杨小龙
（国电投宁夏能源铝业临河发电分公司 宁夏银川市 750411）
摘要：火力发电厂锅炉高温硫腐蚀是目前锅炉普遍存在的现象,它会引起水冷壁管壁腐蚀减薄,炉管强度降低失效,严重时引起锅炉爆管泄漏,造成机组停运。
关键词：锅炉；水冷壁；高温硫腐蚀
一、设备概况
国电投宁夏能源业临河发电分公司为全国首台350WM超临界直接空冷机组，两台锅炉型号为DG1147/25.4-II2，均于2011年投入商业运行。锅炉设计煤质硫份0.48%，机组投运后，随着煤炭市场的恶化，实际入炉煤一般在1%-2.5%之间，2014年机组检修期间发现#1锅炉水冷壁存在高温硫腐蚀现象，但腐蚀减薄比较轻微，对水冷壁进行了电弧喷涂。2015年和2016年对#2锅炉受热面检查过程中发现两侧墙水冷壁高温硫腐蚀情况严重，对超标的管子进行了大面积更换，并对水冷壁进行了电弧喷涂，#1、#2锅炉还在水冷壁上加装了贴壁风装置。
二、高沮硫腐蚀产生的机理
1高温硫化
高温硫化是指高温下金属与硫反应而导致的腐蚀，通常情况下是指高温下金属与气体硫、有机碱发生的反应。金属与硫反应的速度比氧化反应快得多。同时对大多数金属来说，硫是一种更强烈更具腐蚀性的氧化剂，硫化腐蚀危害更大。氧化性含硫环境中，虽有硫化腐蚀的发生，但是腐蚀以高温氧化为主。其主要原因为：①硫化物的扩散系数大于氧化物的扩散系数；②硫化物的稳定相的数目多。③硫化物的熔点比氧化物低，金属壳与这些硫化物形成低熔点的共晶物，进而导致加速硫化。④金属硫化物的分子体积大于氧化物。硫化物产生的应力比氧化物产生的应力大得多，易使硫化层破裂，从而加速金属的硫化。
2高温混合气氛下的硫化一氧化
高温混合气氛下的硫化一氧化腐蚀是在含氧和硫的混合气氛下，金属受到氧化、硫化或硫化一氧化为主的腐蚀。因为实际工业环境中往往是含氧和硫的混合气氛，因此这类腐蚀带有普遍性。可以分成以下几种情况①在气氛中的氧化分压高于氧化物的分解压时，反应主要是氧化形成的氧化物。②在气氛中硫分压高于硫化物分解压时，反应主要是硫化，形成硫化物。③当环境气氛的硫分压、氧分压正处在硫化物、氧化物的分解压时，同时发生硫化、氧化，硫化物和氧化物能平衡共存。
3硫酸盐沉淀热腐蚀
硫酸盐沉淀热腐蚀是指金属材料有高温环境因素反应在其表面沉积物形成熔融盐膜而加速腐蚀的现象。其腐蚀过程一般分五步。第一步，在水冷壁管壁生成氧化层Fe3O4。和极细灰粒沾污层。厚度很小，实际上是金属保护膜。第二步，冷凝在管壁上的碱金属氧化物与周围烟气中的SO4气体发生反应生成硫酸盐。第三步，硫酸盐层增厚，热阻加大，表面温度升高，灰渣融化，粘接飞灰形成疏松的渣层，硫酸盐融化时会放出SO4向内向外扩散。第四步，硫酸盐释放的SO3及烟气中SO3会穿过疏松的渣层向内扩散。第五步，运行中外层灰渣因清灰或灰渣过厚而脱落时Na3Fe(SO4)3等暴露在高温火焰辐射下发生分解，由此出现新的碱金属硫酸盐层，在SO3作用下不断地使管壁受到腐蚀。
三、水冷壁腐蚀
国电投宁夏能源铝业临河发电分公司两台机组于2011年6、7月投运。锅炉燃烧器布置方式为前、后墙对冲布置的轴向旋流燃烧器，前墙三层、后墙两层，前部从上向下为D、B、C，后墙从下向上为A、E，燃烧器上部为一层燃尽风(OFA)。锅炉设计煤质硫份0.48%，随着煤炭市场的恶化，实际入炉煤一般在1%-2.5%之间，2014年机组检修期间发现#1锅炉水冷壁存在高温硫腐蚀现象，对水冷壁进行了电弧喷涂。水冷壁下部螺旋管圈管子规格为￠38.1×7．5，材质为SA-213T2，管子较薄最严重处为4.2mm。腐蚀区域位于锅炉水冷壁两侧墙，高度在燃烧器燃尽风至下层吹灰器区域。硫腐蚀厚度在1．5-2mm之间，脱落明显，见图1和图2：
通过试验可以看出：
(1)一般认为H2S浓度达到100ppm以上便具有腐蚀性，浓度越高腐蚀速度越快，#4炉水冷壁腐蚀严重与该位置烟气中高浓度的H2S直接相关。
(2)H2S浓度随负荷升高而逐渐升高，270MW及以上负荷H2S浓度浓度偏高。
(3)A、B两侧的H2S浓度与锅炉磨煤机运行方式和控制氧量有关。
四、应对措施
1采用电弧喷涂防磨技术
通过对水冷壁管子表面进行喷砂除锈，在管子表面通过超音速电弧喷涂工艺，将熔化后的NiCr合金材料喷镀在管壁表面，形成管子表面的合金保护层，可以抵抗高温硫腐蚀，该技术在锅炉水冷壁上的应用比较广泛，短期内可以起到预防腐蚀的目的，但随着运行时间的增长，抗抵抗能力将逐渐消失甚至实效。
2严格控制入炉煤煤质
重点控制入炉煤发热量、挥发分含量以及含硫量等燃煤参数，由于电厂采购煤源较广，通过人炉煤掺烧，来确保燃煤参数达到或接近设计值。
3加强燃烧调整
通过一次风调平，尽可能保证各喷嘴燃烧器的煤粉流量均等，避免引起局部缺氧，着火困难，燃烧不稳定以及局部结渣等情况。另外，如果燃烧不稳，局部热负荷过高，即水冷壁壁温过高，将大大增加水冷壁结渣和高温硫腐蚀的几率。所以，在日常运行操作中，应加强锅炉燃烧的调整，尽量避免火焰偏斜，产生局部超温，降低受热面高温硫腐蚀的发生。
4增加贴壁风
在缺氧燃烧区域增加贴壁风，补充氧量，减少缺氧情况，同时可以缓解贴壁燃烧现象。
5加强锅炉防磨防爆管理
加强锅炉水冷壁防磨防爆管理，发现水冷壁发生高温硫腐蚀，及时采取措施，通过宏观检查及测厚手段，对因硫腐蚀较薄超标的管子进行更换，提高锅炉水冷壁运行的安全性。
结语
随着国家对火力发电厂污染物排放标准的提高，烟气脱硝改造前先进行低氮燃烧器改造是普遍采取的方法。低氮燃烧后，水冷壁区域还原性气氛增加，对水冷壁高温硫腐蚀是不利的。因此，针对水冷壁存在的高温硫腐蚀情况，我们要提前预判，及早采取有效措施进行防范，对于防止锅炉“四管”泄漏或设备损坏具有重要意义。
参考文献
[1]宋凯,袁鹤,尤坤坤.1000MW机组炉内受热面腐蚀的原因以及治理方案[J].华电技术.2016.
[2]刘志平,范海陆,李辰.电站锅炉沾污结渣的处理方法比较[J].合成材料老化与应用.2015.
作者简介：
作者：杨小龙（1987.01.11），男，助理工程师，企业锅炉、金属专业主管，研究方向：火电厂锅炉四管防磨防爆管理。
论文作者:杨小龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/25
标签：水冷论文; 锅炉论文; 高温论文; 硫化物论文; 氧化物论文; 硫酸盐论文; 机组论文; 《电力设备》2016年第12期论文;