摘要:火力发电厂中对锅炉承压部件防磨防爆检查，是发电企业一项重中之重的工作。涉及锅炉、金属、水化学、热工、焊接、热处理等专业，关系到机组设计选型、制造、监造、安装、调试、运行、检修、监督等过程和环节，是一项非常庞杂、专业性非常强的系统性工作。本文主要就高温腐蚀、低温腐蚀、飞灰磨损和管内部化学腐蚀四个方面来介绍四管磨损腐蚀的形成原因及治理方案，同时举例对炉内管壁受力进行分析。
关键词:形成原因;处理方案;举例分析
1 锅炉四管腐蚀磨损的原因
1.1锅炉四管的介绍
锅炉四管指的就是水冷壁、过热器、再热器和省煤器。
水冷壁又称“上升管”，其设计初衷是为了降低温度保护炉墙使之不受高温破坏，后来因为它具有良好的热交换性能逐渐取代汽包成为锅炉中主要的蒸发受热面，炉膛燃烧所产生的热量的40%~50%都是被其吸收。
过热器又称“蒸汽过热器”，顾名思义就是将饱和的蒸汽进一步加热至过热蒸汽，其加热的最高温度取决于锅炉本身材料、产生的压力、蒸发量等等，进而减少了汽轮机排气的含水率提高了蒸汽在汽轮机中的做功情况。
再热器与过热器的作用相当都是用于加热蒸汽使其达到过热蒸汽，不过再热器加热的蒸汽来自于已经在汽轮机做过一次功的低压蒸汽，一方面可以降低水蒸气的湿度起到保护汽轮机叶片的作用另一方面提高了效率。
省煤器是是用于吸收尾部烟道热量的一种装置，是使汽包的给水利用管道吸收尾部烟道，其主要作用是提高了热效率起到了省煤的作用，故叫做省煤器，还可以减小给水进入汽包产生的壁温差，减小热应力从而起到保护作用。
1.2高温腐蚀的原因
高温腐蚀形成的原因主要是在炉膛中较高的温度下，炉膛内气体的还原性过高。在一些未安装催化剂备用层的电厂中氮氧化物的排量经常超标，为减少氮氧化物的排量，只能通过降低炉膛出口氧量，增加燃尽风量等办法，虽然降低了氮氧化物的排放但是使得炉内氧气含量过低，一氧化碳浓度升高造成炉内极高的还原性。尽管管壁烟气侧由于高温氧化形成连续的由外向内依次为Fe2O3-Fe3O4-FeO的具有保护性的氧化膜，但S对金属氧化膜仍具有破坏作用，它可以直接渗透的方式穿过氧化膜，并沿金属晶界渗透，促使内部硫化，同时使氧化膜疏松、开裂、甚至剥落。烟气中的H2S气体的浓度大于100ppm时，对钢材产生强烈的腐蚀作用，特别是在300～500℃时范围内，其腐蚀性最强。水冷壁发生高温腐蚀后形成的腐蚀产物，当进行蒸汽吹扫时，腐蚀产物被吹走，烟气便直接与金属直接发生反应，形成新的腐蚀产物，如此交替进行，从而加快了腐蚀速度，造成水冷壁减薄加速。
1.3低温腐蚀的原因
低温腐蚀主要发生在尾部烟道的省煤器处，低温腐蚀的形成原因主要与烟气中水蒸气的露点有关，正常情况下的烟气中的水蒸气露点大约在30℃~60℃，但是煤粉中的硫化氢燃烧后成为二氧化硫，二氧化硫又与氧原子形成三氧化硫，三氧化硫与烟气中水蒸气形成了硫酸蒸汽大大提高了露点，而且温度越低越容易形成硫酸蒸汽，温度低于110℃时硫酸蒸汽就会结露成滴粘在省煤器管道上进行腐蚀。
1.4管内部化学腐蚀的原因
由于管内水质的问题一般会造成几种管内的化学腐蚀：
1)溶解氧腐蚀，溶解氧对水中的碳钢具有截然不同的两种化学反应，当水中杂质较多（氢电导率大于0.3μs/cm）时，溶解氧会造成腐蚀，腐蚀程度会随着溶解氧的浓度升高而升高；相反当水中杂质较少（氢电导率小于0.15μs/cm）时，溶解氧会起到钝化作用，且随着溶解氧的浓度升高钝化程度也提高。
2)游离中二氧化碳腐蚀，当水中有游离二氧化碳存在时，二氧化碳与水发生反应使水呈酸性，这样水中的H+增多，会产生如下的氢去极化腐蚀：
阳极 ：Fe→+2e
阴极 ：2+2e →H2↑
从腐蚀电池的理论可知，二氧化碳腐蚀就是水中含有酸性物质而引起的氢去极化腐蚀。
3)沉淀物下的腐蚀，当锅炉内金属表面附着有水垢或水渣时，在其下面会发生严重的腐蚀，称为沉积物下腐蚀。这种腐蚀和锅炉水的局部浓缩有关，因此也称为介质浓缩腐蚀。这是目前高压锅炉内常见的一种腐蚀，属于局部腐蚀。
1.5飞灰磨损的原因
飞灰磨损的主要形成原因有两点，第一点在于锅炉在设计时已经对燃烧所用的煤进行了选定，然而在锅炉的实际工作过程中很多时候没有按照要求选用了较差的煤种，燃烧时产生了较多的灰尘；第二点在于风速过快，主要是一次风和蒸汽吹灰，一次风过快由于设备在设计安装的过程中，风道出口弯曲过大，在配风进入磨煤机前未能均匀分布，导致外侧风速过快或风量过大。同时受制于磨煤机石子煤排渣量大，一次风速不能得到有效降低，燃烧器喷口风速一直居高不下，造成热风高速旋转携带煤粒，造成燃烧器出口水冷壁管壁磨损。
2 锅炉四管腐蚀磨损治理法案
针对上述造成锅炉四管腐蚀磨损的原因，本文将介绍如下解决方案：
在锅炉本体、尾部烟道等部位加装一氧化碳检测装置，对锅炉中的一氧化碳浓度进行实时监测，并根据不同的一氧化碳的浓度进行风量的调整。在主燃烧器和燃尽风之间的水冷壁加装烟气检测装置，一方面用于检测炉内燃烧情况另一方面检测混合气体的组成及成分，并根据检测值进行风量的调整。同时在脱硝备用层烟道增加新的催化剂，例如钒钛系列催化剂，配合已有的稀土催化剂，更大程度的提高催化效率降低氮氧化物的含量，从而提高燃尽风量，降低炉膛内混合气体的还原性。
通过实验对进入炉膛的一次风、二次风和进入磨煤机的一次风进行调整。对进入炉膛的一次风的调平，不仅会降低各支粉管风速偏差同时能够测量炉膛燃烧切圆大小，观察切圆是否会导致风粉烟气背火侧墙面冲刷，该区域是否出现高温缺氧工况间接导致高温腐蚀。通过二次风门特性试验，为燃烧调整中配风方式的调整提供依据。对进入磨煤机的一次风的调整和优化，使其能够在保证煤粉细度的情况下，降低一次风率提高磨煤机出口煤粉的温度，降低煤粉在背火侧水冷壁燃烧的几率。
对管内部腐蚀的治理主要是对水质的治理，首先要提高水的PH值和除去水中的溶解氧，防止氧的腐蚀可采用热力除氧+联氨+氨的方式。沉淀物的腐蚀也是由于锅炉水具有侵蚀性以及锅炉炉管内具有沉积物，所以在新装设的锅炉投产之前应该用化学药剂进行清洗，投运后也要定期清理以保证没有沉积物，定期检查防止凝汽器泄露，对水质也定期检查减少锅炉水的侵蚀性和杂质。
3 对锅炉内管壁上出现的裂纹举例分析
3.1 举例进行试验观察
本文对水冷壁上出现的横向裂纹进行分析，横下裂纹位置如下图所示：
图 1 吹灰器短吹孔周边范围内水冷壁管
对水冷壁处的横向裂纹进行分析试验，观察微观特征，实验结果如下图所示：
图 2 裂纹尖端能谱分析
管子母材横向裂纹内部充满氧化物，氧化物中间均有一条裂隙直达裂纹尖端，裂纹尖端能谱分析，均发现S 元素存在，证明S元素参与了应力促进下的腐蚀反应。
在对裂纹断面进行扫描电镜观察，结果如下图所示：
图 3 裂纹断面扫描电镜
裂纹断面的扫描电镜观察，断面上有相互平行的疲劳条纹，呈圆弧形，有规则的间距，并垂直于裂纹的扩展方向，为典型的疲劳特征，裂纹由外壁向内壁扩展。
3.2 分析水冷壁产生裂纹的原因
1)主燃烧器和燃尽风标高区域，壁面热负荷高，燃烧热负荷分布与管内介质流量不匹配，造成水冷壁相邻管温度梯度过大，产生局部热应力；
2)蒸汽吹灰孔附近水冷壁壁面温度高频波动，波动幅度过大、速率过高，水冷壁金属出现温度交变应力。
参考文献;
[1]刘富强. 黔东电厂基建期间锅炉四管防磨防爆改造[C]. 中国电力企业联合会,2010:1093-1096.
论文作者:李伟浩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
标签：锅炉论文; 裂纹论文; 水冷论文; 蒸汽论文; 炉膛论文; 溶解氧论文; 烟气论文; 《电力设备》2019年第10期论文;