平圩电厂600MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及防治

马强（安徽淮南平圩发电有限责任公司， 安徽 淮南 232089）

平圩电厂600MW超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及防治

马强（安徽淮南平圩发电有限责任公司， 安徽 淮南 232089）

安徽淮南平圩电厂两台600MW超临界锅炉由哈锅制造，2007年发电，机组运行6年后，出现了严重的水冷壁腐蚀减薄，本文分析了高温腐蚀发生的原因及防治措施。

锅炉水冷壁；高温腐蚀；预防

平圩第二发电有限责任公司的2台600MW——HG-1970/25.4-YM7型锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π型布置。锅炉岛为露天布置，设计煤是新集煤，校核煤是平顶山，30只低NOX轴向旋流燃烧器（LNASB）采用前后墙布置、对冲燃烧。

1 高温腐蚀发现及特征

2014年5月平电U304A大修中发现#3炉扩、固定端水冷壁大面积高温腐蚀性减薄（固定端侧螺旋管水冷壁上方鳍片位置，高度：20米（E层燃烧器高度）至42米（C层墙式吹灰器上方2米）；扩建端侧螺旋管水冷壁上方鳍片位置，高度：20米（E层燃烧器高度）至42米（C层墙式吹灰器上方2米），宽度：墙式吹灰器之间）。面积总计达100平方米。原图纸设计厚度6.5mm，实际安装7.5mm，现测厚最低5.7mm，割管后用游标卡尺测量最小值4.7mm。

金相检验发现，抛光态下的管壁形态，外壁存在明显的减薄台阶，最薄处仅 4.87mm。

2 原因分析及防治处理

2.1 原因分析

金相检验表明该水冷壁管金相组织无异常，水冷壁出现大面积明显减薄因高温腐蚀所致。高温腐蚀是指处于高温烟气环境中的炉内水冷壁管在具有高的管壁温度时所发生的腐蚀现象。

从形貌和特种来看，该腐蚀主要为硫化物型高温腐蚀。硫化物型腐蚀主要有三个因素，还原性气氛、煤粉中硫分（FeS2黄铁矿等杂质）和管壁温度。

煤粉随前后墙燃烧器喷出，在炉膛中心相遇后流向左右侧墙，碰到水冷壁后，流速接近0，由于水冷壁鳍片管的特征，部分煤粉便留在了水冷壁管子上。由于燃烧器附水冷壁管表面存在CO和H2S等还原性气体，使得停留在水冷壁管表面的煤粉（其中的黄铁矿）发生如下反应：

FeS2→FeS+［S］

管子附近还原气氛中，当H2S和SO2达到应浓度时，发生：

2H2S+SO2→2H2O+3［S］

在还原性气氛下，当管壁温度达到350℃时，发生硫化反应：

Fe+S→FeS

FeO+H2S→FeS+H2O

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

硫化型腐蚀产物FeS熔点为1195℃，在腐蚀内层温度较低，以稳定形式存在，但在外层温度较高时，又进一步与氧气作用，生产Fe3O4和SO2，使腐蚀不断进行。

2.2 防治处理

（1）防护措施。根据水冷壁高温腐蚀产生的原因， 防止高温腐蚀的主要措施分为非表面防护措施和表面防护措施。非表面防护措施主要是优化锅炉燃烧方式及合理控制入炉煤的硫含量，与高温腐蚀对应的燃煤特性是煤种与燃煤的含硫量，在低NOx燃烧技术应用之前，高温腐蚀主要发生在贫煤、无烟煤等低挥发分燃煤锅炉上，而且与燃煤的含硫量有关，烟煤等高挥发分煤锅炉几乎不发生高温腐蚀现象。表面防护措施则主要是在水冷壁表面喷涂耐腐蚀的隔离层。基本原理是降低还原性气氛。

运行调整手段： ①原理上应增加运行氧量，但实际改善壁面气氛的作用甚微； ②燃烧器调整：旋流燃烧器能改善壁面气氛； ③改善配风方式：避免出现局部高温或严重的还原性气氛。

（2）处理防治。①核实该水冷壁管设计最小需要壁厚，如腐蚀区域实测最小壁厚小于设计最小需要壁厚，建议换管。如实测最小壁厚大于设计最小需要壁厚，建议喷涂，增加管子抗腐蚀性，超音速电弧喷涂技术对基体进行喷涂，喷涂材料为专用耐磨材料KM99，喷涂厚度0.4mm。②改善煤粉质量：一是提高煤粉细度，煤粉较粗，燃尽困难，容易形成还原性气氛。二是减少硫杂质含量，尽量采用含硫量低的煤种。③低NOx燃烧技术的适度应用：低NOx燃烧技术和高温腐蚀始终共存，目前尚无从原理上完全化解这一矛盾的有效方法（经济性的影响可通过降低煤粉细度、增加炉膛容积等方法在一定程度上弥补），但可以平衡这对矛盾（即适度控制初期燃烧的缺氧程度），以缓解、控制高温腐蚀速度。④设置切壁风：理论上可改善壁面气氛，但实际上，切壁风被主气流带走，无法扩散到壁面，起不到改善壁面气氛的作用。