際工作中一般從5方面進行預(yù)防。

2.1 優(yōu)化鍋爐燃燒調(diào)整

生物質(zhì)鍋爐燃料的調(diào)節(jié)方式主要有3種：一是沖量調(diào)節(jié)，在燃燒室燃料缺量較大但未影響爐膛溫度、煙氣含量和機組負(fù)荷時，較大幅度增大給料量，以獲得燃燒所需燃料；二是滯后量調(diào)節(jié)，在燃燒室燃料缺量較大且已造成爐膛溫度、煙氣含量、機組負(fù)荷大幅度降低時，被動采取加大或啟動給料設(shè)備，并輔以降低機組負(fù)荷等方式以提高或維持鍋爐熱負(fù)荷的一種調(diào)節(jié)方式；三是提前量調(diào)節(jié)，在燃燒室表現(xiàn)稍有缺少燃料現(xiàn)象時，提前提高給料量，以確保鍋爐爐膛溫度、煙氣氧含量的穩(wěn)定。從保障發(fā)電機組穩(wěn)定出力出發(fā)，不難看出生物質(zhì)鍋爐應(yīng)采用提前量調(diào)節(jié)方式，以確保鍋爐正常運行接待負(fù)荷時給料的均勻、連續(xù)和穩(wěn)定，避免爐膛缺氧燃燒。

2.2 合理調(diào)整風(fēng)料配比

根據(jù)燃燒燃料不同，合理調(diào)整風(fēng)料配比，控制爐膛溫度。一是根據(jù)入爐燃料品種、熱值的變化，采取相應(yīng)的調(diào)整措施。嚴(yán)格控制爐膛出口溫度不得超過870℃，合理使用二次風(fēng)調(diào)節(jié)爐膛溫度場的變化和分布，有效避免出現(xiàn)高溫或超溫燃燒區(qū)。二是保證燃料在爐排面上的平整及敷設(shè)面積，控制燃料燃燒狀態(tài)和火焰高度，確保燃燒層均勻合理，燃燒強度適合。三是合理調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)和燃料入爐量的配比，合理調(diào)節(jié)爐排三段風(fēng)的用量，以達(dá)到燃燒平衡風(fēng)量。四是做好爐排振動時的連鎖邏輯，振動爐排前適當(dāng)開大二次風(fēng)，關(guān)小一次風(fēng)，振動爐排后及時恢復(fù)，以期達(dá)到爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，煙氣氧含量不低于3%。

2.3 加強入爐燃料摻配

及時了解入爐燃料的腐蝕性元素的含量，加強入爐燃料摻配，有效控制鍋爐煙氣中的腐蝕性元素對受熱面的侵蝕。與化石燃料相比生物質(zhì)燃料腐蝕性元素含量要高很多，應(yīng)了解對鍋爐受熱面侵蝕的主要元素為氯和鉀，所以使用氯和鉀含量較高的燃料時應(yīng)合理摻配其他含量較低的燃料。同時，有文獻(xiàn)證明當(dāng)生物質(zhì)燃料的氯和硫的摩爾比大于4時，鍋爐受熱面的腐蝕會降低，小于4時反而增大。因此，當(dāng)入爐燃料發(fā)生變化時要及時對燃料進行化學(xué)元素分析。

2.4 自動投入改善燃燒

鍋爐燃燒與爐排振動、爐膛負(fù)壓應(yīng)能夠自動控制，合理投入，可有效避免人為干預(yù)，保證鍋爐燃燒工況的穩(wěn)定。具體投入的連鎖邏輯：一是爐膛負(fù)壓與引風(fēng)機連鎖，控制爐膛負(fù)壓-50 Pa；二是爐排振動連鎖調(diào)整，振動前5～10 s開啟二次風(fēng)總風(fēng)，關(guān)小一次風(fēng)爐排風(fēng)總門，振動后5～10 s恢復(fù)原開度。根據(jù)燃燒工況與爐排振動的平衡狀態(tài)及時進行風(fēng)門開度和振動時間的合理調(diào)節(jié)。

2.5 熔敷

目前防止鍋爐高溫腐蝕的熔敷一般采用熔點為1 290～1 350℃的Inconel625焊絲進行。此合金具有以下特性：對氧化和還原環(huán)境的各種腐蝕介質(zhì)都具有非常出色的抗腐蝕能力；優(yōu)秀的抗點腐蝕和縫隙腐蝕的能力，并且不會產(chǎn)生由于氯化物引起的應(yīng)力腐蝕開裂；優(yōu)秀的耐無機酸腐蝕能力，如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸以及硫酸和鹽酸的混合酸等；優(yōu)秀的耐各種無機酸混合溶液腐蝕的能力。目前就部分生物質(zhì)鍋爐熔敷情況看，此合金效果較好，但在施工過程中要特別注意熔敷應(yīng)力、深度、精度以及熔敷前的管排除銹。

3 結(jié)束語

鍋爐受熱面的高溫腐蝕，與燃料的質(zhì)量及運行管理、爐膛溫度、氧量有關(guān)。實踐證明，爐膛溫度控制在870℃以下，煙氣含氧量3%以上，合理調(diào)整一、二次風(fēng)量，加強入爐燃料摻配，是完全可以有效控制或減緩鍋爐受熱面的高溫腐蝕。同時，鍋爐受熱面腐蝕往往是一個綜合性問題，我們在針對生物質(zhì)鍋爐受熱面腐蝕進行治理時，還應(yīng)全面系統(tǒng)地進行分析，采用綜合措施進行治理。