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1、大型锅炉水冷壁高温腐蚀问题分析及预防AnalysisandPreventionaboutHighTemperatureErosiononWaterWallofLargeCapacityBoilers高志涛GAOZhi2tao(广西电力试验研究院有限公司,广西 南宁 530023) 摘要:文章对我区近期330MW、220MW火电机组水冷壁高温腐蚀的现象进行了剖析,并提出了实用的预防措施。关键词:水冷壁;高温腐蚀;分析;预防措施中图分类号:TK222.3 文献标识码:B 文章编号:1671-8380(200
2、6)05-0065-021 引言随着广西300MW级火电机组投入商业运行,火电技术上了一个新的台阶,同时也出现新的技术难题。在广西火电机组走上大容量、高参数的时期,正是国内煤炭市场非常混乱的时候,由于我区大型火电机组远离煤源基地,锅炉设计煤种很难保证,各火电厂饥不择食,只要有煤烧便行,从而大量的高硫煤进入炉内燃烧,造成炉内高温燃烧区域的水冷壁大面积腐蚀,严重地影响了大型火电机组的安全运行,同时也引起电网负荷不稳定,直接影响供电质量。据国内统计,我国燃用贫煤、劣质烟煤和含硫量≥1%的大型电站锅炉有80%以上
3、存在不同程度的水冷壁高温腐蚀。我区大型电站锅炉由于水冷壁高温腐蚀后,管壁减薄、强度降低而引起的爆管停机事故,已成为目前应解决的最大技术难题之一。本文以柳州发电公司220MW机组近期发生的水冷壁爆管停机事故为实例,分析水冷壁高温腐蚀的机理,并提出了可行的解决办法和预防措施。2 腐蚀的现象和危害2006年2月,柳州发电公司1号(220MW)机组后墙水冷壁燃烧高温区域中间正对炉中心的水冷壁管因高温腐蚀爆管被迫停机。停机后检查发现:中间二层燃烧器区域约4m高的一周水冷壁有近200根管壁厚度小于3.0mm,在这次事
4、故停炉中给予全部更换。在换管的同时检查2个月前小修中新换的39根水冷壁因腐蚀减薄了1.7～1.8mm,腐蚀减薄的速度是惊人的。广西合山发电公司2台330MW机组也因水冷壁腐蚀发生爆管停机事故,水冷壁减薄速率达到2×10-4mm/h。3 高温腐蚀机理多年的研究表明,大型锅炉水冷壁高温腐蚀大多属于硫化物型高温腐蚀。腐蚀过程如下:①黄铁矿粉末随未燃烬煤粉到达水冷壁附近受热分解释放出自由原子硫及硫化亚铁:FeS2→FeS+[S]当水冷壁管附近有一定浓度的H2S和SO2时,生成自由原子硫:2H2S+SO2→2H2O
5、+3[S]②在还原性气氛中,单独的原子硫在管壁温度达到623K时,发生硫化作用:Fe+[S]→FeS③H2还可以通过疏松的Fe2O3,与较致密的磁性氧化铁层Fe3O4(即Fe2O3-FeO)中复合的FeO作用:FeO+H2S→FeS+H2O④硫化亚铁FeS缓慢氧化而生成黑色的磁性氧化铁:3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2从以上高温腐蚀机理可知:水冷壁高温腐蚀的宏观原因是入炉煤硫含量高、高温区形成局部还原2006年第5期 广西电力65性气氛、未燃烬煤粉冲刷剥落腐蚀层、水
6、冷壁管的壁温高等。4 高温腐蚀原因分析4.1 高硫煤入炉的燃烧从以上分析可知:煤中的硫和硫化物是形成腐蚀的物质基础,即是高温腐蚀的内因;而煤的燃烧特性则直接影响水冷壁管周围的还原性气氛的生成量,决定管壁的腐蚀速度。4.2 缺氧燃烧,形成还原性气氛此次爆管的柳电公司1号炉的炉膛出口烟气中的过剩氧量≤2.1%,可见送风量严重不足,导致煤粉燃烧不完全加剧,炉膛内还原性气氛增加,可燃硫以及硫化氢等气体含量增高。这是造成高温腐蚀的主要原因。4.3 煤粉过粗由于煤质变差,要带满负荷,必须增加给粉量,因而使煤粉变粗。煤
7、粉的颗粒度越大,也就越不易燃烬,使燃烧过程延长,容易在火炬的下游水冷壁附近形成还原性气氛,产生高温腐蚀。柳电公司1号炉爆管的位置正是在火焰下游的水冷壁管处。另一方面,由于煤粉过粗,煤粉气流和煤粉回流区气流冲刷水冷壁管,使管壁腐蚀产物不断脱落,造成腐蚀连续进行。检验本次柳电1号水冷壁管爆口发现腐蚀和磨损并存。4.4 水冷壁管壁温度偏高由于煤质变差,引起燃烧不稳,近年来将煤粉燃烧器改为浓淡型,对着火及稳燃均有好处,但都增加了燃烧区域的温度,使炉膛燃烧区温度偏高(正是这次爆管和换管的区域)。经研究,水冷壁管壁温
8、度每升高50℃,管壁的高温腐蚀速度增加一倍,显然,燃烧区域的温度升高,腐蚀速度会明显加快。4.5 一次风粉气流偏转并与二次风分离本炉在投产时的冷态空气动力场试验中发现炉内实际切圆偏南后侧,同时二次风有分离现象,由于有部分一次风射流偏离了助燃的二次风,煤粉在缺氧状态下燃烧,在射流下游水冷壁管附近形成还原性气氛,造成高温腐蚀。本次后墙爆管与南后侧因管壁减薄换管数量多于北前的换管数量,正验证这一分析结果。5 预防措施5.1 控制高硫
