某公司机组水冷壁烟气腐蚀原因分析与建议(doc 22页).doc

批准批准 审核审核 编写编写 章 项目名称 鹤壁丰鹤发电有限公司 1 机组水冷壁烟气腐蚀 原因分析和处理建议 工作时间 2009 年 10 月 28 日 11 月 2 日 项目负责 王卫军 河南电力试验研究院 李长鸣 何俊峰 鹤壁丰鹤发电有限公司 孙厚礼 摘摘 要要 2009 年 10 月 1 机组投运后首次大修检查中 电厂首次发现水冷壁严重 腐蚀减薄 电厂领导和化学等相关专业高度重视 立即联系通报情况 并于 10 月 28 日第一时间送样委托检查分析 河南电力试验研究院受托采用目视 体视 镜检查 电镜 能谱以及 X 射线衍射分析等方法 对送检管样腐蚀防护状态进 行检查分析 提出了相应结论和建议 工作中 电厂领导高度重视 有关专业 大力协作支持 在此谨致谢意 分析确认或认为 1 水冷壁受热面受到的是严重的高温还原性硫腐蚀 腐蚀产物为 FeS 反应物的最初来源是煤中的硫化物 2 实际燃烧气氛主要呈 还原性 是形成腐蚀的主要气氛条件 3 严重高温腐蚀与腐蚀层的高密度深入 龟裂 分层结构和层状裂纹特点和层状剥落特性密切相关 为此建议 1 将两台机组的燃烧均改为合适的连续氧化性气氛 当整体 氧化性燃烧与低氮燃烧控制冲突时 可采取对腐蚀部位在附壁区形成局部富氧 气氛的气氛控制改进设计 或进行表面喷涂防护 同时做好运行燃烧气氛监控 2 注意煤质 含硫量 钡 钙含量 和烟气 氯化物 氟化物 分析监控 必 要时掺烧活性钙化合物 3 对两台机组均加强相应控制防止水冷壁管超温 1 防止偏烧 2 优化给水处理 降低水侧沉积率 防止水冷壁管超温 5 金属和锅炉专业评估 1 机组水冷壁管强度 寿命和换管的必要性 继续加 强检修中的化学 金属 锅炉检查监督 追踪检查分析 目目 录录 1 引言引言 1 2 样品简况和目视观察样品简况和目视观察 1 3 管样断面检查管样断面检查 1 4 送检各样品的体视镜检查送检各样品的体视镜检查 3 5 送检各样品的电镜 能谱检查送检各样品的电镜 能谱检查 4 6 典型样品的典型样品的 X 射线衍射分析射线衍射分析 12 7 综合分析综合分析 12 8 结论和建议结论和建议 14 1 引言引言 鹤壁丰鹤发电有限公司 1 机组系 600WM 超临界直流炉机组 2007 年 9 月 28 正式投运 至此次大修前 累计运行 14760h 合 20 2 月 2009 年 10 月 机 组投运后首次大修 在检查中 电厂首次发现 水冷壁 材质 T2 严重腐蚀减 薄 电厂领导和化学等相关专业高度重视 立即联系我院通报情况 并于 10 月 28 日第一时间送样 委托全面检查分析 河南电力试验研究院收到样品后 以最快速度完成检查分析 2 样品简况和目视观察样品简况和目视观察 送检腐蚀水冷壁管样取自 B 层 高度位于 B 层燃烧器上 1m 管样分别取 自 A 墙 距前墙 5m 和 B 墙 距前墙 3m 管样外状全貌见图 1 图 1 管样全貌 同时还送有水冷壁向火侧正面的片状脱落物 照片见图 2 以及鳍片相应 部位的层状脱落物样品 照片见图 3 图 4 分别是墙和 B 墙水冷壁管样的典型局部照片 目视观察可见 1 向火侧表面有厚度为 mm 量级的腐蚀产物 颜色大部棕黄或棕褐 腐 蚀产物层不规则开裂 至管壁外表面 同时与管壁外表面明显分层 层间结合 力很差 取样时施力后极易片状剥落 电厂收集的片状剥落物典型照片见图 3 2 腐蚀产物剥落后露出的新管壁外表面较为致密 完整 但有 cm2量级 较表浅 0 1 1mm 的起伏 主要呈常见不同价态铁氧化物的褐色或黑褐色 黑灰色 准确组成有待进一步分析 3 片状剥落物外壁有不规则疏松突起 系高温粘结和炉膛燃煤飞灰 4 片状剥落物内层 靠水冷壁管表面 外状与腐蚀产物剥落后的管壁外 表面很接近 同样较为致密 主要呈铁氧化物的褐色或黑褐色 黑灰色 准确 组成待后续分析 3 管样断面检查管样断面检查 送检管样取样加工成试样 观察和测定横断面壁厚 试样横断面照片见图 5 壁厚测定结果见表 1 其中测点 1 和测点 2 取自背火侧正中 测点 3 和测点 4 取自向火侧正中 处理测定数据后可见 向火侧正中壁厚平均减薄 2 2mm 占原始壁厚的 29 减薄速度为 1 3mm a 系相当快的速度 图 2 水冷壁向火侧正面片状脱落物 图 3 靠鳍片部位片状脱落物 图 4 A 侧 上 和 B 下 侧水冷壁的典型局部照片 图 5 水冷壁管横断面壁厚检查 左 A 侧 右 B 侧 表 1 水冷壁管样壁厚和减薄速度测定结果 壁厚 mm 背火侧正中向火侧正中 取样 部位 测点 1测点 2测点 3测点 4 平均减薄 减薄速度 mm a A 侧7 557 505 285 36 B 侧7 457 485 185 26 2 21 3 注 注 运行时间按 20 2 个月计 4 送检各样品的体视镜检查送检各样品的体视镜检查 准备送检 电镜 能谱 X 射线衍射 的管样取自 A 侧和 B 侧水冷壁 并 按要求进行了加工 其体视镜照片见图 6 记为 1 样品 观察可见表面大致平 整 呈黑褐色色和灰褐色 A 墙B 墙 图 6 水冷壁原始表面体视镜观察照片 视野直径 14mm 观察片状腐蚀产物 可见其层状 多层 结构和层状裂纹 鳍片部位因剥 落相比水冷壁向火侧正面困难 层状尤其明显 照片见图 7 为进一步电镜 能谱 X 射线衍射检查 取典型部位加工得到基本平整的断面样品 其照片见 图 8 记为 2 样品 图 7 片状腐蚀产物断面观察照片 视野直径 12mm 图 8 片状腐蚀产物断面观察照片 视野直径 12mm 电除尘阳极附着物送检样品照片见图 8 记为 3 样品 是由极细的土黄色 粉末聚成 为保持原结构 未作研磨 图 8 电除尘阳极附着物观察照片 5 送检各样品的电镜 能谱检查送检各样品的电镜 能谱检查 5 1 水冷壁管样典型部位电镜 能谱检查水冷壁管样典型部位电镜 能谱检查 图 9 是送检 1 样品典型部位电镜照片 可见表面分两种类型 1 第一类 导电良好 整体较为致密 遍布龟裂 2 第二类系导电较差的颗粒物堆积 图 9 水冷壁管样典型部位电镜照片 图 9 是龟裂部位的放大后的电镜照片和能谱分析取谱点 能谱分析结果见 表 1 由能谱结果可见表面的主要特点 图 9 龟裂部位电镜照片 1 龟裂部位元素为材质组成 Fe Cr 和氧化 腐蚀成分 O S 故可确定 是基底材质的腐蚀产物 2 Cr Fe 比例高于材质组成 3 腐蚀产物物相暂时无法确定 但显然不足以全部形成 FeS 或硫酸盐 一 定会有相当比例的氧化物共存 4 应予特别注意的是向下深入的龟裂纹和其密度 是形成层状腐蚀产物继 而片状脱落的结构原因 也是腐蚀产物强度差受力易于沿片状脱落物厚度方向 断裂的结构原因 图 10 是裂纹进一步放大后的电镜照片 表 2 龟裂部位能谱分析结果 wt SpectrumOSCrFeTotal Spectrum 123 883 182 5570 39100 00 Spectrum 231 482 702 0363 80100 00 Spectrum 36 621 871 8489 68100 00 Spectrum 425 413 001 6569 95100 00 Mean21 852 692 0173 45100 00 图 10 裂纹部位和白色沉积物放大后的电镜照片 表 3 是对图 10 中白色沉积物的能谱分析数据 可确定 1 主要是管壁的氧化腐蚀产物 2 氧化程度更为充分彻底 导电性明显变差 3 有外来烟尘组成物污染 表 3 白色沉积物的能谱分析结果 wt SpectrumCOSCaCrFeTotal Spectrum 146 082 840 8750 21100 00 Spectrum 26 7146 282 620 5143 88100 00 图 11 是导电较差的堆积颗粒物部位的电镜照片和能谱取样点 表 4 是其能 谱分析数据 由数据可见 1 管壁腐蚀产物占相当比例 2 很可能部分为硫化物 3 外来烟尘组成污染更加明显 图 11 导电较差的堆积颗粒物电镜照片和能谱分析取谱点 表 4 堆积颗粒物能谱分析结果 wt SpectrumCOAlSiSFeZnPbTotal Spectrum 17 7924 343 864 6217 4635 346 59100 00 Spectrum 213 1524 1149 464 858 44100 00 Spectrum 324 5721 2145 828 40100 00 5 2 片状剥落物典型部位电镜 能谱检查片状剥落物典型部位电镜 能谱检查 图 12 是片状剥落物的断面电镜照片和能谱取样点 图中剥落物顶部是腐蚀 产物接触烟气的外层 底部是接触管壁的内层 表 5 是断面由外向内的能谱分 析线扫描数据 分析能谱数据可以确定 1 腐蚀产物层是主要是材质金属的硫化物 主要是 FeS 是典型的材 质高温还原性硫腐蚀产物 2 整体平均看 腐蚀产物层中 Cr Fe 比值低于材质标准 3 外部疏松部位是接触到运行烟气的表面 或原始表面裂纹 不是片 状腐蚀层测试前加工中的新鲜断裂面 4 最底部组成中还有部分未受腐蚀的单质材质金属 5 腐蚀产物明显分层且有层状裂纹 表 5 片状剥落物的断面能谱分析结果 wt 图 12 片状剥落物的断面电镜照片和能谱取样点 在图 13 中 对片状剥落物断面左侧的疏松部分进行了电镜观察和能谱分析 数据见表 6 局部放大照片见图 14 能谱分析数据和局部放大照片可以确认 1 左侧的疏松部分的金属球状物是割管取样时形成的熔融焊渣 2 由左侧的疏松部分元素组成 可见有明显的烟气粉尘污染物 3 可以确定 左侧的疏松部分是腐蚀产物表面特有的龟裂纹向材质基底方 向延伸的自然原始裂纹表面 表 6 片状剥落物的断面能谱分析结果 wt 图 13 片状剥落物的断面电镜照片和能谱取样点 图 14 片状剥落物的断面的局部放大电镜照片 在电镜照片图 15 中 可以观察到 1 样品左侧随鳍片的弯曲 层状裂纹相应弯曲 2 图 13 分析证实的龟裂纹向材质基底延伸 直至达到靠近和平行于基底 的层状裂纹 使烟气组成可以深入渗透其中并反应 图 15 片状剥落物断面左端电镜照片 在电镜图 16 中 同样可以在样品右端观察到龟裂纹向材质基底延伸 直至 达到接近和平行于基底的层状裂纹的情况 图 16 片状剥落物断面右端电镜照片 在电镜照片图 17 中 经放大后 片状腐蚀产物的层状结构和裂纹更加清清 晰 图 17 片状腐蚀产物的层状结构和裂纹 5 3 电除尘阳极粉尘的电镜 能谱检查电除尘阳极粉尘的电镜 能谱检查 图 18 是电除尘阳极粉尘的电镜照片 可见大多为高温熔融的球状微粒 图 18 是局部放大的电镜照片 表 7 是其组成的能谱分析数据 可见主要是硅铝 酸盐 比较其组成 可见与水冷壁表面的粉尘污染物组成有相当的区别 特别 应予注意的一点是相对于水冷壁表面的粉尘污染物组成的硫元素含量和可能存 在的 电除尘阳极粉尘中硫化物含量数量级减少 图 18 电除尘阳极粉尘的球状微粒结构 表 7 电除尘阳极粉尘能谱分析结果 wt SpectrumOAlSiSKCaTiFeTotal Spectrum 155 1515 4520 900 912 231 184 19100 00 Spectrum 251 5616 3421 451 481 242 715 23100 00 Spectrum 355 0214 8421 211 230 823 473 42100 00 Min 51 5614 8420 900 000 822 230 003 42 6 典型样品的典型样品的 X 射线衍射分析射线衍射分析 片状剥落物的 X 射线衍射谱见图 19 分析可见 主要物相为 FeS 占绝对 优势 X 射线衍射结果进一步确认 能谱分析的结论是正确的 腐蚀产物层主 要是材质金属的硫化物 主要是 FeS 是典型的材质高温还原性硫腐蚀产物 图 19 水冷壁表面的 X 射线衍射谱 7 综合分析综合分析 综合分析以上检查结果和电厂较高的入炉煤含硫量 可以确认 1 水冷壁受热面受到的是严重的高温还原性硫腐蚀 腐蚀产物为 FeS 2 锅炉燃烧的实际气氛主要呈还原性 是形成腐蚀的主要气氛条件 此次检查所见 1 机组水冷壁严重高温还原性硫腐蚀 与腐蚀层的结构特点 和剥落特性密切相关 其机理可分析如下 1 FeS 腐蚀层自最初形成 表面即遍布高密度的龟裂纹 2 龟裂纹随腐蚀进行深入发展 且形成分层结构和层状裂纹 3 上述腐蚀层毫无隔离性防护能力 反而可能具有良好的半导体特点 在 烟气气氛转为氧化性时 成为电化学腐蚀反应的阳极 产生的亚铁离子 与 H2S 反应 一方面形成腐蚀产物 FeS 另一方面离解出来 H 为阳 极的活化进一步提供了条件 4 分层结构和层状裂纹的存在 使腐蚀产物 FeS 极易片状剥落暴露出的新 鲜表面在腐蚀性烟气条件下 又快速开始新一轮腐蚀过程 是快速腐蚀 的又一原因 上述还原性高温硫腐蚀中 作为局部高含量反应物的含硫化合物的来源 以及转化 腐蚀机理 按照国际最新研究结论 结合本报告数据和分析 可作 如下讨论 1 煤中的硫化铁 主要形式为 FeS2 是烟气中腐蚀性含硫化合物的主要 根本来源 同时也不排除 ZnS 和 PbS 2 还原性燃烧气氛下 FeS2分解形成 FeS 沉积于水冷壁表面 形成无腐 蚀性的富集 3 当燃烧气氛转为氧化性时 FeS 转化为 H2S 等多种腐蚀性含硫化合 物 在水冷壁表面形成高浓度 高达 0 6 3 0 的腐蚀性气体反应物 4 这些高浓度腐蚀性含硫化合物气体与水冷壁表面的高温材质发生快速反 应 形成快速腐蚀 实际速度 1 3mm a 与最新国际研究所述 0 75 3 5mm a 一致 5 除直接化学反应外 借助 FeS 层的半导体性能和密集分布的深入龟裂纹 可能存在的氧气与 H2S 结合 更可能发生电化学腐蚀 加快腐蚀速度 加强龟 裂纹底部活化和深入 6 氧化性气氛持续至水冷壁表面 FeS 沉积耗尽时 可能直接进入龟裂纹内 和腐蚀产物层状结构中 以其氧化性反应和氧化性反应产物的体积膨胀作用 加剧层状结构或进一步形成层状裂纹 为腐蚀产物的层状剥落 水冷壁无保护 性新表面的形成提供条件 7 还必须明确 水冷壁温度的异常升高 包括内壁结垢对传热的影响 对 这些腐蚀相关反应均有明显的加速作用 是加剧高温腐蚀的重要因素 本检查测定了 1 机水冷壁垢量 两侧水冷壁向火侧平均沉积率为 86g m2 a 达到三级水平 比 2 机组的 71 g m2 a 还高 20 其中垢 量最高部位已达 200 g m2 按酸洗导则要求 再运行一年即应酸洗 这是还原 性处理的常见沉积率水平 测定结果证明 尽快开展给水弱氧化性处理 安全 有效降低水冷壁沉积率 非常必要 针对上述各腐蚀机理 从化学方面考虑控制 可分析如下 1 加强煤质特别是含硫量监控 除含硫量外 还应注意强腐蚀性成分氯化 物和氟化物含量的监控 2 燃烧改为合适的氧化性气氛并保持连续稳定控制 同时控制煤粉细度 保证相应的硫化物充分氧化燃烧 根本消除低价硫