胡紅安

（山西誠(chéng)正建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

工業(yè)鍋爐在工廠動(dòng)力、采暖及人民生活生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，我國(guó)鍋爐的總數(shù)已經(jīng)超過(guò)了65萬(wàn)臺(tái)，其中工業(yè)鍋爐的占比在50%以上，工業(yè)鍋爐儼然已經(jīng)成為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活生產(chǎn)水平提高的必不可少的設(shè)備[1-2]。山西某電廠采用單爐膛的汽包爐，采用π型布置，通風(fēng)方式采用平衡通風(fēng)，燃燒方式是四角切圓，采用無(wú)煙煤及煙煤各占50%的混合煤，在設(shè)備檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)燃燒器的水冷壁存在高溫腐蝕現(xiàn)象，具體腐蝕部位如圖1所示。檢修過(guò)程中對(duì)腐蝕部位進(jìn)行了測(cè)量，水冷壁的原始設(shè)計(jì)厚度為8 mm，現(xiàn)厚度為6.7～7.0 mm，已經(jīng)被腐蝕的厚度為1～1.3 mm，按照這樣的腐蝕速度發(fā)展下去，幾年時(shí)間之內(nèi)，該鍋爐就會(huì)出現(xiàn)水冷壁泄露或者爆破事故，因此，需要分析水冷壁腐蝕原因，并制定相應(yīng)的改進(jìn)措施。

圖1 鍋爐水冷壁高溫腐蝕部位示意圖

1 工業(yè)鍋爐水冷壁高溫腐蝕類型分析

工業(yè)鍋爐水冷壁出現(xiàn)高溫腐蝕的現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的物化過(guò)程，從腐蝕發(fā)生的機(jī)理分析，可以分為硫酸鹽型腐蝕、氯化物型腐蝕及硫化物型腐蝕三種類型。

1.1 硫酸鹽型腐蝕

出現(xiàn)硫酸鹽型腐蝕的主要原因是鍋爐燃燒的原煤中堿性物質(zhì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成硫酸鹽以及焦硫酸鹽等化合物對(duì)水冷壁等部位進(jìn)行腐蝕，腐蝕過(guò)程中通常會(huì)有結(jié)渣或者結(jié)焦等現(xiàn)象發(fā)生。

1.2 氯化物型腐蝕

近些年來(lái)，眾多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究，并取得了豐碩的研究成果。研究結(jié)果表明，當(dāng)燃料中氯化物的含量較高時(shí)，鍋爐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定量的氯化氫，并對(duì)鍋爐產(chǎn)生腐蝕作用[3-5]。該工業(yè)鍋爐使用的原煤化驗(yàn)結(jié)果表明，氯化物的含量不到2/10 000，原煤燃燒生產(chǎn)的氯化物遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于產(chǎn)生腐蝕的氯化物含量，因此，水冷壁高溫腐蝕不是因?yàn)樵褐泻新仍斐傻摹?/p>

1.3 硫化物型腐蝕

在爐膛內(nèi)燃燒區(qū)范圍內(nèi)，當(dāng)未燃盡的火焰沖刷到水冷壁時(shí)，由于化學(xué)作用，未燃燒的燃料會(huì)消耗大量的氧氣，從而使得水冷壁的外表面出現(xiàn)硫化的腐蝕。工業(yè)鍋爐水冷壁高溫腐蝕后的蝕樣的成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 蝕樣成分分析結(jié)果 %

從表1可知，腐蝕的蝕樣中主要成分為氧化鐵及硫化物，其他物質(zhì)含量相對(duì)較低，因此可以斷定該水冷壁高溫腐蝕類型為硫化物型腐蝕。

2 工業(yè)鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析

2.1 原煤硫化物分析

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料可知，煤炭中硫化物賦存以無(wú)機(jī)硫?yàn)橹?，占到總硫含量?0%～70%，剩下的30%～40%為有機(jī)硫。無(wú)機(jī)硫中絕大多數(shù)以黃鐵礦的形式賦存，硫酸鹽只占到無(wú)機(jī)硫含量的一小部分，原煤中硫形態(tài)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。因黃鐵礦對(duì)鍋爐結(jié)渣及腐蝕產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，因此在實(shí)踐過(guò)程中受到人們重視，卻往往忽視了硫酸鹽對(duì)水冷壁的腐蝕作用。因此，在具體實(shí)踐過(guò)程中有必要對(duì)燃燒的原煤中硫的形態(tài)進(jìn)行測(cè)定。

2.2 煤質(zhì)分析

表2 原煤中硫形態(tài)測(cè)定結(jié)果 %

該電廠采用的煤是50%的無(wú)煙煤及50%的煙煤，根據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的煤質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該化工廠采用的原煤揮發(fā)分中，結(jié)晶水、CO2等不燃或者阻燃成分含量較高，CH4、H2等可燃物含量較低，揮發(fā)分的釋放溫度要求較高，釋放較為緩慢，煤炭燃燒的時(shí)間長(zhǎng)，燃燒產(chǎn)生的灰分含量高，容易造成水冷壁上出現(xiàn)還原性成分。

2.3 鍋爐內(nèi)切圓大小分析

鍋爐在設(shè)計(jì)前期就考慮到使用混合動(dòng)力煤，來(lái)達(dá)到增強(qiáng)燃燒的目的，故而鍋爐的切圓設(shè)計(jì)較大，較大的切圓會(huì)引起煤炭燃燒后形成的煤粉氣等物質(zhì)出現(xiàn)高溫腐蝕現(xiàn)象。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也表明了，當(dāng)鍋爐的切圓直徑在8～8.3 m范圍內(nèi)時(shí)，離開(kāi)噴口后的一次風(fēng)流在上下二次摻風(fēng)混合作用及上浮氣流共同作用下的偏轉(zhuǎn)明顯較其他切圓大。

2.4 風(fēng)流及雙通道燃燒器分析

鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)就考慮使用煙煤及無(wú)煙煤混合的動(dòng)力煤，因此使用了較高二次風(fēng)速，較低一次風(fēng)速，大小分別為43.5 m/s、22.5 m/s，一、二次風(fēng)速的較大差異造成了射流剛性的明顯不同。由于受到鄰角的上游氣流及兩側(cè)補(bǔ)氣條件差異的影響，當(dāng)一、二次氣流從燃燒器噴出后，氣流會(huì)出現(xiàn)向背對(duì)火焰的水冷壁方向偏移，這時(shí)射流速度較小的一次風(fēng)流較二次風(fēng)流發(fā)生更為明顯的偏移，使得一次、二次風(fēng)流之間的分離現(xiàn)象明顯。通過(guò)采用長(zhǎng)飄帶等相關(guān)試驗(yàn)分析可知，一次風(fēng)流的下游部分明顯貼著鍋爐墻壁運(yùn)動(dòng)，因此這一部分風(fēng)流偏離了二次風(fēng)流方向，煤粉等可燃物在氧氣供應(yīng)不足的條件下燃燒，產(chǎn)生一定量的還原性氣體成分。同時(shí)由于采用了雙通道燃燒器設(shè)計(jì)，一、二次風(fēng)流分離偏移現(xiàn)象加劇，一定程度上來(lái)說(shuō)，當(dāng)鍋爐內(nèi)的回流較強(qiáng)烈時(shí)，煙氣的回流效果越好，燃料的燃燒效果越明顯，但回流較強(qiáng)時(shí)也會(huì)導(dǎo)致一次風(fēng)流的衰減加劇。雙通道設(shè)計(jì)使得燃燒器的出口面積較傳統(tǒng)單通道的出口面積大許多，但同樣使得一次風(fēng)流的出口速度大幅降低。綜上分析，雙通道設(shè)計(jì)及一、二次風(fēng)流速度差異，使得一次風(fēng)流的剛度降低明顯，風(fēng)流偏移現(xiàn)象嚴(yán)重，容易出現(xiàn)水冷壁的高溫腐蝕。

2.5 原煤的粗細(xì)度分析

鍋爐的原煤制粉系統(tǒng)是依據(jù)燃燒的原煤煤種及煤制而設(shè)計(jì)的，當(dāng)采用質(zhì)量較差的煤質(zhì)時(shí)，制粉系統(tǒng)的負(fù)荷增加，分離效果降低，導(dǎo)致煤粉顆粒度增加，煤粉的粗細(xì)度對(duì)鍋爐的高溫腐蝕有明顯影響，當(dāng)煤粉的顆粒加大時(shí)，容易出現(xiàn)鍋爐內(nèi)燃燒的火炬長(zhǎng)，降低煤粉的燃燒效果，未完全燃燒的粗顆粒煤粉在鍋爐水冷壁附近黏結(jié)，使得高溫腐蝕現(xiàn)象加劇。

3 改進(jìn)措施

3.1 采用一次反風(fēng)切技術(shù)

主要工作原理是通過(guò)偏移一次風(fēng)流噴射口的噴射角度，形成一個(gè)與原噴流運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)方向相反的、運(yùn)行直徑較小的切圓，由于反風(fēng)切后的初始運(yùn)動(dòng)方向與爐膛內(nèi)氣流的主氣流運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反，噴射出的煤粉受到主氣流及上游高溫氣流的阻礙時(shí)，煤粉噴射的速度降低很快，增強(qiáng)了煤粉在高溫區(qū)域的停滯時(shí)間，提升了煤粉的燃燒效果。通過(guò)采用一次反風(fēng)切可以有效地預(yù)防高溫腐蝕現(xiàn)象，同時(shí)可以提升鍋爐爐膛內(nèi)的燃穩(wěn)能力，降低鍋爐結(jié)焦情況，如圖2所示。

3.2 采用側(cè)邊風(fēng)技術(shù)

圖2 一次反風(fēng)切示意圖

側(cè)邊風(fēng)技術(shù)主要是通過(guò)在高溫腐蝕區(qū)水冷壁上或者高溫腐蝕區(qū)域的上游安裝噴射口，并向鍋爐的爐膛內(nèi)噴射空氣。采用側(cè)邊風(fēng)技術(shù)主要是可以控制高溫腐蝕區(qū)域內(nèi)的還原性氣體，增強(qiáng)局部范圍內(nèi)的含氧量。

3.3 改進(jìn)運(yùn)行控制

采取增大過(guò)?？諝庀禂?shù)，多臺(tái)原煤磨粉機(jī)不在同一時(shí)間投運(yùn)，降低煤粉顆粒度，增加空預(yù)器堵漏設(shè)備及防止堵灰系統(tǒng)高溫等運(yùn)行控制措施，來(lái)杜絕高溫腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。

4 結(jié)論

引起鍋爐水冷壁出現(xiàn)高溫腐蝕的主要類型是硫化物型腐蝕，造成高溫腐蝕出現(xiàn)的具體原因是爐膛內(nèi)燃料燃燒不充分出現(xiàn)還原性氣氛，通過(guò)采用一次反風(fēng)切技術(shù)與側(cè)邊風(fēng)技術(shù)、改進(jìn)運(yùn)行控制等措施可以有效地預(yù)防高溫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。