燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题分析与对策

燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题分析与对策

李海明

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司  陕西榆林  719000

摘 要：近年来，随着社会经济水平的发展，人们的环保意识越来越强，因此对燃煤电站锅炉的排放有了更高的要求。他们开始利用各种先进技术对燃煤电站锅炉进行技术改造，以达到排放目标。此外，还需要对锅炉燃烧方向进行微调，有利于实现燃料分级和配风分级燃烧，从而减少二氧化碳的产生。这样的微调导致大量的硫化氢和一氧化碳车聚集在水冷壁面上，造成还原和腐蚀气氛，导致燃煤电站锅炉水冷壁面出现问题。因此，有必要分析燃煤电厂锅炉水冷壁高温腐蚀的对策。

关键词：高温腐蚀；水冷壁；高温腐蚀；问题；对策

前 言

本文以燃煤电站锅炉水冷壁高温防腐为具体研究对象。从腐蚀机理和燃烧特性出发，分析了燃煤电站锅炉水冷壁的高温腐蚀，探讨了腐蚀区域的还原性和硫化物型溶盐的分布规律。不难发现，腐蚀部位集中在燃烧器周围区域和冷灰斗区域的下层。根据大量调查数据显示，在氧浓度极低的情况下，燃煤电厂锅炉水冷壁区硫化氢、一氧化碳等物质浓度严重超标，导致水冷壁表面严重腐蚀。腐蚀面积与初步建立的理论数值模型一致。结合多年的工作经验，对燃煤电厂锅炉水冷壁表面高温腐蚀进行了分析，并提出了相应的对策。

1 燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀机理

锅炉水冷壁是锅炉炉内最重要的部件，它吸收炉内的高温，是炉内能量转换的关键部件之一。为了最大限度地利用利润空间，锅炉水冷壁管一般采用低合金钢，可以在一定程度上提高锅炉的使用寿命。但是随着锅炉使用时间的延长，锅炉水冷壁表面会有一定的污垢，并且存在大量的腐蚀性物质和气体，进而形成各种腐蚀，腐蚀问题越来越严重。

燃煤锅炉的燃料，有些煤中的一些含硫物质是通过空气输送到燃烧室的，在水冷壁的壁区燃烧，它实际存在不同的含硫物质，但这经过氧化分解，一系列的步骤，可以使水冷壁区域的氧气浓度不断增加，并且降低因此就有了还原性气体;如果还原性气体的含量变大，硫化氢、一氧化碳的浓度也越来越高，在此基础上，硫物质与铁之间的相互反应就会变成硫化铁，导致燃煤锅炉水冷壁表面发生腐蚀反应，由于硫化铁不稳定，在持续高温环境下容易生成氧化铁，使得燃煤锅炉水冷壁腐蚀越来越严重。具体腐蚀过程如下图所示：

2 燃煤电站锅炉水冷壁壁面腐蚀的数值模拟的有效分析

2.1建立水冷壁壁面数值模型

根据水冷壁的腐蚀位置，主要分布在燃料中含硫物质，近壁区域缺氧非常严重，存在大量的还原性和腐蚀性气体，温度相对较高等因素。当煤粉流入炉膛或煤炉炉膛时，燃烧必须达到一定高度，会使煤粉锅炉和煤粉火焰不断冲刷水冷壁表面，使还原气体和腐蚀性气体快速与水冷壁裸露金属材料，从而使水冷壁高温腐蚀问题更加严重。

通过分析水壁区附近氧、硫化氢、一氧化碳等气体的分布情况，可以判断水壁区腐蚀部位及腐蚀严重程度。根据数值模拟和腐蚀特性分析可知，锅炉水冷壁近壁区域的氧气浓度与进炉风量有非常密切的关系，两者成正比关系，即氧气浓度越高，进炉风量越高。受入炉风量的限制，首先会出现缺氧的现象。壁区和喷嘴附近的含氧量相对较低，有的位置甚至无氧。硫化氢气体多分布在锅炉燃烧区域两侧，浓度较高。使得一氧化碳的分布与硫化氢的分布一致。

2.2具体的实验分析

经过一系列的实验研究数据表明，先将冷水墙的墙烟扫过，经过一系列的措施清洗后，使用专业的冷水墙的墙烟组件进行测试，记录下每一条数据，作为数据分析的基础，根据锅炉的水墙腐蚀数据参数模型，将其放置在锅炉水墙两侧的中心位置，并在3个不同的位置进行采样。

我们发现，面积较大，且部分烟气含量和粉末的颜色呈薄膜状，与煤粉的颜色相比，这意味着在燃煤电厂锅炉中燃料燃烧速率较低，燃烧火焰不断冲刷锅炉在锅炉水冷壁表面，这在一定程度上导致锅炉水冷壁附近的氧气含量较低，水冷壁附近的高温腐蚀现象加剧。锅炉燃烧器附近区域也检测到高浓度的硫化氢和一氧化碳，导致锅炉水冷壁表面附近区域腐蚀严重。另外，我们对锅炉冷水壁表面的腐蚀区域和部分进行了取样和测试，并记录了每个区域的腐蚀程度。经过大量的研究数据对比，我们发现各个区域的试验结果与本文的分析结果是非常一致的，这在一定程度上证明了本文分析的科学性和合理性，也为今后的防腐措施提供了实践证明，奠定了良好的基础。

3 燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题的对策分析

3.1加强燃煤管理的力度

为了解决燃煤电厂锅炉水冷壁表面高温腐蚀问题，工作人员必须加强对燃煤的管理。在条件允许的情况下，在燃烧材料的选择上应尽量采用低硫煤，从而有效避免水冷壁表面的高温腐蚀，力求达到煤的含硫量小于1%。还要对于锅炉系统和锅炉设备的维护力度，对于那些损坏的部件要及时进行更换，才能保证系统设备的有效运行，避免设备出现故障，使锅炉的腐蚀更加严重。

3.2科学组织燃烧

科学组织燃烧，其实就是科学合理地调整锅炉风量和风速。在这个过程中，要控制好锅炉的燃烧速度，做好锅炉风的分配，锅炉风与煤的有效分离，存在着非常高浓度的降低燃气浓度的问题。在燃烧过程中，通过降低风速来维持煤粉在锅炉内燃烧的稳定性。同时还能有效缓解煤粉气流对水冷壁表面的冲刷和腐蚀，但这种方法并不能从根本上解决水冷壁表面的高温腐蚀问题。对于锅炉燃烧器来说，增加第二风量的强度可以加强煤粉气流的混合强度，从而保证锅炉燃烧的稳定性和燃料的着火点。但在这个过程中，值得注意的是，增加第二风量的强度可能会导致煤粉燃烧率降低的问题。

3.3努力控制好煤粉的细度

在煤粉生产过程中，根据煤种的不同，可以选择不同的制粉系统，如果在燃烧时以劣质煤为原料，这在一定程度上增加了制粉系统的压力，使得制粉系统的工作效率很低，很难有效地将煤粉分离，使得一些煤粉没有那么细，在这类煤粉的燃烧过程中加重了锅炉的腐蚀，因为煤粉过厚会导致燃烧效率低，煤粉的燃烧速率相对较低，导致一些未燃烧的煤粉附着在水冷壁附近的区域，这在一定程度上加重了锅炉水冷壁的高温腐蚀问题。因此，工作人员一定要根据不同锅炉的实际情况，制定合理的煤粉细度范围，选择相应的制粉系统。

3.4积极地改造锅炉系统和设备

对于锅炉的高温区域，靠近锅炉水冷壁表面区域的氧气浓度相对较低。当一氧化碳和硫化氢含量高时，锅炉会发生腐蚀问题。因此，相关工作人员一定要积极改造锅炉系统和设备，引进先进的锅炉设备和系统，提高锅炉中氧气的含量，从而限制一氧化碳和硫化氢气体的产生，进而缓解锅炉水冷壁表面高温腐蚀问题。经过以上分析，锅炉设备的改造可以从以下几个方面进行:

首先，工作人员可以将顶部燃尽喷嘴由最初的4个修改为5个，以增加煤粉的穿透和覆盖能力。其次，在锅炉燃烧器两侧，特别是靠近水冷壁区域的位置，设置适当的水平，以增加对空气的补充，引入新风，通过多种方式增加新风与锅炉内部空间之间的对流速度，使煤粉在锅炉内得到充分的燃烧，这在一定程度上增加了锅炉水冷壁周围表面积的氧气浓度，哪一种可以降低锅炉水冷壁的腐蚀程度，还应根据锅炉的实际情况，选择合适的喷嘴，并采用大面积的风幕，以保证风幕对锅炉水冷壁进行覆盖，降低气体浓度以减少水冷壁表面。

结 语：

综上所述，锅炉内部腐蚀影响锅炉的使用效率和使用寿命，一些被腐蚀的锅炉在使用过程中可能会发生爆炸，对操作人员的生命财产安全产生负面影响。因此，工作人员必须更加注意这个问题。笔者结合自己的工作经验，对燃煤电厂锅炉腐蚀问题进行了有效的分析，并提出了相应的解决方案。燃煤电厂锅炉水冷壁表面积容易产生高温腐蚀问题，我们发现很多锅炉燃料含硫物质较多，且面积含氧量不高，一氧化碳和硫化氢浓度较高，还原气氛较好，而这一区域的温度较高会造成锅炉水冷壁壁高温腐蚀问题。然后，针对燃煤电厂锅炉水冷壁高温腐蚀问题提出对策，加强对煤强度的管理，提高锅炉设备的可靠性，燃烧组织科学，装风风量和风速合理分配，尽量控制煤粉细度，以燃率为主，积极对锅炉设备进行改造，达到锅炉水冷壁耐高温腐蚀的目的。

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