超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及对策_图文

1、发电技术论 坛超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及对策钟万里,吴奭登,曾凡云广东电力科学研究院,广东广州 510600摘 要 某超临界直流锅炉运行4个月后小修时发现,燃烧器附近区域水冷壁左右侧墙中部水冷壁管的向火侧外壁存在高温腐蚀现象。分析认为,产生高温腐蚀的主要原因为燃煤含硫量较高、管壁温度高及双调风旋流燃烧器前后墙对冲布置等。为此,提出了合理配风、对冲刷区域喷涂、控制煤粉细度、避免受热面局部过热等措施。关 键 词 超临界机组;直流锅炉;对冲燃烧;水冷壁;高温腐蚀中图分类号 T K224.9+4文献标识码 B文章编号 100223364(20091220106203CAUSE ANALYSIS O

2、F HIGH TEMPERATURE CORROSION ONWATER WALL OF SUPERCRITICAL ONCE 2THROUGH BOILERSAND COUNTERMEASURES THEREOFZHONG Wan 2li,WU Shi 2deng,ZENG Fan 2yunGuangdong Electric Power Scien ce Resear ch In stitute,Guangzhou 510600,Gu angdong Province,PRCAbstract:T he high temperature corr osion phenominon had d

3、iscovered in temporary repair after four months in operation of one supercritical once 2through boiler,the said corrosion occurred on the fire 2side of water 2wall tubes,which situated on the centre of left and right side walls near the r egion of bur ners.It is believed from analysis that the main

4、causes leading to high temperature corrosion are:high sulpher content in the fuel coal,high temperature on the wall of tubes,and opposed ar rangement of double air 2tuned cyclone bur ners on the front and rear walls,etc.For these,some countermeasures,such as reasonable air distribution,coating spr a

5、yed onto the er osion region,controlling the fineness of pulverised coal,avoiding localized overtemperature on the heating surface etc.,have been put forward.Key wor ds:supercritical unit;once 2through boiler;opposed burning;water wall;high temper ature cor 2rosion作者简介: 钟万里(19682,男,湖南茶陵人,硕士,高级工程师,主要

6、从事电站金属技术监督和安全评定。1 锅炉水冷壁高温腐蚀情况及腐蚀产物分析某电厂2号600MW 机组DG1900/25.42II2型本生超临界直流锅炉采用单炉膛、倒U 型布置、平衡通风、一次中间再热、前后墙对冲燃烧,其炉膛及燃烧106发电技术论 坛器布置如图1所示。炉膛水冷壁分上下两部分,下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏,螺旋水冷壁管采用内螺纹管;上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏。螺旋水冷壁管规格为d 38.1mm 7.5mm,材质为SA 2213T 2 。图1 燃烧器布置示意2号炉自2008年2月投产以来,一直运行稳定。2008年6月小修发现,燃烧器高度区域水冷壁左右侧墙中部水冷壁

7、管(上层燃烧器上方2m 至下层燃烧器下方2m的向火侧外壁存在高温腐蚀现象,氧化层厚0.10.5mm(图2,炉膛内其它部位情况正常。对高温腐蚀的管子进行了硬度测试,其布氏硬度值为150180H B,属正常范围。管子设计壁厚为7.5mm,剩余厚度6.97.3mm,若按上述腐蚀速率发展,短时间 内即可能发生大面积水冷壁爆管事故。图2 水冷壁高温腐蚀情况为此,对腐蚀产物的成分进行分析。试验时先将氧化膜碾成粉末,用树脂粘到玻璃片上,然后置于Philips X ,pert MPD Pro 型X 射线衍射仪(XRD内,对氧化膜粉末进行衍射扫描,采用Cu 2Ka 靶,波长K =1.5405610-10m,扫描

8、速度2b /min,扫描角度20b 90b ,电压2500kV ,电流40mA 。氧化膜的X 射线衍射测试及标定结果见图3 。图3 腐蚀产物X 射线衍射测试及标定结果X 射线衍射分析结果表明,水冷壁管表面氧化皮主要由Fe 2O 3和Fe 3O 4构成。2 腐蚀机理高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程,虽然目前还不能解释得十分确切,但一般认为主要与下列因素有关:(1炉膛火焰温度;(2燃煤的含硫量;(3烟气与灰颗粒的冲蚀。锅炉运行过程中,炉温可达1600e 以上,由于燃煤中硫及其它有害杂质的存在,水冷壁普遍遭受高温腐蚀,参与高温腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO 2、SO 3、H 2S 、H Cl 、

9、碱金属盐及钒盐类,它们在各种温度下可共同对管壁进行复杂的动态腐蚀。其中,硫化物是锅炉高温腐蚀的主要因素,德国e.on 公司专家认为,对于含硫量大于2.5%的高硫煤,在低氧(O 2浓度在0.5%左右气氛中易发生水冷壁高温腐蚀。前苏联动力技术局认为火焰直接接近水冷壁,且在局部高热负荷下易发生高温腐蚀。总之,发生高温腐蚀最重要的内因条件是燃料中含硫量较高,主要的外部条件是高烟温引起水冷壁的高管壁温度和煤粉火焰贴墙,以及壁面处于还原性气氛中等。造成高温腐蚀的机理是锅炉运行时水冷壁首先发生氧化,表面生成Fe 2O 3,过程如下:2Fe +O 2=2FeO(14FeO +O 2=2Fe 2O 3(24Fe

10、 +3O 2=2Fe 2O 3(3如果氧化膜结构致密且牢固地附在管子上,可防止氧化剂与金属发生反应,降低氧化速率,反之则氧化速度加快。当燃煤的含硫量高时,则易发生腐蚀,其腐蚀过程如下(式中S指单质硫:FeS 2=FeS +S(42H 2S+SO 2=2H 2O +3S(5Fe +S=FeS(6107发电技术论 坛FeO +H 2S =FeS +H 2O (73FeS+5O 2=Fe 3O 4+3SO 2(8 腐蚀所生成的FeS 熔点为1195e ,在温度较低的腐蚀前沿可稳定存在,但当外层温度较高时,FeS 则与介质中的O 2反应,转换为Fe 3O 4,从而使腐蚀进一步扩展。3 高温腐蚀原因分析

11、(1燃煤含硫量较高 由于煤源紧张,某电厂2号炉设计煤质与燃用煤质差异较大,且燃煤成分变化大,煤中硫分含量较高,最高时达1.5%左右,容易在水冷壁上形成还原性气氛。(2管壁温度高 中间水冷壁属两侧墙受热,热负荷较高,当管外壁有黏附物时,管壁温度更高。当管壁温度大于300e 时,钢管表面腐蚀的速度明显加快(图4 。图4 管壁温度与腐蚀量的关系(3燃烧器布置 燃烧器对冲布置的锅炉高温腐蚀通常发生在炉内两侧墙水冷壁上,这主要是当一次风速较大时,造成前后墙的一次风碰撞后煤粉气流冲向两侧水冷壁,从而导致煤粉在水冷壁附近燃烧,产生较高的温度和煤粉冲刷水冷壁现象,使得水冷壁易受腐蚀和磨损。4 防止高温腐蚀的措

12、施针对某电厂2号炉水冷壁高温腐蚀产生的原因,提出如下防范措施:(1尽可能燃用设计煤种,煤质变化时应通过试验来确定燃烧器合理配风。(2采用喷涂技术,对两侧墙燃烧器冲刷区域进行金属喷涂,以利于提高抗高温腐蚀性能。(3尽可能使各燃烧层间的煤粉浓度均匀,且应控制煤粉细度在适当范围。(4合理配风及强化炉内的湍流混合,组织合理的燃烧空气动力工况。(5避免出现受热面壁温局部过热。(6在壁面附近喷空气保护膜。(7控制合理的炉膛出口烟温。参 考 文 献1 高全,张军营,等.燃煤电站锅炉高温腐蚀特征的研究J.热能动力工程,2007,22(3:2922296.2 岑可法.锅炉热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算M.北京:科学出版社,1995.3 丘纪华,李敏,孙学信,等.对冲燃烧布置锅炉水冷壁高温腐蚀问题的研究J.华中理工大学学报,1999,27(1.(下接第111页(3耐火材料施工时,靠近腹板的一层选择硅酸铝纤维棉,保温效果好,使用中抗冲击性强,但修补时不宜采用这种材料。因为在修补过程中,新料与旧料的结合面无论如何处理总有裂纹存在,对此使用磷酸盐结合剂可以降低结合面发生脱落的可能性。此外,还可