超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析

超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析

1李佳  2吕宏彪   3海云飞4仝彦涛

国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心 河南省郑州市450001

4国家电投集团河南电力有限公司开封发电分公司  河南省开封市475000

摘要：锅炉运行过程中，水冷壁出现高温腐蚀就会导致管壁变薄，其强度也会逐步下降，最终出现泄漏爆管等问题，严重影响到锅炉机组的安全运行。为了进一步分析导致锅炉水冷壁高温腐蚀的，原因找到根据针对性的解决对策，就以水冷壁高温腐蚀机理为前提，结合锅炉结构的实际特点，针对机组检修中水冷壁腐蚀的实际状况，参考其运行过程中各种有可能的影响因素。通过对比各项指标制定更具针对性的解决对策，以此来应对锅炉水冷壁高温腐蚀问题，保证机组的安全稳定运行。

关键词：超临界锅炉；水冷壁；高温腐蚀

中图分类号：TM621   文献标识码：A

引言

电场在运行过程中，为了能够从根本上减少氮氧化物的排放量，需要添加脱销系统，同时还需要在燃烧系统配置方面采取一定的措施。一般来说，在燃烧器的上方会增加燃尽风，保证锅炉的还原性特点，但是增加燃尽风很容易导致燃烧器结交引起水冷壁高温腐蚀的现象。目前，水冷壁腐蚀中，由于冲燃烧方式引起的水冷壁高温腐蚀现象更加突出，特别是在超临界机组中，通燃烧的方式更容易引发水冷壁高温腐蚀现象，现就针对这一方面的内容进行探讨和分析。

1 锅炉结构特点

以某电厂为例，该电厂运行过程中，选择的是600MW的超临界锅炉，其运行过程中选择前后墙对冲燃烧方式，使用中速辊式磨煤机，燃烧器选择的是外浓内淡型，低氮氧化物旋流煤粉燃烧器，旋钮镁粉燃烧器可以分为三层前后墙对冲布置每一层6支，在F层使用纯氧助燃微油点火油枪，其他的燃烧器均配备一个点火油枪，炉腔选择全焊膜模式，水冷壁从水冷壁的进口到炉墙，下部的水冷壁全部使用螺旋盘绕模式管圈，使用内螺纹管作为水冷壁管，中部的水冷壁管倾斜角度为19度。为了能够避免锅炉运行过程中出现水冷壁高温腐蚀的现象，进行锅炉设计时还考虑了单个燃烧器的运行动力场，煤粉气流在燃烧器的中心，二次、三次风均包括煤粉进行燃烧，形成风包粉的结构，避免火焰倾斜对水冷壁产生影响。此外，在两侧水冷壁上还设置了贴壁风，在炉墙上我形成了强行的保护性气流，避免燃烧器的火焰上升对水冷壁产生冲刷作用，进而出现高温腐蚀的现象。

2 高温腐蚀现象产生的原因

锅炉启动时，经常会受到煤粉不均流或者劣质煤粉燃烧延迟等现象的影响，芝士莓粉挂壁现象的产生，点火以后这部分煤粉会在水冷壁上燃烧殆尽，煤粉中的黄铁矿硫，就会导致水冷壁出现高温腐蚀的现象。一般来说，电厂实际运行过程中，实际使用的燃烧煤种与设计煤种会存在较大的差异，有时还会受到煤价因素的影响，频繁切换不同的煤种，导致入炉燃烧的均一性受到严重影响。在正常燃烧状态下，燃烧器喷口的位置出现结焦现象，就会导致煤粉管道堵塞，工作人员需要通过一定的方式对其进行全面的清理，在这一过程中，该位置的煤粉气流会出现短暂乱流的问题，这种情况下就会导致没有燃烧充分的煤粉刷墙。锅炉停止运行时，由于分配器中有煤粉沉淀或者粉仓煤粉结块等现象，会导致损粉不均匀或者由于配方不合理。在惯性的作用下，煤粉就会喷射到侧墙上当再次启动锅炉时虽然已经经过了吹扫，但是在水冷壁上附着的煤粉会具备一定的粘结性，导致水冷壁上仍然会附着一定量的煤粉。当锅炉点燃以后，这一位置的煤粉燃烧后就会出现胶状物，进一步加大了这一位置的还原性气氛，由于煤粉中包含黄铁硫矿，其在受热分解以后会形成，自由状态的硫与水冷壁表面的氧化膜，出现反应穿透氧化膜，就会导致水冷壁机体受到腐蚀，进而产生高温腐蚀的问题。

3 超临界锅炉水冷壁防腐措施

3.1 高温腐蚀外观检查

结合实际现场检查的结果，可以发现该电厂运行过程中燃烧器，侧墙吹灰位置的水冷壁，出现非常严重的高温腐蚀现象，而且腐蚀位置的特点非常的明显，也就是切片焊接位置和水冷壁出现条形带状，很显然这种条形带是由于未燃尽的焦炭颗粒落在这一位置，出现未完全燃烧反应生成了 H2S等具备腐蚀性的气体，进而引起水冷壁腐蚀现象、一般来说，水冷壁上附着的焦炭颗粒中可燃物含量越高，硫的含量越高，产生的腐蚀现象也就会越来越严重。通常。锅炉运行过程中会选择2~3套制门系统进行贫煤掺烧，与烟煤燃烧所选择的方式是炉前掺混的方式，将烟煤和贫煤按照1.5:1或者2:1的比例进行掺烧，送入到锅炉内部，烟煤会首先燃烧，并消耗大量的氧气，致使贫煤颗粒在燃烧初期出现未完全燃烧的状态，其整个燃尽过程相对比较缓慢，导致焦炭颗粒中包含的可燃物含量远高于单套制酶系统燃烧器单纯燃烧贫煤焦炭颗粒的含量。随着锅炉的持续运行，这种类型的焦炭颗粒会击落到水冷壁上继续燃烧，从而引发高温腐蚀的现象，而且其发展速率还会比单纯燃烧贫煤时焦炭颗粒引发的高温腐蚀现象速度更快。根据以上分析可以发现，锅炉运行过程中使用高挥发份烟煤时，其燃烧初期能够达到约90%以上的燃尽率，而贫煤只能够达到约60%左右的燃尽率，将这两种煤进行掺烧，其燃尽率更低一般不超过50%。也就是说，燃尽率较高的焦炭颗粒，即使落在水冷壁上，其引起的腐蚀效率远比含硫量相同的贫煤焦炭颗粒落在水冷壁上引发的腐蚀效率要小，所以导致水冷壁出现高温腐蚀的原因与贫煤掺烧有着极大的联系。

3.2 防治措施

结合导致水冷壁出现高温腐蚀现象的机理进行分析，该锅炉掺烧过程中选择的是低硫贫煤，针对锅炉系统进行改进时，可以采用某套制煤系统单独分仓进行贫煤磨制的方式，这样就能够进一步提升贫煤颗粒初期燃尽的程度，从而有效降低未燃尽颗粒落在水冷壁上出现高温腐蚀现象的速率。在出现高温腐蚀的条形，带上安装特殊装置的小风帽，可以沿着高温腐蚀袋进行吹扫，使用这样的方法，能够有效改善水冷壁的气氛，避免出现高温腐蚀的现象。另外，如果能够对落在水冷壁上的焦炭颗粒进行扫吹，还能够从根本上消除这一位置出现的高温腐蚀现象。目前，与通用的小风帽贴壁风技术相比，这种特殊的小风帽技术能够有效减少小风帽的使用量，进而降低改造作业量，而且其实际运行过程中具备较强的可操作性，能够有效减少入炉的无组织风量。使用小风帽技术，能够有效降低高温腐蚀代价到最低状态。此外，在高温腐蚀条形带上进行防腐喷涂，只需要沿着高温腐蚀带进行喷涂，喷涂的量只需要能够盖住高温腐蚀条形带即可，不需要对整个水冷壁管进行全面的喷涂。

4 结束语

现如今，人们对于电能的需求量越来越大，火力发电厂也面临着极大的挑战，在机组调控运行和锅炉超低排放的前提下，在各大电厂都会出现水冷壁高温腐蚀的现象。由于水冷壁高温腐蚀问题，具备一定的隐蔽性特点，检修人员进行停留小修时很难及时发现这一问题，而随着高温腐蚀现象的逐步加剧，严重时还会导致水冷壁爆管，进而出现非计划停机的问题，给电厂带来巨大的经济损失。因此，在电厂运行过程中，需要严格按照机组运行的实际状况，通过采取科学合理的防治措施，切实提高煤粉的燃烧效率，有效减少水冷壁高温腐蚀现象的产生，以保证锅炉系统的安全稳定运行。

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