火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护

火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护

邹德坤

内蒙古汇能集团长滩发电有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017100

摘  要:火力发电厂利用易燃物质发电，在燃料燃烧的时候，水蒸发变成水蒸气，将燃料中的化学能转换成热能。在蒸气的作用下，汽轮机会转动，把热量再转变成机械能。汽轮机带动发动机转动，最后把机械能转换成电能。火力发电厂中，锅炉水冷壁的温度过高是一个常见的问题，很多电厂的锅炉水冷壁在不同程度上存在着高温侵蚀现象，严重威胁着电厂的生产安全性。为此，对锅炉冷却系统中的高温腐蚀问题进行研究，并提出相应的保护措施，是十分必要的。

关键词:火电厂；锅炉水冷壁；高温腐蚀；防护措施

在新的时代大环境下，伴随着国家的现代化建设，人们的物质生活日益改善，在用电质量上的需求也日益增长，而供电的质量直接关系到人们的日常生活以及整个社会的生产发展。电厂要想全面适应现代工业化的需要，增强电力工业的竞争能力，就需要采取相关措施、开发新工艺。然而，在现实生活中，由于电厂的锅炉水冷壁系统受到高温腐蚀作用的影响，从而导致电厂的电力供应质量受到一定程度的降低，同时也导致了电力用户的满意度越来越低，电力公司的市场竞争力越来越弱，最后被市场所抛弃。所以，电力公司应该提高对生产锅炉保护技术的研究，将新的科技引入到传统保护手段之中，才能保证电力生产的安全性，保障电力供应的质量能够跟上时代发展的要求。

1 锅炉水冷壁管的高温腐蚀形式及成因分析

通常情况下，火力发电厂的锅炉材料均为钢材质，所以，锅炉的水冷壁结构可以用分层的方式描述，即由含磁性氧化铁的氧化物层、复合的金属基体、初期积灰层与碳烟、飞灰沉积层组成的杂质结合组成。从物性上看，可以按照引起腐蚀材料的种类对腐蚀类型进行分类，附面层与锅炉水冷却壁面之间的直接接触，也是引起高温腐蚀的根源。根据附着物质的种类，可以将高温腐蚀归纳为三种主要形式：氯化物型、硫酸盐型、硫化物型。

1.1 氯化物型高温腐蚀

首先以氯酸盐为例进行锅炉水冷壁高温下的腐蚀研究。燃煤在锅炉内燃烧时，会生成氯化钠，而且在这种高温下，氯化钠很容易被气化，在燃煤的时候，大部分的氯化钠被气化然后与大气进行反应形成氯化氢，氯化氢可以损坏锅炉水冷壁受热面的氧化保护膜发生氧化还原反应，从而导致氯化亚铁在受热面上挥发，氧化膜被侵蚀，失去了保护的功能，使得水冷壁管内的金属基体直接接触到外部的环境，进一步引起氯化氢进行更深入的侵蚀，也导致金属层的耐蚀性持续下降，随着时间的推移，会增加安全性风险。

1.2 硫酸盐型高温腐蚀

大部分火力发电厂都会对锅炉进行持续加热，控制温度在320~400摄氏度之间，在管壁的加热面上生成三氧化二铁，这是很常见的情况，然而在燃煤的同时，还会生成其他两种氧化物，即氧化钾和氧化钠，它们在与水冷壁接触时，会因温差而发生冷凝，除此之外，在锅炉的烟气中含有的含硫氧化物，会与水冷壁发生反应，生成一种粘性极强的硫酸镁，它吸附在水冷壁上，持续捕获灰粒，使灰粒结合，最后形成一层积灰层。当锅炉内烟气中的氧化硫与积灰发生反应时，会形成聚合硫酸铁，即“灰渣”，当灰渣将灰层全部遮盖后，没有新的聚合硫酸盐产生，它就会掉落下来，而在剥落的同时，灰层再次暴露于烟雾中，对金属层进行进一步的侵蚀，这样周而复始，使得水冷壁的侵蚀情况越来越严重。

1.3 硫化物型高温腐蚀

在锅炉的燃烧中，硫化物型高温腐蚀形成的主要因素是：硫铁矿中的硫化物附着于水冷壁管的加热表面，在加热时，硫化铁会被分解为含硫的物质，而硫又会与水冷壁内的铁发生化学反应，再次形成硫化铁，之后再与大气中的金属硫化物进行氧化还原反应，形成硫氧化铁，使水冷却管内壁受到侵蚀，特别是在360℃以上的高温环境下，这种化学反应更为激烈，侵蚀速度也会加快。大部分的高压锅炉都会发生硫化物型的高温腐蚀，目前主要通过对其进行温控来减少腐蚀损伤，普遍使用中压锅炉，并且将水冷壁冷却到250℃。

2 火力发电厂锅炉水冷壁高温腐蚀的防护措施

2.1 保护隔离措施

要从根本上解决火力发电厂锅炉水冷却系统中存在的问题，就必须对其加以关注。根据火电厂的具体生产条件，全面地分析影响火电厂安全生产的各个方面的影响，制定相应的预防对策。本文通过对火电厂锅炉水冷壁的防护方法进行了研究，得出了目前普遍采用的有效防护方法为建立防腐隔热层。通过对火电厂锅炉的水冷壁管进行绝缘处理，能够对其有效防护，从而达到改善其耐高温性能的目的。防腐隔热层适用于具有绝缘涂料的水冷壁管内壁，该方法简便、快捷，且不会造成作业时间的浪费。然而，该技术也存在一些不足之处，那就是隔热层容易在锅炉运行中发生剥落，利用超声速电弧喷涂技术可以提高隔热镀层的强度、硬度。用于输送管线时，能起到隔热防腐的作用，保证隔热层不会发生变形，防腐效果良好。

2.2 分散式热负载防护措施

分散式热负载防护主要是利用较大的热量负载来减少炉内温度，从而降低锅炉炉膛内壁的高温，减少锅炉的热膨胀变形，降低锅炉内的热负荷。明确火电厂锅炉水冷却系统中存在的问题，首先要了解其产生的原因及发生的过程。如果水冷壁管的温度升高，则会扩大侵蚀范围和程度，尤其是在420~480℃的条件下，壁面升温10℃，其侵蚀速度将增加2倍以上。要想克服这一难题，就需要对炉内温度进行适当的调节，避免燃烧的重心发生偏移，平均分散热负荷，从而保证熔融硫酸盐不会附着于壁面。在应用过程中，可依据不同的侵蚀情况，对其进行一次调整和二次调整。该技术可以对煤粉进行经济细度调控，提高煤粉着火点，确保煤粉的充分燃烧，并有效解决煤粉因未充分燃烧而造成的壁面侵蚀等问题。

2.3 替换水冷壁材质，改用铝镀层

同时，还可以通过更换水冷壁材质来改善水冷壁管的耐腐蚀性能。在火力发电厂中，大部分火电厂都采用了镀铝管道，它的抗腐蚀能力很强，累积操作可达5万个小时，而且没有腐蚀稀释问题。

2.4 增加侧风技术

在锅炉中增设侧风室，主要是为了改善锅炉高温腐蚀区域的还原氛围，使炉膛中的氧气浓度达到某一限度。其解决办法是通过在高温侵蚀区域内的水冷壁加装喷管来增大进气量。侧风技术是预防锅炉水冷壁管高温侵蚀的一种行之有效的措施，这种方式不会对整个锅炉的燃烧产生任何影响，而且经过侧风分级处理后，大幅度降低了空气中氨氧化物的生成量。

2.5 超音速喷涂的防护措施

超音速喷涂是一种有效的防腐蚀方法，它可以通过超音速喷射将粒子分散到炉膛中，其特点是其自身具有的高强度、高耐磨、高硬度、高均匀度等。结果表明，该喷涂技术具有良好的耐腐蚀性能，且具有更小的气孔，完全能达到常规火力发电厂的需要。超音速喷射防护的首要前提是保证颗粒的表层温度＜120℃，保证颗粒体不发生变形，保证涂料质量。在此基础上，将KM型特殊抗高温抗磨密封材料用于超声喷射保护中，从而强化对锅炉的保护。其中，主要的耐高温抗磨密封胶是一种高硬度的专用封装剂，它能够在室温下快速转变为硬质陶瓷，同时还具备很好的抗腐蚀、吸收能力。总体的稳定度能够达到火电厂锅炉对水冷壁的高温防腐需求，同时还可以提高涂料的防腐能力，使其在运行时表现出较好的抗磨效果。

3 结束语

因此，在火电厂锅炉生产中，由于高温燃烧是一个非常复杂的动态过程，如果不能很好地处理高温腐蚀的问题，就会严重危害到整个火电厂生产的安全性。因此，在处理锅炉水冷壁的高温腐蚀问题时，必须要考虑到高温腐蚀的类型和产生高温腐蚀的因素，并采取相应的预防措施，这样才能最大限度地降低或者避免高温腐蚀情况的发生。

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