电站锅炉受热面管高温腐蚀机理及措施

1、电站锅炉受热面管高温腐蚀机理及措施摘 要：在电站锅炉检验中常发现受热面管（水冷壁 管、过热器管、再热器管、省煤器管）的高温腐蚀现象。本 文详细的介绍了受热面管内部水、汽腐蚀及外部烟气腐蚀机 理，并提出了在煤粉中加添加剂、对管壁外壁喷涂与内壁喷 丸、控制煤粉细度等缓解、防范高温腐蚀的措施。关键词：电站锅炉；受热面管；高温腐蚀近 10 年来，随着大容量、高参数的 60MW 及 100MW 超超临界火电机组相继投产，电站锅炉事故日趋增多。在锅 炉事故中，受热面管（水冷壁管、过热器管、再热器管、省 煤器管 .又称“四管” ）的爆漏拉裂事故最为常见，约占锅炉 事故的 71.7% 1，2。 我国大型火电站

2、锅炉四管爆漏引起的 停炉占机组非计划停用时间约 40%，占锅炉设备非计划停用 时间约 70%3 。受热面管的爆漏拉裂事故造成机组的非计划 停运，对电厂的安全、可靠、经济运行威胁极大。本文针对锅炉受热面管高温腐蚀本文提出了几种有效 的防治措施，希望减少因高温腐蚀而带来的安全事故和经济 损失。1 炉管内部的水、汽腐蚀 炉管内部的水、汽腐蚀主要为高温水蒸汽氧化腐蚀、氧腐蚀等1.1 高温水蒸汽氧化腐蚀Cr-Ni 系奥氏体耐热不锈钢， 因其具有高热强性和抗氧化 性，被广泛地应用于大型锅炉机组高温过热器和高温再热器 中。它在570 C以下温度使用时，具有良好的综合机械性能 及热强性，但是在使用过程中管内壁

3、在高温水蒸汽的作用下 极易形成氧化膜。形成的氧化膜一般为双层结构的氧化层， 外层由Fe的氧化物（Fe2O3、Fe3O4）组成，内层由尖晶石 结构的（Fe，Cr） 3O4组成。由于基体金属与氧化膜存在物 理特性上的差异，特别是氧化膜的线膨胀系数较奥氏体不锈 钢小，当氧化膜达到一定厚度时，在锅炉启动及停炉过程中 极易发生剥落， 剥落的氧化物堆积在垂直管屏的 U 型弯头底 部，氧化膜剥落堵管或引起超温爆管泄漏事故，也会引发汽 轮机入口部分的固体颗粒侵蚀及损害汽轮机叶片，当氧化物 进入凝结水系统，会成为热力设备易结垢部位的沉积物。1.2 氧腐蚀 对于锅炉元件来说，烟气侧以化学腐蚀为主，汽水侧以 电化学

4、腐蚀为主。在受热面管汽水侧的钢材表面，由于各种 原因形成了电化学不均匀性，当内表面与含氧水接触时，会 组成腐蚀微电池，发生如下反应：Fe Fe2+ + 2eO2 + 2H2O + 4e 4OH-Fe2+ + 20H- Fe (OH) 2钢材表面的部分铁原子移入炉水成为带正电的铁离子， 钢材上保留多余的电子带负电荷。当铁离子不断进入炉水后， 管壁上逐渐出现坑洞。由于反应生成的 Fe( OH) 2 是不稳定 的，会使反应继续进行，最终产物为 Fe(OH) 3和 Fe3O4。4Fe( OH) 2+2H2O+O24Fe ( OH) 3Fe( OH) 2+2Fe( OH) 3Fe3O4+4H2O受热面管

5、水中的溶解氧具有去极化的作用，会使反应过 程加剧。去极化作用与含氧量的多少相关，所以含氧量决定 着腐蚀的强弱。2 锅炉烟气侧高温腐蚀 锅炉受热面管烟气侧的高温腐蚀主要为：硫腐蚀。2.1 硫腐蚀 高温硫腐蚀根据高温环境中硫的存在形式不同，大致可 分为：高温硫化、 混合气氛下的硫化 -氧化导致的高温硫腐蚀。( 1)高温硫化。高温硫化是指硫与金属高温反应而导 致的腐蚀，当环境中的氧分压很低而硫分压很高时，此时的 环境为还原性氛围，金属会与气体硫和有机碱发生高温硫化 反应，金属硫化反应速率比氧化反应快得多，且硫化腐蚀危 害更大。高温硫化的具体反应式：煤粉中的FeS2热解出自由的硫原子：FeS FeS+

6、S当炉膛内管壁周围局部出现还原性气氛时，管壁附近的S02和H2S反应也会生成自由的硫原子：SO2+2H2S2H2O+3S在还原性气氛下，没有过剩的氧原子时，S将直接与Fe反应，从而使管壁产生腐蚀：Fe+S FeS反应不断地进行，管壁就不断发生腐蚀减薄。（2）混合气氛下的硫化 -氧化。在含硫和氧的混合气氛 中，金属常受到硫化、氧化、硫化 -氧化为主的腐蚀。实际工业环境中往往是硫和氧的混合气氛，所以此类腐 蚀具有普遍性，根据氧和硫的含量差异，可分为下面三种情 况：（1）当气氛中的氧分压高于氧化物分解压力时，反应 主要为氧化反应，形成氧化物。（ 2）当气氛中的硫分压高于硫化物分解压力时，反应 主要为

7、硫化反应，形成硫化物。（3）当气氛中的硫、氧分压处于硫化物和氧化物的分 解压时，同时发生硫化和氧化反应，硫化物和氧化物能够平 衡共存。3 防止受热面高温腐蚀的措施3.1 采用外壁喷涂与内壁喷丸技术 对受热面管表面喷涂具有耐高温腐蚀性能的涂层，能够有效减轻高温烟气对管表面的损伤；对于奥氏体不锈钢（含Cr 量 18%以上）管内壁进行喷丸处理，也已确认可明显减缓 高温水蒸气氧化速率。李辛庚等人的研究证明喷丸在中低合 金钢方面具有一定效果。傅敏等人将外壁喷涂与内壁喷丸的 技术结合起来，采用直接在锅炉高温受热面上实际运行的试 验方法，验证了该技术能够显著提高受热面管内外壁抗高温 腐蚀性能。3.2 定期进

8、行“四管”精细化检查 建立健全锅炉防磨防爆制度，根据国家和行业内一系列 标准、规范、制度和管理办法， 认真落实到设备管理的实处 在每次机组大小修时，由专业人员认真开展“四管”的深度 精细化检查，使爆漏故障切实的得到减少。4 结语 电站锅炉的受热面管高温腐蚀主要为炉管内部的高温 水蒸汽氧化腐蚀氧腐蚀以及烟气侧的氯腐蚀和硫腐蚀。且腐 蚀的过程也是多种类型腐蚀的共同作用。针对腐蚀机理，本 文提出了采用外壁喷涂与内壁喷丸及定期进行“四管”精细 化检查的措施。各火电厂必须根据受热面管高温腐蚀的原因，采取有针 对性的防范措施，使预防工作规范化、制度化，最终使受热 面管爆漏的预防工作取得满意的成效。参考文献：1 赵旺初 .锅炉技术 J.1996，（06）：14.2 吴含蕴，卢尔康 .中国电力 J.1995（05）：26.3刘鸿国，洪道文， 李耀君等 .锅炉受热面风险维修技术 的应用 J. 浙江电力， 2