1000MW对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀分析与治理

徐应辉+吴成珊+樊欣

摘 要：华电宁夏灵武发电有限公司#3、#4锅炉是由东锅制造的2×1000MW超超临界对冲燃烧锅炉。锅炉两侧墙水冷壁高温腐蚀及结焦严重，严重影响了锅炉的安全运行。2014年4月，工程技术人员对#3、#4锅炉的水冷壁高温腐蚀及结焦原因进行了深入分析，并对其进行了侧墙贴壁风改造和燃烧调整，一举解决了侧墙水冷壁高温腐蚀和结焦等问题。该文章通过对这次贴壁风改造及燃烧调整的前后过程进行了论述，希望对其他工程技术人员带来经验和启发。

关键词：高温腐蚀；还原性气氛；低氮燃烧；水冷壁喷涂；贴壁风

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.007

1 高温腐蚀形成的机理

高温腐蚀主要与煤质成分、水冷壁附近的温度、气体成分、煤粒（及燃烧后产生的灰粒）的运动状态有关。按其机理可分为两大类：硫化物（H2S，SO2）型腐蚀和硫酸盐（M2SO4）型腐蚀。由于燃煤中含有的硫（S）和氢（H）等物质，在燃烧过程中发生反应生成硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）等物质，高温下的硫化氢（H2S）对铁质材料有很强的腐蚀性；而三氧化硫（SO3）则会破坏金属管壁上的氧化保护层（Fe2O3），进一步加剧高温腐蚀。

多年的研究表明，前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀通常发生在两侧墙，两侧墙水冷壁长期受到高温烟气的冲刷，煤粉贴壁燃烧，导致水冷壁壁面温度升高，还原性气氛浓度升高，从而造成了水冷壁的高温腐蚀。

2 水冷壁高温腐蚀产生的原因

2.1 燃煤品质差

燃煤中硫、碱金属及其氧化物含量越大，燃烧过程中产生的硫化物及碱性物质浓度就越高，出现高温腐蚀的可能性就越大。

煤粉颗粒越大，越不易燃尽，容易在金属壁面附近形成还原性气氛，产生高温腐蚀。同时，颗粒越大，对金属管壁的磨损也越严重，破坏了水冷壁表面的（Fe2O3）保护膜，使高温烟气中的腐蚀性介质直接与金属管壁发生反应，加剧了高温腐蚀。

2.2 低氮（缺氧）燃烧

在锅炉的实际运行过程中，运行人员为了降低锅炉NOx排放浓度，使煤粉在炉膛内缺氧燃烧。缺氧燃烧增强了炉内的还原性气氛，烟气中的硫化氢（H2S）浓度随之升高，同时还会降低灰熔点。硫化氢（H2S）在高温下对金属管壁有极强的腐蚀作用，煤粉燃烧后产的生灰粒在强还原性气氛下更容易在水冷壁管上积结，积结的灰块中含有燃烧后产生的碱金属氧化物，促进了金属水冷壁管腐蚀的加剧。

2.3 过高的水冷壁温度

硫化氢（H2S）的腐蚀性在300℃以上逐渐增强，温度每升高50℃，腐蚀性增加一倍；燃烧区域水冷壁温度约350℃，烟气侧温度可达420℃。研究表明，烟气中的CO浓度越大，高温腐蚀就越严重，H2S浓度浓度大于0.01%时，就会对钢材产生强烈的腐蚀作用；而当壁面氧量大于2%时，基本不会产生高温腐蚀。

2.4 火焰冲刷水冷壁

由于对冲燃烧锅炉的流场特点，空气和煤粉混合物通过对称布置在前后墙的燃烧器喷射进炉膛，空气和煤粉混合物着火后在炉膛中心相撞并快速的向四周排挤，其中一侧高温烟气向水冷壁排挤，并连续不断的冲刷水冷壁，由此产生高温腐蚀。其一，高温烟气使水冷壁壁面还原性气氛增强，水冷壁壁面温度升高，容易发生硫化物高温腐蚀；其二，未燃尽的煤粉颗粒和燃烧后产生的灰粒随高温烟气冲刷水冷壁，造成水冷壁管磨损减薄。

3 水冷壁高温腐蚀的治理

3.1 水冷壁喷涂

水冷壁喷涂即超音速电弧喷涂，是指以电弧为热源，将具备耐磨损、抗高温氧化和热腐蚀性能良好的金属合金丝用超音速气流雾化，并高速喷射到水冷壁表面形成高强度的耐热耐磨涂层，使水冷壁表面得以保护和强化的一种新技术。在水冷壁腐蚀严重的区域喷涂耐磨损、耐高温材料，可使水冷壁表面形成一层保护膜，阻止高温烟气直接接冲刷磨损水冷壁管，防止金属水冷壁管遭受硫化物、硫酸盐和氯化物的腐蚀。

3.2 科学的运行方式

锅炉的运行方式也是水冷壁高温腐蚀不可忽略的一个重要因素，通过合理的配风及科学的运行方式，可以有效的降低水冷壁的高温腐蚀。（1）避免过度的缺氧燃烧，使水冷壁附近氧量在2%以上，降低燃烧区及还原区的还原性气氛浓度，从而减轻水冷壁的高温腐蚀。（2）降低靠近左右侧墙燃烧器的一次风风速，减轻高温烟气对左右侧墙水冷壁管的冲刷，降低灰粒和煤粒的运动速度，从而减轻对水冷壁的磨损。（3）尽量降低一次风风速和煤粉细度，使煤粉着火提前，同时减少煤粉的燃尽时间，防止煤粉贴壁燃烧，从而降低水冷壁壁面温度，提高水冷壁壁面氧量，降低水冷壁附近H2S，SO2的生成，减轻水冷壁高温腐蚀。

3.3 增加贴壁风

在易发生高温腐蚀区域增加貼壁风，使贴壁风在水冷壁表面形成一层保护膜，在不影响燃烧流场及锅炉NOx排放的情况下，增加水冷壁壁面氧量，降低水冷壁表面还原性气氛浓度，保护水冷壁免遭H2S，SO2的侵蚀，降低携带灰粒和煤粒的高温烟气对水冷壁的冲刷，从而达到防止水冷壁高温腐蚀的目的。

4 结语

通过侧墙贴壁风系统改造，华电宁夏灵武发电有限公司#3、#4锅炉的水冷壁高温腐蚀问题得到了很好的解决。随着我国科学术技的飞速发展，对锅炉燃烧方面的技术研究也越来越细致，处理水冷壁高温腐蚀的方法也越来越成熟。锅炉燃烧控制是一个系统性的复杂过程，如何保障锅炉安全稳定运行，仍然是我们需要进一步研究和钻研的课题。

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