超超临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨损防护专业技术研究
超(超)临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨损防护技术研究
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超（超）临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨
损防护技术研究
李太江，李巍，李勇，刘立营，王博
西安热工研究院有限公司，陕西省西安市兴庆路136号710032；
Study on the Protective Techniques for the Heating Face of Super-Ultra Critical Unit from High Temperature Sulfur Corrosion and Erosion
LI Tai-jiang, LI Wei, LI Yong, LIU Li-ying, WANG Bo
Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an, 710049, China;
ABSTRACT:In view of the situation of shutting down for repairing due to the leakage and tube cracking caused by severe high temperature sulfur corrosion, solid-particle erosion and wear, high velocity oxygen fuel (HVOF) was employed to deposit NiCr cermet coatings on 2Cr13 substrates. The anti-sulfur corrosion behavior of the NiCr cermet coating and 2Cr13 substrate was studied in an atmosphere with high sulfur content. The anti-erosion behavior of the NiCr cermet coating and 2Cr13 was also studied. The results indicated that the sealed NiCr cermet coating deposited by HVOF can reduce the high temperature corrosion and erosion rate. The 8000 hours in-field application of the NiCr cermet coating shows its effectivity to protect the heating surface tube in super-ultra critical unit fired with of high-sulfur coal from high temperature sulfur corrosion and erosion.
KEYWORDS: Ultra supercritical unit; Sulfur corrosion; Solid particle erosion; HVOF; NiCr cermet coating
摘要：针对燃用高硫煤的超（超）临界机组锅炉受热面遭受高温硫腐蚀与磨蚀导致泄漏、爆管等事故而被迫停炉检修的情况，本文采用了超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层，比较了相同腐蚀环境下涂层与抗腐蚀性能较高的2Cr13基体的高温硫腐蚀性能，同时比较了该涂层与2Cr13基体钢材的抗磨损性能。研究结果表明超音速火焰喷涂的NiCr金属陶瓷涂层具有比2Cr13钢更优的抗高温硫腐蚀性能。同时其抗高温磨损性能优于2Cr13钢。该超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层在贵州某燃用高硫煤的电厂中经8000小时现场挂片考核后，涂层表面完好，可有效提高超（超）临界机组的抗高温硫腐蚀和磨损性能。
关键词：超(超)临界机组；高温硫腐蚀；磨损；超音速火焰喷涂；NiCr金属陶瓷涂层
1前言
目前，超（超）临界机组已经成为国内新建和扩建机组的主要发展趋势，其主汽压力和温度高，可大大提高机组热效率和经济性，是我国电力行业的主力机组[1-3]。但随着电煤供应趋于紧张，劣质燃煤的掺烧比例不断加大，超超临界机组锅炉“四管”(水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)将遭受严重磨损和高温硫腐蚀[4-7]。在我国贵州、四川等地的电厂多用当地的煤种，有的煤矿硫含量高达4～6%以上，洗选后含硫量仍然高达2～4%，使燃用这种高硫煤的机组锅炉受热面发生严重的高温硫腐蚀，这种高温硫腐蚀与煤粉对受热面的冲蚀磨损共同作用，相互影响，导致锅炉管的使用寿命降低，危害锅炉安全运行，造成巨大的安全事故和经济损失。为防止锅炉管发生过早的失效，目前常规方法为采用火焰喷涂或电弧喷涂防磨材料[8-14]，比如电弧喷涂45CT涂层在一般火电厂锅炉的应用取得了较好的防护效果[15-20]。但是随着燃煤含硫量的提高，这种传统涂层已经不能满足超超临界机组的应用要求。因此，本研究针对超超临界锅炉受热面
管因高温硫腐蚀和磨损引起的“爆管”事故，采用超音速火焰喷涂技术(high velocity oxygen fuel, HVOF)在受热面管基体上制备耐高温硫腐蚀以及耐磨蚀涂层，研究该涂层在高硫含量的腐蚀环境中的抗高温硫腐蚀与磨损防护效果，并现场挂片考核了涂层的抗高温硫腐蚀与磨损性能。
2试验材料与方法
2.1试验材料
为研究涂层的抗高温腐蚀性能，高温腐蚀试验及冲蚀磨损试验试样基体材料选用耐腐蚀性能较高的马氏体不锈钢2Cr13。利用NiCr金属陶瓷粉末作为超音速火焰喷涂涂层沉积材料，粉末粒度为10～38μm，对超音速火焰喷涂涂层进行了封孔处理，封孔剂为一种抗高温腐蚀专用的纳米无机封孔剂。超音速火焰喷涂参数见表1。
表1 超音速火焰喷涂工艺参数
Table 1 Proceeding parameters during HVOF
氧气压力(MPa)
氧气流
量(SLM)
丙烷压
力(MPa)
丙烷流
量
(SLM)
送粉气
流量
(SLM)
喷涂
距离
(mm)
0.9 216 0.9 62 4 180 2.2性能测试与表征方法
2.2.1高温腐蚀温度与气氛
高温腐蚀试验温度设定为700o C。在高温硫酸盐腐蚀试验模拟气氛中，SO2含量为1.5%（煤中含硫量>4%），在高温硫化腐蚀试验模拟气氛中，设计的H2-H2S混合气体中的H2S含量为1%。
2.2.2高温硫酸盐腐蚀试验
在本次模拟实验中，采用了蜂窝状的Pt催化剂来促进SO2与SO3间的平衡反应。催化温度为650o C，此时的SO2与SO3平衡时的分压之比约为0.206。模拟试验之前，用毛笔蘸取(0.9Na,0.1K)2SO4溶液均匀地涂到试样表面，水份快速挥发后可留下一层均匀的盐膜。涂盐量控制在2.7~3.2 mg/cm2。
将表面存在(0.9Na,0.1K)2SO4盐膜的涂层试样置于700℃、O2-1.5%(SO2+SO3)气氛中，腐蚀时间分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、5.0、8.0、24.0小时，每个时间段取出一个试样进行一次称重，并观察、记录每个试样涂层表面的腐蚀情况，最后根据数据点绘制出腐蚀动力学曲线。单位面积因腐蚀而产生的重量变化按下式计算：
A
W
W
W
i
i
/)
(
1
-
=
?
+
(1)
式中：
△W——单位面积质量变化量/mg/cm2；
W i+1——第i次腐蚀后试样称重/mg；
W i——第i次腐蚀前试样称重/mg；
A——涂层表面积/cm2。
2.2.3高温硫化腐蚀试验
将试样放置在H2-1%H2S腐蚀环境中进行700o C条件下的硫化氢腐蚀试验。腐蚀时间为5.0、10.0、20.0、30.0、35.0、40.0小时，每个时间点取出试样进行称重，并观察、记录每个试样涂层表面的腐蚀情况，最后根据各个腐蚀时间点对应的涂层增重测绘出其腐蚀动力学曲线。2.2.4 冲蚀磨损试验
试验采用与日本ACT-JP试验机结构类似的颗粒冲蚀磨损试验机进行。测试涂层的冲蚀磨损失重时，当在稳定冲蚀磨损阶段，被测试样的磨损失重与所用磨料的量成线性关系，因此，冲蚀磨损性能采用单位质量磨料所对应的被测试样冲蚀磨损失重量进行评价。冲蚀试验参数为：冲蚀距离为100 mm，喷嘴内径为3.6～4.0 mm，喷嘴长度为22 mm，磨料为棕刚玉，粒度为100目，压缩空气压力分别为0.1、0.3MPa，冲蚀角度分别为30°、90°。
3结果与讨论
3.1喷涂态组织结构
图1为超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层的喷涂态组织结构。组织结构中亮色部分为充分熔化的NiCr合金，暗灰色部分为陶瓷颗粒相。由于NiCr金属陶瓷涂层中陶瓷相含量较高（75%），陶瓷相在超音速火焰中并没有得到充分的熔化，因此在涂层中形成了大量灰色固体颗
图1 HVOF喷涂NiCr金属陶瓷涂层喷涂态组织结构Fig.1 The as-sprayed microstructure of HVOF sprayed
NiCr cermet coating
粒陶瓷相，这种固体颗粒的累加造成涂层中存在等轴孔。通过图像法测试的NiCr金属陶瓷涂层孔隙率为0.55%。
3.2 高温硫腐蚀性能
3.2.1 高温硫酸盐腐蚀性能
图2是表面涂覆有(Na,K)2SO4盐膜的NiCr 涂层与2Cr13基体在700o C，O2-1.5%(SO2-SO3)环境中的腐蚀动力学曲线。2Cr13基体的腐蚀增重表现出直线增长的规律，这主要是由于2Cr13基体在腐蚀过程中不能在表面形成稳定、致密的Cr2O3膜，如图3所示，2Cr13基体表面的腐蚀产物具有多孔、不连续的结构特征。EDS点分析结果以及XRD衍射分析结果表明，2Cr13基体表面灰色相为Fe2O3，靠近基体的灰色相则是含有少量Cr的富铁氧化物，并存在以铁为主的硫化物。夹杂在氧化物中的暗色相是Na、K和Fe的硫酸盐。疏松多孔的腐蚀产物导致腐蚀介质向基体快速扩散，不断产生新的腐蚀产物，从而导致了2Cr13基体腐蚀增重表现出直线规律。与2Cr13不同，超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层具有抛物线的规律。图4是封孔NiCr金属陶瓷涂层在700o C，O2-1.5%（SO2-SO3）中腐蚀24小时后的断面形貌。其腐蚀产物主要是硫酸盐，在表层疏松多孔的硫酸盐与涂层之间沿涂层表面形成了富铬氧化膜，EDS能谱分析其成分可能为Cr2O3、Cr3S4的混合物，可见该层致密，可对其底部涂层形成有效保护。此外，涂层中的陶瓷相能阻碍高温硫酸盐腐蚀的发生，这是由于陶瓷相或其氧化产物Cr2O3具有阻碍物质扩散的作用。细化陶瓷相颗粒，使其在涂层中更均匀分布将有助于提高其阻挡作用；尽管涂层表面仍形成了NiSO4-(Na,K)2SO4共晶熔盐(主要是由于Ni能外扩散形成NiO)，但是在腐蚀前沿的均匀分布的细小陶瓷相及其氧化产物Cr2O3有效阻挡了物质扩散，从而降低了涂层在腐蚀稳态发展阶段的
腐蚀速度。
图2 2Cr13基体与NiCr涂层在O2-1.5%(SO2-SO3)环境中的高温硫酸盐腐蚀失重曲线
Fig.2 The mass gain rules for the sulphate corrosion behavior in O2-1.5%(SO2-SO3) atmosphere of the 2Cr13 substrate
and the NiCr cermet coating
（a）1000X （b）2000X
图3 2Cr13基体高温硫酸盐腐蚀8小时后的产物组织结构
Fig.3 The microstructure of corrosion product of 2Cr13 substrate after 8h high temperature
sulphate corrosion
（a）500X (b)2000X
图4 封孔后的超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层的腐蚀产物组织结构
Fig.4 Microstructure of the corrosion product of HVOF sprayed NiCr cermet coating after 8h
high temperature sulphate corrosion
3.2.2 硫化腐蚀性能
图 5 所示为2Cr13与NiCr金属涂层在H2-H2S环境中腐蚀产物增重规律。在硫化腐蚀过程中，2Cr13基体与超音速火焰喷涂涂层的腐蚀速率具有较大的差异，2Cr13基体具有较高的腐蚀速率，在经过40小时腐蚀后，其腐蚀增重量是超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层的14倍。这表明利用超音速火焰喷涂制备NiCr金属陶瓷涂层并进行封孔处理，可有效降低锅炉管材的高温硫化腐蚀速率。
图6是2Cr13基体在700o C, H2-1%H2S环境中的腐蚀产物组织结构。经过40小时的腐蚀后，腐蚀产物厚度达到500微米或更厚。腐蚀产物分为两层：外层为FeS，内层是铁的硫化物(FeS，亮色相)和铬的硫化物(Cr2S3，暗色相)的混合层，且靠近合金基体，铬硫化物含量增加。此外，贯穿腐蚀产物层出现许多垂直于表面的微裂纹。这些微裂纹以及腐蚀产物中的孔隙将导致腐蚀气氛向界面快速扩散，加速腐蚀过程。
图5 2Cr13与NiCr金属涂层的硫化腐蚀增重规律Fig.5 The mass gain rules for the sulfuration corrosion behavior of the 2Cr13 substrate and the NiCr cermet
coating
（a）150X
（a）500X
图6 2Cr13基体硫化腐蚀产物组织
Fig.6 Microstructure of the corrosion product of 2Cr13 substrate after 41h high temperature sulfuration
corrosion
图7所示为NiCr金属陶瓷涂层在H2-H2S环境中腐蚀后的产物。其腐蚀产物的厚度仅仅只有2Cr13基体腐蚀产物的厚度的一半。腐蚀产物仍然分为三层：外层为Ni3S2，中间层为Cr2S3，内层为富铬硫化物与碳化物。同时外侧两层的厚度也远远低于2Cr13最外层的厚度，从而导致NiCr 金属陶瓷涂层与2Cr13具有较大差异的腐蚀增重速率。
图7 NiCr金属陶瓷涂层硫化腐蚀腐蚀产物结构Fig.7 Microstructure of the corrosion product of NiCr cermets coating after high temperature sulfuration
corrosion
3.3冲蚀磨损性能
图8所示为NiCr金属陶瓷涂层与2Cr13基体的冲蚀磨损失重比较。同2Cr13基体相比，NiCr金属陶瓷涂层具有优异的抗冲蚀性能。在冲蚀压强及磨料粒度不变的情况下，冲蚀角度在由30°变为90°时，涂层失重量随之增加，在保持冲蚀角度和磨料粒度不变的情况下，随着送气压强的增加，涂层失重量均明显上升。这主要是由于，随着送气压强的增加，磨粒的速度相应的变大，因此动能增加，粒子冲击在涂层表面，给涂层更大的破坏，使得涂层失重量增加。从图8还可以看出，2Cr13基体试样在30°入射角时冲蚀率较高，表现出塑性材料的冲蚀特性；NiCr 金属陶瓷涂层的最大冲蚀率出现在接近90°入射角处则表现出脆性材料的冲蚀特性。因此可以认为，冲蚀试验中，材料冲蚀失重是随着入射角变化而变化，小入射角下，塑性相起抗冲蚀
图8涂层与2 Cr13基体的冲蚀磨损失重对比Figure 8 Weight losses of HVOF NiCr cermet coatings and the substrate material after erosion test
的主要作用，而大入射角下脆性相起到抗冲蚀的主要作用[7]。
3.4 超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷的现场挂片试验
本研究中经过封孔处理的超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层在燃用高硫煤的贵州某电厂（硫含量2.81%）进行了挂片试验。在750-850℃锅炉烟温的实际工况下考核了该涂层的抗高温硫腐蚀与磨损综合性能，机组运行约8000小时后，对挂片试样经宏观。未发现涂层出现明显腐蚀、磨损及剥落现象，如图9所示，涂层表面均匀、平整，这表明该涂层具有优异的抗腐蚀与磨损性能。
图9 NiCr金属陶瓷涂层试样经8000小时现场挂片考
核后的涂层宏观结构
Fig.9 NiCr cermet coating after 8000 h in-service test 4 结论
本文针对超（超）临界机组锅炉受热面在燃用高硫煤时发生的高温硫腐蚀现象，采用了超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层，比较了该涂层与2Cr13的高温硫腐蚀性能，同时比较了与2Cr13基体材料的抗磨损性能。研究结果表明超音速火焰喷涂的NiCr金属陶瓷涂层具有比2Cr13钢更优的抗高温硫腐蚀性能。同时其抗磨损性能优于2Cr13钢材。该超音速火焰喷涂NiCr 金属陶瓷涂层在贵州燃用高硫煤的某电厂中进行的现场挂片考核8000小时后，涂层完好，未发生剥落，可有效提高超（超）临界机组的抗高温硫腐蚀和磨损性能。
参考文献
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收稿日期：
作者简介：
李太江(1973—)，男，工程硕士，高级工程师，研究方向为电厂重要部件焊接修复与表面防护技术。
超超临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨损防护专业技术研究
超(超)临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨损防护技术研究
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
超（超）临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨 损防护技术研究 李太江，李巍，李勇，刘立营，王博 西安热工研究院有限公司，陕西省西安市兴庆路136号710032； Study on the Protective Techniques for the Heating Face of Super-Ultra Critical Unit from High Temperature Sulfur Corrosion and Erosion LI Tai-jiang, LI Wei, LI Yong, LIU Li-ying, WANG Bo Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an, 710049, China; ABSTRACT:In view of the situation of shutting down for repairing due to the leakage and tube cracking caused by severe high temperature sulfur corrosion, solid-particle erosion and wear, high velocity oxygen fuel (HVOF) was employed to deposit NiCr cermet coatings on 2Cr13 substrates. The anti-sulfur corrosion behavior of the NiCr cermet coating and 2Cr13 substrate was studied in an atmosphere with high sulfur content. The anti-erosion behavior of the NiCr cermet coating and 2Cr13 was also studied. The results indicated that the sealed NiCr cermet coating deposited by HVOF can reduce the high temperature corrosion and erosion rate. The 8000 hours in-field application of the NiCr cermet coating shows its effectivity to protect the heating surface tube in super-ultra critical unit fired with of high-sulfur coal from high temperature sulfur corrosion and erosion. KEYWORDS: Ultra supercritical unit; Sulfur corrosion; Solid particle erosion; HVOF; NiCr cermet coating 摘要：针对燃用高硫煤的超（超）临界机组锅炉受热面遭受高温硫腐蚀与磨蚀导致泄漏、爆管等事故而被迫停炉检修的情况，本文采用了超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层，比较了相同腐蚀环境下涂层与抗腐蚀性能较高的2Cr13基体的高温硫腐蚀性能，同时比较了该涂层与2Cr13基体钢材的抗磨损性能。研究结果表明超音速火焰喷涂的NiCr金属陶瓷涂层具有比2Cr13钢更优的抗高温硫腐蚀性能。同时其抗高温磨损性能优于2Cr13钢。该超音速火焰喷涂NiCr金属陶瓷涂层在贵州某燃用高硫煤的电厂中经8000小时现场挂片考核后，涂层表面完好，可有效提高超（超）临界机组的抗高温硫腐蚀和磨损性能。 关键词：超(超)临界机组；高温硫腐蚀；磨损；超音速火焰喷涂；NiCr金属陶瓷涂层 1前言 目前，超（超）临界机组已经成为国内新建和扩建机组的主要发展趋势，其主汽压力和温度高，可大大提高机组热效率和经济性，是我国电力行业的主力机组[1-3]。但随着电煤供应趋于紧张，劣质燃煤的掺烧比例不断加大，超超临界机组锅炉“四管”(水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)将遭受严重磨损和高温硫腐蚀[4-7]。在我国贵州、四川等地的电厂多用当地的煤种，有的煤矿硫含量高达4～6%以上，洗选后含硫量仍然高达2～4%，使燃用这种高硫煤的机组锅炉受热面发生严重的高温硫腐蚀，这种高温硫腐蚀与煤粉对受热面的冲蚀磨损共同作用，相互影响，导致锅炉管的使用寿命降低，危害锅炉安全运行，造成巨大的安全事故和经济损失。为防止锅炉管发生过早的失效，目前常规方法为采用火焰喷涂或电弧喷涂防磨材料[8-14]，比如电弧喷涂45CT涂层在一般火电厂锅炉的应用取得了较好的防护效果[15-20]。但是随着燃煤含硫量的提高，这种传统涂层已经不能满足超超临界机组的应用要求。因此，本研究针对超超临界锅炉受热面
锅炉管道腐蚀的原因分析和建议
锅炉管道腐蚀的原因、分析及建议 ×××（××××××××××发电有限责任公司×××××× 044602） 摘要：四管爆漏是火力发电厂中常见、多发性故障，而管道的腐蚀常常中四管泄漏的重要原因。大部分管道腐蚀的初始阶段，其泄漏量和范围都不大，对于故障的部位不好确定和判断。一般要经过几天或更长时间泄漏程度才会逐渐增大，发展成为破坏性泄漏或爆管，严重威胁着火力发电厂的安全稳定运行，故本文对锅炉四管腐蚀的原因进行了分析并根据相应的原因提出了一些建议。 关键词：腐蚀、硫化物、氯化物 0 前言 腐蚀是火力发电厂中常见的故障。腐蚀的初始阶段，没有明显的现象或其泄漏量和范围都小，对于故障的部位不好确定和判断。一般要经过几天或更长时间泄漏程度才会逐渐增大，同时局部的泄漏会冲刷周围邻近的管壁，造成连锁性破坏，危及到整个锅炉运行的安全。1．腐蚀的原因 广义的腐蚀指材料与环境间发生的化学或电化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现象。 狭义的腐蚀是指金属与环境间的物理-化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属，环境及其构成系功能受到损伤的现象。 1．1管内壁腐蚀：也称水汽侧腐蚀。 1．1．1溶解氧腐蚀。 1．1．2垢下腐蚀。 1．1．3碱腐蚀 1．1．4氢损伤。 1．1．5铜氨化合物腐蚀。 1．2烟气侧腐蚀。 1．2．1高温腐蚀。
1．2．2低温腐蚀。 1．3应力腐蚀，也称冲蚀。指管道受到腐蚀和拉（压）应力的综合效应。 3．设备发生腐蚀的理论原因分析 3．1管内壁腐蚀 3．1．1溶解氧腐蚀 由于Fe与O2、CO2之间存在电位差，形成无数个微小的腐蚀电池，Fe是电池中的阳极，溶解氧起阴极去极化作用，Fe比O2等的电位低而遭到腐蚀。 当pH值小于4或在强碱环境中，腐蚀加重，pH值介于4~13之间，金属表面形成致密的保护膜（氢氧化物），腐蚀速度减慢。腐蚀速度与溶解氧的浓度成正比，随着给水速度提高、锅炉热负荷增加、溶解氧腐蚀也随之加剧。 3．1．2垢下腐蚀 由于给水质量不良或结构缺陷防碍汽水流通，造成管道内壁结垢。垢下腐蚀介质浓度高，又处于停滞状态，会使管内壁发生严重的腐蚀，这种腐蚀与炉水的局部浓缩有关。如果补给水或因凝汽器泄漏（河水）使炉水含碳酸盐，其沉积物下局部浓缩的炉水（沉积着高浓度的OH-）pH值上升到13以上时发生碱对金属的腐蚀。如果凝汽器泄漏的是海水或含Cl-的天然水，水中的MgCl2、CaCl2将进入锅炉、产生强酸HCl，这样沉积物下浓缩的炉水（很高浓度的H+）pH值快速下降，而发生对金属的酸性腐蚀。 3．1．3碱腐蚀 游离碱会在多孔性沉积物和管内表面浓缩，浓缩的强碱会溶解金属保护膜而形成铁酸根与次铁酸根离子的混合物，当管壁表面局部碱浓度超过40%时，会释放出氢气，从而形成金属表面深而广的腐蚀，也称延性腐蚀。 3．1．4氢损伤（氢损伤实际就是酸性腐蚀） 一般情况下给水与管壁（Fe）发生反应生成H2和Fe3O4。 保护膜Fe3O4阻隔H2进入管壁金属而被炉水带走，当给水品质不佳或管内结垢会生成Fe2O3和FeO。 Fe2O3、FeO比较疏松、附着性很差，有利于H2向管壁金属的扩散，高温下晶界强度低，H2与钢中的碳和FeC反应生成CH4。
论锅炉受热面高温腐蚀
论锅炉受热面高温腐蚀 论锅炉受热面的高温腐蚀 【摘要】主要介绍了电站锅炉受热面的高温腐蚀机理、危害、类型、影响高温腐蚀的因素，并提出了防止或减轻受热面高温腐蚀的措施。 【关键词】受热面高温腐蚀机理影响因素防止措施 目前在高参数、大容量火电机组中，锅炉受热面的高温腐蚀问题已很普遍且迫切需要解决。因发生高温腐蚀导致受热面管件损坏严重而被迫停机的事故屡见不鲜。受热面的高温腐蚀已经成为燃煤锅炉机组安全稳定运行的一大隐患。在锅炉的设计及运行调整中如稍有不慎则高温腐蚀便很容易发生，腐蚀使得受热面承压部件的管壁变薄，严重时会使受热面管子在短时间内爆管，导致锅炉漏泄而被迫停机或事故跳机。可见其迫害程度非常之大，在运行中必须避免受热面的高温腐蚀。 1 高温腐蚀的形成机理 所谓高温腐蚀是指在煤粉锅炉高温火焰及高温烟气区，过热器和再热器管子及其悬挂件产生的外部腐蚀。锅炉受热面的高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程。与其他有关煤的反应机理一样，由于煤自身的复杂性以及迄今对它的认识有限，这类机理都是粗糙的和带有推理性的，在结论的定量上也都具有相当宽的范围。高温腐蚀多发生在燃烧器区域的水冷壁、高温过热器、高温再热器，亦即受热面管壁金属温度超越一定界限的部位。从对高温腐蚀的现象及调查研究结果表明，这种腐蚀都是因壁面与积灰层间的一层液相物反应 而产生的。污染后的受热面会受到灰渣和烟气的复杂的化学反应。高温过热器与高温再热器多布置于烟温高于700-800?的烟道内，管子的外表面积灰由内层、外层两部分组成，内层灰密实，与管子黏结牢固，不易清除;外层灰松散，容易清除。
低熔灰在炉膛内高温烟气区已成为气态，随着烟气流向烟道。由于高温过热器及高温再热器区域的烟温较高，低熔灰若不接触温度较低的受热面则不会凝固，若接到温度较低的受热面就会凝固在受热面上，形成黏结灰层。灰层形成后，表面温度随灰层厚度的增加而增加。此后，一些中、高熔灰粒也被黏附在黏性灰层中。这种积灰在高温烟气中的氧化硫气体的长期作用下，形成白色的硫酸盐密实灰层，这个过程称为烧结。随着灰层厚度的增加，其外表面温度继续升高，低熔灰的黏结结束。但是中熔灰和高熔灰在密实灰层表面还进行着动态沉积，形成松散而且多孔的外层灰。内层灰的坚实程度随着时间的增长而增大，时间越长，灰层越坚实。 对于黏结灰层固形物进行化学分析和x衍射分析，结果都表明其主要构成是碱-三硫酸铁的络合物。它在538-704?温度范围内呈熔融状态。从关于碱-三硫酸铁络合物与铁的反应特性资料可知，在与碱-三硫酸铁络合物紧密黏结的奥氏体钢或铁素体钢之间都会产生对铁的腐蚀反应。与铁素体钢的这种反应，其速度是随着温度的升高而增大的;奥氏体钢的腐蚀速度与温度关系则成半铃形。从实验室的腐蚀失重试验结果也表明在相当于炉内条件下，合成硫酸盐具有相同的铃形腐蚀速度曲线，也表明这个硫酸盐络合物是受热面 高温腐蚀的根本原因。由此可以得出产生高温腐蚀的机理是:因煤灰的选择性沉积，使碱与氧化铁在积灰层中的浓度远比在煤灰中高。碱-三硫酸铁是这些选择性沉积物中与烟气中的so3反应生成的。碱与氧化铁在沉积之初很可能是粉末状的物料，随着温度的升高而呈熔融或半熔融状态。碱在管壁表面的聚积也可能是出于外层熔融物料的迁移。图示也表明了，积灰层中钾、钠含量比的重要性。钠络合物在图示的温度范围内都是干的;而钾络合物从625?开始就产生黏结;1:1钾络合物在约550?时就开始呈熔融状态，非但开始呈熔融状态的温度低，其温度范围也宽(如图1)。 煤灰在受热面上的沉积并致腐蚀的大致步骤如下:
金属腐蚀原理
3.3 金属腐蚀原理 3.3.1概述 从腐蚀的定义及分类，我们知道腐蚀主要是化学过程，我们可以把腐蚀过程分为两种可能的主要机理-----化学机理和电化学机理. 化学腐蚀是根据化学的多相反应机理，金属表面的原子直接与反应物（如氧﹑水﹑酸）的分子相互作用。金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体，而不是在时间或空间上分开独立进行的共轭电化学反应。 金属和不导电的液体（非电解质）或干燥气体相互作用是化学腐蚀的实例。最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，也就是金属的氧化过程（与氧的化学反应），或者是金属与活性气态介质（如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等）在高温下的化学作用。 电化学腐蚀是最常见的腐蚀，金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。如在自然条件下（如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。 图3－11 铁的电化学腐蚀模型电化学腐蚀机理与纯化学腐蚀机理 的基本区别是：电化学腐蚀时，介质与金属的相互作用被分为两个独立的共轭反应。阳极过程是金属原子直接转移到溶液中，形成水合金属离子或溶剂化金属离子；另一个共轭的阴极过程是留在金属内
的过量 电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。左图即是铁的电化学腐蚀模型。（点击放大播放flash) 3.3.2金属腐蚀的电化学概念 1.电极反应及电极 相：由化学性质和物理性质一致的物质组成的、与系统的其他部分之间有界面隔开的集合叫做相。 电极系统：如果系统由两个相组成，一个相是电子导体（叫电子导体相），另一个相是离子导体（叫离子导体相),且通过它们互相接触的界面上有电荷在这两个相之间转移，这个系统就叫电极系统。 将一块金属（比如铜）浸在清除了氧的硫酸铜水溶液中，就构成了一个电极系统。在两相界面上就会发生下述物质变化： Cu (M)→Cu 2+(sol)+2e (M) 这个反应就叫电极反应，也就是说在电极系统中伴随着两个非同类导体相(Cu 和CuSO 4溶液）之间的电荷转移而在两相界面上发生的 化学反应，称为电极反应。这时将Cu 称为铜电极。 同样我们将一块金属放入某种离子导体相中，也会发生类似的电极反应：
051循环流化床锅炉受热面常见磨损部位及预防措施(赵德鑫)
循环流化床锅炉受热面常见磨损部位及预防措施 赵德鑫总工师 ---山东华盛江泉热电有限公司山东临沂276017 内容摘要：早期投产的循环流化床锅炉大多如此，给循环流化床机组的发展蒙上了阴影。一些电厂将后期扩建机组改为煤粉炉以求得到安全稳定运行。现对水冷壁的磨损爆管问题进行认真的研究和全面的分析，总结经验教训，并提出相应的技术对策和具体的改造措施。这些改造措施在一些电厂的运行实践中取得了良好的效果，可供同类机组进行借鉴，避免类似的情况发生，保证机组的安全运行。 1.炉内磨损机理分析 由于过热爆管，磨损引起的泄漏，是非停的主要原因。循环流化床锅炉的四管泄漏是煤粉炉的3～5倍。锅炉的磨损部位主要有密相区二次风口及回料口、过渡区部位、水冷壁的墙角处、炉膛出口、穿墙管处以及省煤器悬吊管等处。上述部位的磨损过程主要表现为冲蚀磨损。是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。磨损的基本类型为两种：一种为冲刷磨损，另一种为撞击磨损。对于冲刷磨损，是颗粒与固体现面的冲击较小，甚至接近平行：颗粒垂直于固体表面的分速度使它沿物体表面滑动，两个分速度合成的效果起一种刨削作用形成的磨损。颗粒相对于固体表面的冲击角较大，或接近于垂直，以一定的运动速度撞击固体现面使其产生塑性变形或微裂纹称之为撞击磨损。长期且大量颗粒的反复撞击使其疲劳破坏，随时间迁移，磨损率有增长趋势，甚至变形层脱落，最终导致磨损量突升。 1.1 密相区的磨损： 在燃烧室中，从床的底部至固体颗粒膨胀起来的床层界面称为流化床。要使流化床上的固体颗粒保持悬浮沸腾状态，使煤粉颗粒得以充分有效地燃烧，从炉底布风装置出来的空气流必须具有足够的速度、强度和刚度，以在支撑固体颗粒料层的同时，产生强烈的扰动。粒子团由于重量增加体积加大，以较大的相对速度沉降，并具有边壁效应，使流化床中气—固流动形成近壁处很浓的粒子团以斜下切向运动，下降到炉壁回旋上升，颗粒彼此之间以及与炉壁之间进行频繁的撞击和摩擦，使密相区炉壁出现了严重的磨损。密相区的炉壁上制造设计了很厚的耐磨浇注料，只要耐磨浇注料层完好无损，位于密相区的受热面管子不会出现磨损。 1.2 内循环下降灰贴壁流方向改变导致垂直水冷壁管磨损： 内循环下降灰贴壁流方向与垂直布置的水冷壁管束方向总体一致，但在某一部位发生跳跃时，下降灰贴壁流产生涡流，对该部位造成快速磨损，如水冷壁管连接的焊口、筋片、安
锅炉水冷壁高温腐蚀原因及预防措施
锅炉水冷壁高温腐蚀原因及预防措施 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
水冷壁高温腐蚀的原因分析及预防措施 我厂#2炉在本次B 级检修中发现水冷壁存在高温腐蚀现象，高温腐蚀区域大约在D 层燃烧器与 层燃烧器之间, 在这一区域水冷壁高温腐蚀后，壁厚明显减薄，最薄处仅有5mm, 因而强度降低，极易造成水冷壁爆管和泄漏，危及锅炉安全运行。 针对水冷壁高温腐蚀问题,生产部、调度部、运行分场进行了多次分析和探讨，认为我厂水冷壁高温腐蚀的原因大致有以下几个原因： 1、我厂燃煤为山西贫煤，该煤种含硫及硫化物较多，高含硫量使煤在燃烧中产生较多的腐蚀性物质，直接导致水冷壁的高温腐蚀。同时，由于近年来煤炭市场供求关系的转换，煤质难以得到保证，由于煤质较杂多变，运行中往往引起煤粉变相，着火点推迟，燃烧速度低等一系列问题。 2、我厂锅炉为亚临界锅炉，饱和水温约为360 ℃，水泠壁温度可达400℃，在该条件下管壁被氧化，使受热面外表形成一层Fe 2O 3和极细的灰粒污染 层，在高温火焰的作用下，灰分中的碱土金属氧化物（Na 2O 、K 2O ）升华，靠扩散 作用到达管壁并冷凝在壁面上，与周围烟气中的SO 3化合生成硫酸盐。管壁上的硫 酸盐与飞灰中的Fe 2O 3及烟气中的SO 3作用，生成复合硫酸盐，复合硫酸盐在 550℃-710 ℃范围内呈液态，液态的复合硫酸盐对管壁有极强的腐蚀作用。 3、我厂入炉煤粉长期偏向，造成煤粉直接冲刷水冷壁，在水冷壁附近区域造成还原性气氧，导致高温腐蚀。 4、我厂为四角切圆燃烧锅炉。当一、二次风射流喷出燃烧器后由于受到上游邻角气流的挤压作用及左右两侧不同补气条件的影响，使气流向背火侧水冷壁
锅炉受热面高温腐蚀原因分析及防范措施
锅炉受热面高温腐蚀原因分析及防范措施 Cause Analysis and Protective Measues to High-temperature Corrosion On Heating Surface of Boiler 张翠青 （内蒙古达拉特发电厂，内蒙古达拉特 014000） [摘要]达拉特发电厂B&WB-1025/18.44-M型锅炉在九八及九九年#1、#2炉大修期间，检查发现两台炉A、B两侧水冷壁烟气侧、屏式过热器迎火侧、高温过热器迎火侧存在大面积腐蚀，根据腐蚀部位、形态和产物进行分析，锅炉受热面的腐蚀属于高温腐蚀，其原因主要与炉膛结构、煤、灰、烟气特性及运行调整有关，并提出了防范调整措施。 [关键词] 锅炉受热面；高温腐蚀；机理原因分析；防范措施
达拉特发电厂#1～#4炉是北京B&WB公司设计制造的B&WB-1025/18.4-M型亚临界自然循环固态排渣煤粉炉。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式。设计煤种为东胜、神木地区长焰煤。在九八及九九年#1、#2炉大修期间，检查发现两台炉A、B两侧水冷壁烟气侧、屏式过热器迎火侧、高温过热器迎火侧存在大面积腐蚀，两台炉腐蚀的产物、形状及部位相似。腐蚀区域水冷壁在标高16～38米之间及屏式过热器、高温过热器沿管排高度，腐蚀深度在0.4～1.0mm之间，最深处达1.7mm，腐蚀面积达500平方米左右。腐蚀给机组安全运行带来严重隐患。 1.腐蚀机理原因 1.1锅炉炉膛结构 锅炉炉膛结构设计参数见下表： 高40%多，同时上排燃烧器至屏过下边缘高度值比推荐范围的下限还低1.8米，这就导致燃烧器布置过于集中、燃烧器区域局部热负荷偏大、该区域内燃烧温度过高，实测炉膛温度达1370～1430℃。燃烧温度偏高直接导致水冷壁管壁温度过高，理论计算该区域水冷壁表面温度为452℃。大量的试验研究表明当水冷壁管壁温度大于400℃以后，就会产生明显的高温腐蚀。 1.2 煤、灰、烟气因素 蒙达公司实际燃煤是东胜、神木煤田的长焰煤和不粘结煤的混煤。：燃煤中碱性氧化物含量较高，灰中钠、钾盐类含量高，平均值达3.85%，含硫量偏高。 1.3 运行调整不当 为了分析运行调整因素对腐蚀的影响，在A、B侧水冷壁标高20、25、28米处安装了三排烟气取样点，每排三个，共18个。分析烟气成分后发现，燃用含硫量高的煤种时，由于燃烧配风调整不合理，省煤器后氧量偏大（实侧值 气体，加剧了高温腐蚀的产生与发展。 4.35%），导致燃烧过程中生成大量的SO 2 2.腐蚀类型 所取垢样中，硫酸酐及三氧化二铁的含量最高，具有融盐型腐蚀的特征，属于融盐型高温腐蚀。从近表层腐蚀产物的分析结果看，S和Fe元素含量最高，具有硫化物型腐蚀特征，说明存在较严重的硫化物型腐蚀。因此，达拉特发电厂的锅炉高温腐蚀是以融盐型腐蚀为主并有硫化物腐蚀的复合型腐蚀。 3.防止受热面高温腐蚀的措施 2.1.采用低氧燃烧技术组 由于供给锅炉燃烧室空气量的减少，因此燃烧后烟气体积减小，排烟温度下 的百分数和过量空气百分数之间降，锅炉效率提高。燃油和煤中的硫转化为SO 3 的转化明显下降。的关系是，随着过量空气百分数的降低，燃料中的硫转化为SO 3
锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及预防措施
锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及预防措施 发表时间：2019-11-18T13:31:35.660Z 来源：《中国电业》2019年14期作者：侯启聪 [导读] 对大唐鲁北电厂2×330MW机组锅炉水冷壁产生高温腐蚀的原因进行分析。 摘要：对大唐鲁北电厂2×330MW机组锅炉水冷壁产生高温腐蚀的原因进行分析，认为其主要是主燃烧器区二次风和一次风配比不合理，造成风粉脱离，含粉气流贴壁冲刷，在水冷壁区域形成局部还原性气氛所致。文章针对锅炉水冷壁高温腐蚀的原因及预防措施，进行简要的剖析研究。 关键词：锅炉；水冷壁；高温腐蚀；燃烧 鲁北电厂330MW锅炉是采用美国燃烧工程公司(CE)的引进技术设计和制造的。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用平衡通风、四角切圆燃烧方式，。锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，锅炉的最大连续蒸发量为1020t/h；机组电负荷为330MW(即TRL工况)时，锅炉的额定蒸发量为969t/h。 锅炉设计燃料为烟煤，收到基硫0.41%，校核煤种收到基硫0.6%。 1高温腐蚀的现象及原理 机组停备水冷壁防磨防爆检查发现，腐蚀严重的区域大都位于燃烧器喷出后射流的中下游。腐蚀区域的水冷壁表面一般呈黑褐色，外层松软、内层坚硬，剥落坚硬层后，垢状物与水冷壁管结合面处层蓝色。腐蚀区域大多水冷壁表面不清洁，有较多的灰沾污。大唐鲁北电厂1、2号炉水冷壁发现腐蚀区域水冷壁表面有未燃尽的煤粉附着，再往里有较多的黄色硫化物。 通过收集资料汇总发现，近几年山东省相继有多台电厂锅炉发生严重的水冷壁高温腐蚀，如黄台电厂8号炉（1000t/h）、华能德州电厂1-4号炉（1000t/h）、南定电厂1、2号炉（410t/h）、潍坊电厂1、2号炉（1000t/h）、青岛电厂1、2号炉（1000t/h）等，腐蚀最严重的锅炉水冷壁最小壁厚仅1.3mm，腐蚀速度2mm/a。上述各台锅炉发生高温腐蚀的区域基本相近，都在燃烧器出口射流中下游区域，高度在燃烧器中心线附近，且管子向火侧的正面点腐蚀速度最快。水冷壁发生高温腐蚀后，壁厚减薄，强度降低，容易造成爆管泄漏，影响锅炉安全运行。有腐蚀物分析基本可确定，大唐鲁北1号炉水冷壁高温腐蚀属于硫化物型高温腐蚀。这种腐蚀主要是由煤中的黄铁矿硫造成的。 2水冷壁高温腐蚀原因分析 2.1煤种问题 煤种是造成高温腐蚀的主要原因之一。煤中的硫和硫化物是形成腐蚀物质的基础，而煤的燃烧特性则直接影响贴壁还原性气氛的生成。 对发生高温腐蚀的锅炉所燃用煤质统计分析表明，大部分锅炉燃煤的含硫量均在1.2%以上，有些甚至高达3%。高含硫量使煤在燃烧中产生更多的腐蚀性，加速水冷壁腐蚀。根据山东省锅炉高温腐蚀情况普查结果，发生严重高温腐蚀的多为1000t/h以上高参数、大容量锅炉，中小型锅炉较少出现高温腐蚀。南定电厂1、2号炉均为410t/h锅炉，但也出现严重高温腐蚀，这其中有燃烧器结构布置方面的原因，但更重要的是煤质。 2.2炉内燃烧风粉分离 这是四角切圆燃烧锅炉普遍存在的问题。目前四角切圆燃烧锅炉普遍采用集束射流着火方式，一二次风间隔布置并以同一角度平行射向炉内。理想的着火应是一次风喷出后不久即被动量较大的二次风所卷吸，射流轨迹变弯，形成转弯的扇形面，并卷吸周围高温烟气，形成着火区，着火后的一次风被卷入二次风射流中燃烧。由于一次风射流混入动量大的二次风中，使火炬射流刚性加强，不易受干扰，从而在整个燃烧器区域内形成一个燃料与空气强烈混合的、稳定燃烧的旋转火炬。 但炉内实际燃烧过程并非如此。为保证稳定燃烧，一次风出口风速通常控制比较低（20—25m/s）,而二次风速一般在40—50m/s之间，从而一二风的射流刚性相差较大。一二次风射流喷出燃烧器后由于受到上游邻角气流的挤压作用及左右两侧不同补气条件的影响，使气流向背火侧水冷壁偏转，此时刚性较弱的一次风射流比二次风偏转更大角度，从而使一二次风分离。一二次风的刚性相差越大，这种分离现象越明显。由于部分一次风射流偏离二次风，煤粉在缺氧状态下燃烧，在射流中下游水冷壁附近形成还原性气氛，这是引发高温腐蚀的一个重要原因。 2.3运行调整方面 2.3.1配风状况差 锅炉二次风门普遍采用气动执行机构控制，由于种种原因风门控制大都较乱，加上锅炉一二次风配比不合理，炉内配风状况很差。这也是造成一二次风混合不完全，煤粉着火和燃尽差，煤粉贴壁燃烧的原因之一。 2.3.2燃烧配风状况差 部分锅炉设备由于辅机设备问题，造成满负荷工况供风不足。如潍坊电厂1、2号炉由于排烟温度低，空预器积灰严重，阻力增大，造成送、引风机出力不足，满负荷运行时炉膛出口氧量不足1%（设计值为4%），远远不能满足锅炉正常燃烧要求。由于总风量不足，使燃烧器区域的缺氧燃烧状况更加严重，对预防高温腐蚀非常不利。 通过以上分析，认为鲁北1号炉高温腐蚀的主要原因是:锅炉长期高负荷、大煤量运行工况下，主燃烧器区二次风和一次风配比不合理，一次风粉射流在炉内上升过程中，受到刚性较强的二次风射流的挤压和下游二次风射流的牵引，造成风粉脱离，含粉气流贴壁冲刷，在水冷壁区域形成局部还原性气氛。而给煤量大大偏离设计值造成的入炉煤粉浓度加大，以及含硫量的增高加剧了腐蚀的速度。 3预防高温腐蚀的措施方法 造成高温腐蚀的主要原因是煤质、设备、运行三个方面。从目前情况看，要改变煤种非常困难，依靠燃烧调整来预防高温腐蚀也有一定难度且效果不理想，因此，只有通过设备改造来预防高温腐蚀才是最根本有效的方法。 3.1侧边风技术 所谓侧边风就是在高温腐蚀区域的上游水冷壁或在高温腐蚀区域水冷壁上安装喷口，向炉膛内通入空气。采用侧边风的主要目的是改变水冷壁高温腐蚀区域的还原性气氛，增加局部含氧量。一般情况下以二次风作为侧边风的风源。根据侧边风结构及布置方式又分为贴壁型和射流型2种。贴壁型侧边风一般采用在水冷壁鳍片上开孔的方式，开孔位置在高温腐蚀区域内，依据腐蚀面积大小决定开孔数目的多少。二次风有小孔进入炉膛后，受炉内烟气运动影响，很快偏转附着于水冷壁管上，在高温腐蚀区域水冷壁表面形成一层空气保护膜。贴
超临界机组防止高温氧化皮集聚脱落造成设备损害的技术措施
防止高温氧化皮脱落对机组造成危害的技术措施高温氧化皮是指金属与高温蒸汽中的氧发生氧化反应而生成的氧化物。在我国高温氧化皮研究是在2000年以后正式被提上议程，随着超临界发电机组在国内的不断投产，防止高温氧化皮生成、脱落对机组安全运行造成的危害越来越被重视。 一、高温氧化皮的特性 1、高温氧化皮生成具有阶段性：高温蒸汽管道的氧化皮在560℃以下生成非常慢，在560℃~590℃之间生成较快，超过590℃~620℃之间生成速度很快（超临界机组设备厂家和运行规程规定，锅炉主汽温度禁止超过590℃，一是考虑金属应力变形，二是考虑氧化皮问题），620℃以上又呈下降趋势。也就是说高温氧化皮生成具有阶段性。以前125MW机组、200MW 及300MW强制循环机组，由于温度不超过560℃，很少考虑氧化皮问题。 2、高温氧化皮随着机组连续运行时间延长厚度会逐渐增加，达到一定厚度会脱落，特别是在温度突变时，脱落速度会加快且成片脱落。 3、高温氧化皮开始生成速度较快，当形成氧化膜层后，生成速度逐渐减缓。 4、不同钢材抗氧化皮性能所有不同。 二、氧化皮脱落的危害及处理 1、机组连续运行时间越长，氧化皮层越厚，氧化皮脱落的可能性越大；温度反复突变，氧化皮越容易脱落。运行中氧化皮脱落，对汽轮机喷嘴、阀芯、叶片等部件产生冲击，容易损坏汽机部件。锅炉停炉及点火过程中，由于管道没有蒸汽流动或蒸汽量很小，脱落的氧化皮就会沉积在管道的下部或联箱的底部，容易造成部分管道的流通面积减小，在机组并网后锅炉燃料增加，烟温逐渐升高，部分流通面减小的过热器管因得不到蒸汽的充分冷却，就会超温，金属的分子结构发生改变，强度下降最后爆管。 2、防止氧化皮大面积快速脱落，一是保持温度升降平稳，避免大起大落，也就是在正常运行调整中，避免给水量大幅变化、减温水阀门突开突关；二是机组连续运行一段时间后（一般为2200小时），采用降温降压大流量冲刷一次，使已形成一定厚度但量不是太大的氧化皮脱落，随着蒸汽带走。这里所说的降温降压大流量冲洗，是指汽机调门全开，主汽和再热汽温度降至520℃，维持85%左右额定负荷运行4~6个小时。为什么选择这样的参数，原因如下：一、这样的参数，锅炉已达额定蒸汽量即大流量；二、降温降压的目的是增大蒸汽流量，提高锅炉管道蒸汽的流速，增强冲洗效果；三、汽机调门全开目的是降低进入汽轮机叶片等设备的流速，减少蒸汽携带的固态氧化皮对设备的冲击而可能造成的损害；四、主汽温度选
循环流化床锅炉受热面磨损成因及对策
循环流化床锅炉受热面磨损成因及对策 循环流化床锅炉自问世至今，因其较高的锅炉效率和优良的环保性能，越来越受到各热电厂家的青睐，已逐渐成为热电企业的主要炉型。但是，其受热面的磨损因为成因的多样性和控制的复杂性，始终成为困扰热电厂的一个生产难题，由于磨损而产生的水冷壁管爆管更是严重地影响了热电厂的安全经济运行。 根据我厂实际运行中反映出的情况，我们对产生磨损的相关区域、成因及应对方法作如下分析： 一、磨损区域 磨损主要发生在水冷壁、吊挂管、过热器、省煤器、空预器和风帽等区域。 1、水冷壁上的磨损，从现有运行状况归纳有以下几个磨损部位：一是水冷壁上异常突出的部位，如在炉膛中部插入的温度计、压力测点等部位，此类的磨损均是面壁流下的颗粒撞击温度计等突出部件时，运动方向发生改变后，横向形成对水冷壁的冲刷，这种冲刷会在短短个把月甚至更短的时间内磨损水冷壁，从而形成爆管。另外的突出部位如焊缝等也会受到“挖磨”，下落的飞灰碰击突出焊缝后在该处形成小涡流，从而磨损水冷壁母材，形成“挖磨”现象；二是水冷壁周边四只夹角（密相区）上方，安装时前墙与侧墙管之间的间距变小，飞灰面壁流下落时形成雍堵，引起磨损加剧；三是前墙水冷壁（密相区上方）拐角部分及周围（流化床C型气垫第二处磨损点）；四是后墙炉膛出口处中间部分，携带物料的运动气流在此分流，从而形成对水冷壁的横向冲刷；五是顶棚水冷壁管的特殊部位（C型气垫第三处磨损点）。 2、吊挂管、过热器等受到的磨损主要是正面冲击及侧面切削磨损。当防磨板因过热而变形时，这种磨损就更突出。当省煤器产生泄漏后，尾部的积灰使“烟气走廊”的形成产生了可能，此时的省煤器及空预器的磨损同样会加剧。 3、风帽因所处环境恶劣，是循环流化床锅炉磨损力度最大的区域，磨损部位主要集中在前后墙之间的中部，约占布风板2/3面积的狭长地带上，而落渣口附近、返料口正对处、落煤口正对处的风帽磨损最严重。 二、磨损成因及对策 从水冷壁所处环境看，其受到磨损的主要原因是在炉膛中气流动力场运动方向发生改变的地方均会受到比其他气流运动方面平行的地方更为强烈的磨损，在垂直的前后墙及两侧墙上的水冷壁受到磨损较小的原因（两年时间磨损约为0.1~0.5mm），是“面壁流”下落时与水冷壁面是平行方向，其对水冷壁的冲刷角度为0，因此，就垂直部分水冷壁而言，由于面壁流的屏蔽及零度冲刷，反而大大减少了上升气流中的“气泡”破裂后物料对水冷壁的横向冲击。加上面壁流与水冷壁之间的气膜，实际上面壁流与水冷壁之间的直接接触率变得很小。但当面壁流的下落受到阻挡时物料运行方向的突然改变成为形成磨损的主要原因，即前面说的水冷壁五种磨损现象的运动气流及面壁流改变了方向后产生的磨损。第五种类型更是一个特例，在流化床锅炉炉膛内的炉顶也是由膜式水冷壁组成，且由前向后斜上，水冷壁上装有横向档流片（与垂直水冷壁上放纵向导流片不同），目的是形成顶部气垫构造，减少气流方向改变后的磨损，实际情况也较理想，整体损耗情况与垂直管壁相近，但在两侧墙防爆门上方约80cm长，60cm宽的一块顶棚水冷壁受到了强力磨损并已形成爆管，实地检测后均已达到厚度极限。分析其原因，我们认为应该是防爆门处较厚的且突出的浇注料，以及防爆门凹陷部
锅炉水冷壁高温腐蚀
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 1．前言 (2) 2．产生高温腐蚀的机理和条件 (2) 3．高温腐蚀发生在大型贫煤锅炉上的主要原因 (3) 4．大型锅炉水冷壁高温腐蚀的部位及预防措施 (5) 5．水平浓淡分离燃烧技术在防止高温腐蚀方面的应用 (7) 6．石洞口电厂#3、#4炉改造情况 (11) 7．大型锅炉炉内水冷壁发生高温腐蚀的判据 (14) 8．结论 (15) 1．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。 2．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
CFB锅炉受热面磨损与防护
浅谈CFB锅炉受热面磨损与防护 畅世吉 (神华准格尔能源有限公司,内蒙古薛家湾 010030) 摘 要:近年来CFB锅炉以自身对燃料的适应性广、燃烧效率高、低污染、负荷调节性能好等诸多优点得到了广泛的应用。但是由于循环流化床锅炉炉内灰浓度高,通常为煤粉炉的几十倍、几百倍,甚至上千倍,磨损严重,可靠性不高,经常发生“四管”磨损泄漏、爆管等制约锅炉长周期安全运行的问题。因此循环流化床锅炉的磨损要比煤粉炉严重得多,受热面和耐火材料的防磨问题应特别重视。磨损问题解决得如何,直接关系到循环流化床锅炉设计的成败,也直接影响循环流化床锅炉机组的可利用率。因此只有制定科学合理的防磨方案,才能预防和解决磨损的难题。 关键词:CFB锅炉;磨损;防护 中图分类号:T K224.9+1 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0086—03 内蒙古神华准能矸电厂一期2×300WM机组锅炉选型为东方锅炉厂自主研发的型号为DG1177/ 17.4-Ⅱ2一次中间再热自然循环汽包炉,紧身封闭、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、炉顶设密封罩壳。本工程从基建期对受热面的防磨防暴工作给予了高度重视,针对CFB锅炉水冷壁易产生磨损泄漏采取了增设防磨梁、加大焊接工艺和浇铸料施工过程控制等切实可行的手段预防机组投产后受热面频繁泄漏事件的发生。机组投产后,针对CFB锅炉不同于煤粉炉受热面防磨防爆的特点制定了受热面防磨防爆检查与锅炉运行调整的具体实施方案,经过近一年的推广应用已基本达到了预期效果。1 水冷壁及受热面防磨的机理 分析:在循环流化床锅炉床料流化过程中,由于烟气流速高,烟气中的灰量大,炉墙和受热面受到大量固体颗粒的冲刷,炉内金属受热面和非金属炉膛的磨损比煤粉炉要严重的多。当高浓度的烟尘携带床料粒子高速流过时,就会在炉膛或金属受热面表面产生磨损。 这种由于烟气携带大量颗粒对固体表面的磨损主要分为冲刷磨损和撞击磨损两种类型,冲刷磨损是指固体颗粒相对于固体表面的冲击角度小,甚至接近平行,颗粒垂直于固体表面的分速度,使颗粒锲入被冲击物体的表面,而颗粒与固体表面的分速度使它沿固体表面滑动,这两个分速度的合成效果,就起到一种"刨削"或"犁销"的作用,若固体表面经受不起这样的作用,就会被切削掉很微小的部分,形成小而深的磨蚀坑,这种现象大量重复时,固体表面就产生明显的磨损。撞击磨损是指颗粒相对于固体表面的冲击角度大,或接近于垂直时,以一定的运行速度撞击固体表面,使其产生微小的塑性变形或显微裂纹,在大量颗粒的反复撞击下,逐渐使变形层整片脱落而形成磨损。一般在循环流化床锅炉受热面的磨损中,床料颗粒与受热面的冲击角度0～90之间,因此循环流化床锅炉受热面的磨损是上述两种磨损基本类型的综合作用,其主要原因为:一是贴壁流速度高;二是贴壁流浓度大。通常认为物料对炉内受热面管壁的磨损速率主要与贴壁流物料速度、物料粒径、物料浓度以及流场不均匀性有着密切关系,通常磨损量与物料速度的3次方成正比,与物料粒径2次方成正比,与物料浓度成正比,关系如下 : 图1 E=KW3U2D 式中:(E-磨损速度 m100/h;K-比例系数;D 86内蒙古石油化工 2012年第23期
锅炉工技师论文最终版
锅炉工技师论文火电厂锅炉水冷壁管防腐耐磨研究 姓名 单 摘要：火力发电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂，它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关。防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类，即非表面防护方法和表面防护方法。针对太阳纸业热电厂二期四台循环流化床锅炉，现场采用超音速电弧喷涂，涂层层寿命已近四年，认为积极采用超音速电弧喷涂技术是火电厂循环流化床锅炉水冷壁高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法。 关键词：循环流化床锅炉水冷壁高温腐蚀和磨损超音速电弧喷涂 一、引言 循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术，其主要特点在于燃料及脱硫剂经多次循环，反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈，不但能达到低NOx排放、90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点，因此国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域得到广泛的商业应用，且向大型循环流化床锅炉方向发展。 目前，循环流化床锅炉存在的严重问题是锅炉金属管壁高温腐蚀和管壁磨损。循环流化床锅炉金属件磨损因不同厂家出产的锅炉不同，磨损部位、磨损程度等都不相同，主要发生在以下部位： 1、布风装置——
风帽的磨损； 2、炉膛下部卫燃带与水冷壁过渡区域的管壁磨损（严重磨损）； 3、炉膛角落区域的水冷壁磨损（严重磨损）； 4、炉膛一般水冷壁管的磨损（较严重）； 5、不规则管壁（弯管让管、管壁上的焊缝、炉内测试元件等）的磨损； 6、二次风喷嘴的磨损； 7、炉内受热面（屏式过热器、水平过热器管屏、埋管）的磨损； 8、炉顶受热面的磨损（较严重）； 9、旋风分离器的磨损（较严重）； 10、对流烟道受热面（省煤器两端、空气预热器入口）的磨损。尤其循环流化床锅炉水冷壁管的管壁高温腐蚀和管壁磨损最为严重，它的直接危害主要表现在以下两个方面： (1)使管壁减薄，一般每年减薄量约为 1mm 左右，严重的可达 5-6mm 年，形成严重的安全运行隐患，增加了电厂的临时性检修和大修工作量，且检修周期大为缩短，给电厂造成很大的经济损失。 (2)发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰地区电网的正常调度，由此也造成很大的社会影响。? 锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到，只是程度不同而已。热电厂由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。同时，煤燃烧时产生的大量扬析颗粒，在循环流化床锅炉内部燃烧的复杂动态过程中，高温物料在上升烟气流作用下向炉膛上部运动，对水冷壁及炉内布置的其他受热面放热。粗大粒子猛烈撞击水冷壁，对水冷壁工作面产生严重切削，部分粒子在重力及其他外力作用下不断减速偏离主气
过热器高温腐蚀机理分析-赵梦瑾
过热器高温腐蚀机理分析 赵梦瑾 摘要：介绍了锅炉过热器高温硫腐蚀和水蒸汽氧化腐蚀的过程机理，分析导致腐蚀不断进行的主要因素，并提出防治措施，促进锅炉安全经济运行。 1 前言 过热器用于回收烟气中的热量，提高锅炉效率。炉膛出口烟气温度比较高，为1000~1100℃，经过过热器后温度降至700~800℃。过热器在锅炉受压部件中承受的温度最高。高温硫腐蚀和水蒸汽氧化腐蚀是过热器管两种主要腐蚀形式，其中外壁高温硫腐蚀已受到较多关注。近年来由水蒸气氧化腐蚀而引发爆管以及剥落下来的坚硬氧化皮微粒造成的汽轮机固体颗粒侵蚀的事故日益突出，水蒸汽氧化腐蚀问题也越来越引起重视。 2 高温硫腐蚀 2.1 机理 高温积灰所生成的内灰层含有较多的碱金属，这些碱金属与飞灰中的铁铝等成分以及烟气中通过松散外灰层扩散进来的氧化硫进行较长时间的化学作用便生成碱金属的硫酸盐等复合物，复合硫酸盐附着在管壁上，对管子金属进行氧化腐蚀。在腐蚀发生过程中，从机理上讲主要会有如下几种反应发生[1]： （1）在燃烧过程中，FeS2及有机硫化物与氧发生反应； 4FeS2 +11O2→2Fe2O3+8SO2 RS（有机硫化物）+ O2→SO2 2SO2+ O2→2SO3 （2）在高温条件下，煤中钠和钾被氧化成Na2O和K2O； （3）Na2O和K2O与烟气中或沉积在管壁上的SO3发生反应生成碱性硫酸盐； Na2O+ SO3→Na2SO4 K2O+ SO3→K2SO4 （4）碱性硫酸盐、氧化铁与SO3反应形成复合硫酸盐； 3Na2SO4+Fe2O3+ 3SO3→2Na3Fe(SO4)3 3K2SO4+Fe2O3+ 3SO3→2K3Fe(SO4)3 （5）在高温条件下，处于熔融状态的复合硫酸盐与管子金属发生下列反应。 4Na3Fe(SO4)3 +12Fe→3FeS+ 3Fe3O4 +2Fe2O3 +6Na2SO4+ 3SO2 4K3Fe(SO4)3 +12Fe→3FeS+ 3Fe3O4 +2Fe2O3 +6K2SO4+ 3SO2 这些复合硫酸盐在550~750℃范围内以熔化状态贴附在管壁上，并随着烟气的流动而被带走，造成管壁表面粗糙，而后面新生成的硫酸盐就越易在这些粗糙表面优先附着，又会重复上述的腐蚀反应。这是一个恶性循环过程，周而复始，随着腐蚀的进行，管壁就会被逐渐蚕食。当被侵蚀的金