F级余热锅炉受热面鳍片氧腐蚀对策研究

F级余热锅炉受热面鳍片氧腐蚀对策 研究

何飞德 1 ， 胡晓明 2

浙江浙能金华燃机发电有限责任公司 , 浙江省金华市 邮政编码； 321025

摘 要：随着燃气发电机组服役时间的增长，近年来东南沿海部分F级配套余热锅炉本体换热面的鳍片表面积累较多氧化物，使换热管间的烟气通流间隙减小，导致燃机排烟阻力增加，影响燃机带负荷能力。本文通过对余热锅炉所在区域环境及余热锅炉停炉现状进行调查，分析鳍片金属表面腐蚀原因，并以《电厂停（备）用热力设备防锈蚀导则》（以下简称导则）中碳钢腐蚀速率与空气相对湿度的关系为依据，研究应对措施，为全年运行小时数较少的余热锅炉提供一些保养思路。

关键词：余热锅炉; 保养；腐蚀; 对策

0 引言

大型燃气发电机组因其启停速度快，被广泛应用于电网调峰发电，过去很长一段时间国内较多的燃气发电机组整体运行时间较少，经常处于停机保养状态，余热锅炉汽水侧、烟气侧金属部件需要进行连续的保养，抑制金属表面氧化腐蚀，锅炉汽水侧金属保养可参照导则中所列方法，保养方法应用较为广泛，成熟案例可参考文献[2]，烟气侧碳钢腐蚀主要是电化学腐蚀，腐蚀速率相较于汽水侧更缓慢，这类腐蚀在电力生产中较为普遍，而且危害性较大。由于这类腐蚀缓慢、短期腐蚀不明显，而被电厂所忽律，目前暂时无余热锅炉烟气侧鳍片金属保养成熟案例。近年来东南沿海部分服役较长的F级自然循环余热锅炉炉膛内换热管鳍片表面氧化腐蚀较为明显，占用鳍片管之间的通流间隙，引起燃机背压升高出力受限，严重影响机组安全性和经济性，存在类似问题的余热锅炉其服役时间均在10年以上、全年运行小时数少、炉膛烟气侧无保养措施。本文通过了解碳钢氧腐蚀原理，对余热锅炉现状、区域环境等方面的调查、分析、研究，为余热锅炉停炉后抑制烟气侧金属氧腐蚀应用提供一些保养思路。

1 设备现状分析

1.1东南沿海部分服役时间较长的F级燃机配套自然循环余热锅炉，由某锅炉厂生产余热锅炉本体由6个换热模块组装而成，其中前2个模块的换热管所配鳍片材质为不锈钢，后4个模块的换热管所配鳍片材质为碳钢。腐蚀较为严重的余热锅炉主要发生在东南沿海部分燃机电厂，且碳钢材质鳍片表面氧化物较多，越靠近烟囱侧鳍片表面氧化物越多，氧化物在鳍片上的分布均匀，氧化层疏松。对氧化物进行抽样分析，其主要成分为Fe₂O₃，抽样测试氧化物PH值接近于中性，与暴露在空气中铁的一般氧腐蚀现象相近。

1.2过去几年，这些燃气发电机组全年运行小时数在1000时/年左右，停机保养主要侧重于锅炉管的汽侧金属保养，而忽律了烟气侧受热面鳍片金属表面的保养。中长期停炉期间炉膛内部相对湿度与周围大气相对湿度相近，主烟囱挡板门严密性不佳，雨水容易通过烟囱进入锅炉出口烟道，加重余热锅炉尾部烟道内相对湿度。疏松氧化铁更容易吸收空气中的水分，附着在金属表面加速金属腐蚀。

2区域环境湿度统计

从全国年降水量分布图可知，东南部沿海地区降雨量多，特别是浙江地区处于亚热带季风区，属于亚热带季风气候，雨量充沛。根据列年浙江省气候公报数据列举2013-2016年部分数据见表1，降雨量较多，浙江省全年空气平均相对湿度在76-81%之间。2016年全国酸雨情况如图1所示，我国沿海地区酸雨主要集中在的东南沿海，以浙江、上海工业发达地区尤为严重，雨水中酸性物质较多，个别区域雨水PH值年平均值低于4.5。

表1

图1

3电化学腐蚀机理

金属与周围介质发生了电化学反应，在反应过程中有局部腐蚀电流产生的腐蚀。大气腐蚀是一种影响最广泛的腐蚀过程[3]，与电化学腐蚀密切相关，它是一种暴露在大气及其污染物中金属材料所发生腐蚀过程，沉积在金属表面上可溶性盐粒，通过凝聚或吸附形成点解液滴或液膜，当空气中的氧气溶解在液滴中，氧在有水的环境中与铁发生电化学反应，是铁生锈的原因。铁处在潮湿的地方或遇到水时，容易发生电化学腐蚀。铁与氧在介质中形成了两个电位不同的电极，金属铁的电位低，容易失去电子成为带正电荷的铁离子Fe-2e=Fe²⁺；氧的电位高，在介质中容易得到电子成为氢氧根离子O₂+H₂O+4e=4OH^-；将阳极、阴极合并组成原电池反应方程式：

4Fe+3O₂+6H₂O=4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃=2Fe₂O₃+3H₂O。

以上反应氧气、水缺一不可，符合导则中提出的在空气相对湿度＜60%或含氧量＜2%情况下，碳钢腐蚀速率明显下降的现象。

综上分析，引起余热锅炉碳钢鳍片氧腐蚀的主要因素如下：余热锅炉长期停运行、机组所在地区年均大气相对湿度较高、余热锅炉停运期间无有效的保养措施。

4应对措施及方法

4.1针对余热锅炉炉膛内换热管鳍片表面氧化腐蚀较为严重，氧化物占据鳍片管之间的通流间隙，引起燃机背压升高出力受限的，可以通过可燃气体定点爆破技术，利用可燃气体点燃瞬间冲击、振动的方式，将松动的氧化物脱离鳍片表面，以短时缓解流余热锅炉烟气通间隙过小的问题，该技术已经在国内市场上被成熟的应用。

4.2根据导则中碳钢与空气相对湿度关系，及碳钢发生氧腐蚀原理可知，抑制碳钢低温氧腐蚀，应控制空气中H₂O或O₂含量。从余热锅炉烟气侧换热管的布置密集、炉膛烟道容积大、锅炉进出口密封难度较大的特点，需要将炉膛内部氧气控制在2%以下，较难实现。对于沿海服役的机组，向余热锅炉炉膛内部输送干燥空气，并循环利用，以控制炉膛、烟道内整体相对湿度＜60%以下，抑制金属氧腐蚀是本次应用研究的方向。

4.2目前市场应用较为成熟、广泛的是转轮除湿技术，原理及工艺流程如图2，用固体吸附剂进行吸湿同步对吸湿后的吸附剂进行加热再生脱水处理，使固体吸附剂循环使用，整个吸湿工作可以连续运行，充分发挥其在没有水滴条件下任意潮湿环境中连续稳定、大量除湿功能，潮湿空气经处理后的出风相对湿度可以达到10%左右，该项技术应用的产品除湿性能良好、维护、运行成本相对较低。

图2除湿工艺流程图

4.3余热锅炉中长期停炉可安装干风装置与余热锅炉配套性，以每小时置换炉膛、烟道内空气1次-3次为宜，炉膛干风送分口可考虑在入口烟道或第2模块出口接入，回风口安装在尾部烟道，形成一个相对的闭式循环系统见图3，控制炉膛、烟道内空气相对湿度，减少被外界空气的干扰，结合机组特性定期做好保养性开机，用以缓解全年降水量较大、年平均湿度较高的地区发电机组长期停炉保养氧腐蚀问题。

图3除湿装置循环示意图

5结论

针对全年运行小时数较少的余热锅炉，应重视烟气侧金属低温氧腐蚀的保养工作。本文通过分析和研究，建议发电机组全年运行小时数较少的余热锅炉应配套干风除湿装置进行干风循环利用，控制炉膛、烟道内空气相对湿度＜60%以下，以减少被外界空气的干扰，是抑制余热锅炉烟气侧碳钢等金属氧腐蚀新方法、新工艺，具有一定研究应用借鉴价值，干风还可推广至汽轮机凝汽器汽侧停机保养。

参考文献

1. DL/T956-2005.火力发电厂停（备）用热力设备防锈蚀导则[S].北京：中国电力出版社，2005

2. 王会勤，许茂贤等．浅析余热锅炉充氮保养氧腐蚀原因及应用.《中国电业》，2020，44（04）.

3. 魏宝明．金属腐蚀理论及应用［M］．北京：化学工业出版社，2004:1-362

4. 梁利花，王佳，姜晶.微液滴在大气腐蚀过程中的作用.《腐蚀科学与防护技》，2010，06（010）

5. 马长李．我国沿海地区大气环境特征及典型沿海地区大气腐蚀性研究.《装备环境工程》，2017，8（65-69）

6. 原徐杰，张俊喜，吕小增等.干湿交替微液滴模拟加速腐蚀试验装置的建立.《上海电力学院学报》，2012，06（019）

7. 王慧.联合循环电厂余热锅炉新式余热烘干保养介绍.《工程技术》，2015，09（09）：115-116

8. 戴雄杰.浅谈锅炉的热干风保护.《科学与财富》2017年第03期

9. 徐晶，丛淑萍.低压余热锅炉腐蚀原因分析及对策.《工业用水与废水》,2010, 41(4):57-58

10. 王晓瑜，张冬洁，徐建炎，曹晓玲，袁艳平.余热锅炉结构形式及运行特性研究综述,中国有色冶金,2012.2.(1).40-44

11. 范清亮，李合友.燃气轮机联合循环电厂余热锅炉停炉保养方式探讨.《燃气轮机发电技术》2012,14（3/4）

12. 董小玉，施志斌.对钢铁吸氧腐蚀现象的再讨论.《教育界》2015，（31）148-149

作者：何飞德 单位：浙江浙能金华燃机发电有限责任公司 金华市

何飞德出生：1978年2月22日 性别：男 职称：工程师

籍贯：浙江金华 研究方向：锅炉及压力管道安全性、经济性优化