與鍋爐“高溫腐蝕”說再見

時間：2019-12-31作者：沃姆韋爾科技無錫有限公司瀏覽：130

燃煤電站鍋爐的水冷壁、過熱器、再熱器等高溫受熱面，常常因高溫氧化、腐蝕而早期失效。隨著大容量、高參數(shù)鍋爐的應(yīng)用，這種高溫腐蝕現(xiàn)象較加明顯，并且嚴(yán)重影響了電廠的安全運行，是造成機組非正常停機的一個重要因素。
1  高溫腐蝕產(chǎn)生的一般機理
水冷壁煙氣側(cè)高溫腐蝕的過程比較復(fù)雜，目**般認(rèn)為高溫腐蝕的發(fā)生與下列因素有關(guān)：
燃煤含硫量高；
含有可燃物的煤粉火焰直接沖刷壁面；
水冷壁經(jīng)常處于還原性氣氛中等。
煤的含硫量高時，水冷壁外部沉積物的化學(xué)構(gòu)成易于促成高溫腐蝕的發(fā)生。
如果水冷壁管壁外部經(jīng)常遭受含有大量未燃盡煤粉火焰的沖刷，使硫化亞鐵（FeS2）隨煤粉顆?；蚧曳菡掣皆诠鼙谏?，經(jīng)爐內(nèi)催化形成的原子S和SO3會使水冷壁產(chǎn)生高溫腐蝕；
在缺氧的情況下如果水冷壁面附近的還原性氣體H2S和CO的含量較高時，也會使水冷壁產(chǎn)生高溫腐蝕。
據(jù)研究表明，在還原性氣氛下，煙氣中H2S的濃度大于0.01%時，會對鋼材產(chǎn)生強烈的腐蝕作用，特別是在300℃～500℃范圍內(nèi)，其腐蝕性較強。
2  防止發(fā)生高溫腐蝕的措施
針對燃用煤質(zhì)中含硫量較高的特點，采取了具有針對性的措施，以防止鍋爐發(fā)生高溫腐蝕、避免在爐膛高溫區(qū)域出現(xiàn)火焰貼壁和還原性氣氛：
1）防止水冷壁發(fā)生高溫腐蝕措施
a．合理選取熱力參數(shù)和爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)，爐膛出口溫度適當(dāng)。
選取合理的邊排燃燒器到側(cè)水冷壁距離，下排燃燒器到冷灰斗拐點距離，可避免火焰直接沖刷水冷壁，防止?fàn)t膛水冷壁結(jié)渣和產(chǎn)生高溫腐蝕。
選取合適的上排燃燒器至屏底距離，控制屏底煙溫在較低水平，避免管屏高溫腐蝕。
b．合理選擇優(yōu)化內(nèi)螺紋管的參數(shù)，能增強工質(zhì)側(cè)的傳熱，降低水冷壁管表面溫度水平，防止高溫腐蝕發(fā)生。
c．燃燼風(fēng)采用優(yōu)化的雙氣流結(jié)構(gòu)和布置形式，燃燼風(fēng)風(fēng)口包含兩股氣流：*部位的氣流是非旋轉(zhuǎn)的氣流，它直接穿透進入爐膛中心，補充燃燼所需空氣；邊部風(fēng)口采用旋轉(zhuǎn)氣流，在水冷壁面形成氧化性氣氛，有效防止煤粉粒子沖刷水冷壁。
同時，燃燼風(fēng)口的布置較優(yōu)化的布置形式，使燃燼風(fēng)沿爐寬方向覆蓋了整個一次風(fēng)，防止出現(xiàn)煤粉顆粒逃逸現(xiàn)象，可有效防止燃燒器區(qū)域靠近兩側(cè)墻處產(chǎn)生高溫腐蝕。
d．優(yōu)化燃燒器擴展錐的角度，防止火焰的過早擴散對水冷壁的沖刷。
e．合理布置燃燒器，使燃燒器距離側(cè)墻以及冷灰斗具有足夠的距離，防止火焰沖刷水冷壁。
f．優(yōu)化燃盡風(fēng)的布置，在布置主燃盡風(fēng)的基礎(chǔ)上，在靠近側(cè)墻布置側(cè)燃盡風(fēng)，形成低溫的風(fēng)屏，保護火焰沖刷側(cè)墻。
g．上述措施對減輕水冷壁高溫腐蝕有一定效果，但還不能**。
根據(jù)某電廠300MW“W”爐和某電廠600MW“W”爐燃燒高硫**煤的設(shè)計經(jīng)驗，推薦用戶水冷壁和高溫受熱面的做抗腐蝕噴涂處理，盡管做噴涂處理的一次性投資高，但可避免因腐蝕減薄而頻繁停爐換管，對長期運行來說還是合算的。
2）防止對流受熱面發(fā)生高溫腐蝕措施
a．合理布置受熱面位置，使工質(zhì)溫度高的受熱面處于煙溫相對較低的區(qū)域。
煙氣從爐膛出口依次沖刷到屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器，這幾級受熱面中工質(zhì)的溫度是由低到高的；另外煙溫較高區(qū)域的屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器的受熱面采用順流布置，入口處的煙溫較高。
這樣可以保證受熱面管表面的溫度處于較低的水平，較低的壁溫能夠有效的防止高溫腐蝕。
b．采用節(jié)流圈減少管間偏差，控制受熱面壁溫水平，使其**高溫腐蝕發(fā)生的溫度，能夠有效避免高溫腐蝕。
c．受熱面管選材中注意采用了抗腐蝕性能良好的鋼材。屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器管材都采用了大量的SA-213TP347H奧氏體不銹鋼。
3  防止發(fā)生高溫腐蝕的實例
1）某廠一期、二期2×300MW鍋爐
工程設(shè)計煤種的收到基含硫量為2.9%，校核煤1含硫量為4.5%，校核煤2含硫量為2.86%。為了防止水冷壁高溫腐蝕，采用了如下一系列措施：
（1）在水冷壁高溫區(qū)域，向火面水冷壁采用熱噴涂鋁技術(shù)，通過熱噴涂鋁的方法，在管壁表面形成一薄鋁層，靠鋁層表面形成的一層致密的Al2O3達到防腐蝕目的。
（2）采用水平濃淡燃燒器，向火面為濃粉一次風(fēng)，背火面為淡煤粉一次風(fēng)，使水冷壁附近保持氧化性氣氛。
（3）采用小切圓，每一角燃燒器分兩組水平濃淡燃燒器，較高的一次風(fēng)率、周界風(fēng)率及一次風(fēng)速和周界風(fēng)速等，以防止火焰沖刷水冷壁。
（4）大爐膛、燃燒器分兩組等以降低爐膛壁面熱負荷。
（5）運行時注意均勻配風(fēng)，防止火焰偏斜貼壁。
一期兩臺爐分別于1999年和2000年投產(chǎn)，二期兩臺爐于2004年投產(chǎn)，水冷壁運行情況良好。
2）某廠一期、二期2×300MW“W”型火焰鍋爐
工程設(shè)計煤種的收到基硫分為：2.29%，實際運行煤質(zhì)有一定波動，一般在2.5～2.7％，有時可達到4％。四臺爐投產(chǎn)時間為：1998年12月、1999年8月、2003年3月、2003年8月。較初投運時水冷壁沒有進行噴涂，運行一段時間后在上爐膛直管區(qū)普遍出現(xiàn)腐蝕減薄，主要在爐拱上方?jīng)]有衛(wèi)燃帶覆蓋的區(qū)域，側(cè)墻較加嚴(yán)重，腐蝕速度達到1.5mm/年。后來電廠在水冷壁側(cè)墻做了**音速噴涂，噴涂材料為CT45（一種鎳基的鉻鎳合金），運行情況良好。在分隔屏下部也出現(xiàn)過高溫腐蝕，電廠于1999年對#2爐的分隔屏腐蝕區(qū)域做了一次噴涂，但該涂層只防腐不防磨，在運行一段時間后就被磨掉了，2004年電廠又找國內(nèi)另外一個廠家做了噴涂，這次的噴涂材料不僅防腐，還耐磨，運行效果良好。
3）某廠三期2×600MW“W”型火焰鍋爐
三期工程的設(shè)計煤種含硫量為4.06%，校核煤種Ⅰ含硫量為3.47%，校核煤種Ⅱ含硫量為5.08%，一期和二期的實際運行煤的含硫量也基本在這個范圍內(nèi)。一期的兩臺爐為法國Alstom設(shè)計制造的360MW“W”火焰鍋爐，分別于91年和92年投產(chǎn)，運行后不久燃燒器區(qū)域普遍腐蝕減薄，出現(xiàn)了較頻繁的爆管。電廠于97年請一家美國公司做了噴涂，噴涂區(qū)域在爐拱以下，噴涂材料為鉻鎳合金，效果非常好。二期的兩臺爐與一期爐型相同，于98年投產(chǎn)，也同樣做了噴涂，運行至今未出現(xiàn)因腐蝕導(dǎo)致的爆管。高溫受熱面均采用懸掛屏型式，不在燃盡區(qū)布置受熱面，也未做特殊防腐處理，運行后一直未發(fā)現(xiàn)有高溫腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)電廠一期、二期鍋爐采用合金噴涂防止水冷壁高溫腐蝕的成功經(jīng)驗，提出了針對珞璜三期的噴涂方案，得到了用戶的認(rèn)可。
綜上所述，根據(jù)實際設(shè)計燃用高硫份煤質(zhì)電廠鍋爐的經(jīng)驗：
1. 精心設(shè)計鍋爐爐膛、燃燒設(shè)備，并精心組織燃燒，避免火焰刷墻、爐膛壁面出現(xiàn)還原性氣氛，同時可適當(dāng)采取有效的水冷壁噴涂措施，可有效降低水冷壁高溫腐蝕。
2. 避免在高煙溫的燃盡區(qū)布置過熱器受熱面，高溫段過熱器、再熱器采用抗腐蝕性能良好的材料，設(shè)計中盡量減少管間偏差、降低管壁溫度，可有效降低對流受熱面高溫腐蝕
3. 并同時推薦用戶采取有效的噴涂措施，可以較好的防止鍋爐高溫腐蝕。


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