锅炉水冷壁高温腐蚀.doc

大型锅炉水冷壁高温腐蚀 调研报告 上海锅炉厂有限公司 二○○二年三月十五日 目 录 前言………………………………………………………………2 产生高温腐蚀的机理和条件……………………………………2 高温腐蚀发生在大型贫煤锅炉上的主要原因…………………3 大型锅炉水冷壁高温腐蚀的部位及预防措施…………………5 水平浓淡分离燃烧技术在防止高温腐蚀方面的应用…………7 石洞口电厂#3、#4炉改造情况…………………………………11 大型锅炉炉内水冷壁发生高温腐蚀的判据……………………14 结论………………………………………………………………15 前言 我国许多地方的电厂，不少燃用无烟煤、贫煤、劣质烟煤的大型锅炉投运后，炉内水冷壁都不同程度的存在高温腐蚀。这种情况，无论是在我国上海、哈尔滨、东方三大锅炉厂自行设计制造的锅炉，还是在国外日本三菱、法国斯坦因、英国巴布科克、加拿大巴威等公司设计制造的锅炉，其燃烧器高温区域，水冷壁都有高温腐蚀现象发生，而且遍及各种炉型。以水循环方式分，有自然循环、控制循环和直流锅炉；以燃烧方式分，有四角切圆、前后墙对冲和W型火焰燃烧器等许多典型设计。通过调研，我们发现水冷壁管壁腐蚀速度一般为0.8~1.5mm/104h，腐蚀后的管壁减薄形貌较多，一般是分层减薄，而管壁向火侧减薄较快。 产生高温腐蚀的机理和条件 在燃煤锅炉中，高温腐蚀分三种类型：硫酸盐型、氯化物型和硫化物型。硫酸盐型腐蚀主要发生高温受热面上；氯化物型腐蚀主要发生在大型锅炉燃烧器高温区域的水冷壁管上；硫化物型腐蚀主要发生在大型锅炉水冷壁管上。水冷壁的高温腐蚀通常是由这三种类型腐蚀复合作用的结果。 硫酸盐型高温腐蚀的形成：在炉内高温下，煤中的NaCl中的Na+易挥发，除一部分被熔融的硅酸盐捕捉外，有一部分与烟气中的SO3发生反应，形成Na2SO4；另一部分是易于挥发性的硅酸盐，与挥发出的钠发生置换反应，而释放出来的钾，与SO3化合，生成K2SO4。而碱金属硫酸盐（Na2SO4、K2SO4）有粘性，且露点低。当碱金属硫酸盐沉积到受热面的管壁后会再吸收SO3，并与Fe2O3、Al2O3作用生成焦硫酸盐（Na·K）2S2O7。这样一来，受热面上熔融的硫酸盐（M2SO4）吸收SO3并在Fe2O3、Al2O3作用下，生成复合硫酸盐（Na·K）（Fe·Al）SO4，随着复合硫酸盐的沉积，其熔点降低，表面温升升高。当表面温升升高到熔点，管壁表面的Fe2O3氧化保护膜被复合硫酸盐破坏，使管壁继续腐蚀。另外，附着层中的焦硫酸盐（Na·K）2S2O7。由于熔点低，更容易与Fe2O3发生反应，生成（Na·K）3Fe（SO4）3，即形成反应速度更快的熔盐型腐蚀。 氯化物型腐蚀的形成：在炉内高温下，原煤中的NaCl中的易与H2O、SO2、SO3反应，生成硫酸盐（Na2SO4）和HCl气体。同时凝结在水冷壁上的NaCl也会和硫酸盐发生反应，生成HCl气体，因此，沉积层中的HCl浓度要比烟气中的大得多，致使受热面管壁表面的Fe2O3氧化保护膜破坏。有研究表明，这种情况在CO和H2浓度超过一定范围的强还原性气氛中则更为强烈。 综上所述，燃煤中的S、Cl、K、Na等物质的存在是发生高温腐蚀的内在根源。而燃用劣质煤所需要的气流扰动和较高的燃烧温度，使煤粉火焰容易刷墙以及水冷壁附近可能出现还原性气氛，为产生水冷壁高温腐蚀提供了充分条件。许多研究工作，提出了产生高温腐蚀的条件，归纳如下： 燃煤中存在一定含量的S、Cl、K、Na等可产生高温腐蚀的物质； 水冷壁附近出现还原性气氛和腐蚀性气体； 水冷壁腐蚀区域的壁温在320℃以上； 腐蚀产物的剥落，使得腐蚀能不断地渗透内层。 高温腐蚀主要发生在大型贫煤锅炉上的原因 在调研中，我们发现山东省已投运的18台300MW机组中，燃用贫煤的10台锅炉，都出现了高温腐蚀，而燃用烟煤的锅炉则很少发现高温腐蚀。在湖北省汉川电厂投运的4台贫煤锅炉上，也出现了不同程度的高温腐蚀，其中#1炉曾于2001年8月因高温腐蚀发生爆管，造成紧急事故停炉。在重庆珞璜、陕西渭河、河北西北坡等电厂均发生了类似问题。高温腐蚀发生在大型贫煤锅炉上的原因，是我们调研的主要任务。总的来说，有下列几点： 劣质煤着火困难，燃烧延迟，水冷壁附近未燃烬的煤粉颗粒增多，在一些区域造成缺氧，因而容易出现还原性气氛和腐蚀性气体，而使水冷壁腐蚀。在燃用高灰份劣质烟煤或贫煤时，由于制粉系统、磨煤机等限制，煤粉变粗，在切圆的离心力作用下容易刷墙，更容易在炉内水冷壁附近产生还原性气氛和腐蚀性气体。 为改善低挥发份煤的着火，通常采用大切圆，并在一次风喷口布置了各种型式的稳燃装置，这在一定程度上影响了一次风的刚性，造成煤粉火焰刷墙。 劣质煤的燃烧，往往采用瘦高型炉膛，燃烧器区域热负荷高，故水冷壁管壁温