火电厂锅炉再热器高温腐蚀研究

田志凯

摘 要：本文列举了火电厂再热器发生高温腐蚀的情况，对高温腐蚀发生的原因进行分析，并對应对措施进行介绍，具有重要意义。

关键词：火电厂锅炉；再热器；高温腐蚀

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.181

资料显示，火电厂锅炉中最容易发生爆漏事故的部件是再热器。通过受热面工作温度计算和评价锅炉超温服役状态的剩余寿命是近些年来发展起来的技术，有力的支持了现场检修和生产。在检修过程中，测量冷态管子内壁氧化皮的当前厚度和剩余厚度，可以用于得到管排温度场在运行中的分布数据。氧化皮厚度与温度之间存在经验关系，可用于管子工作温度的计算和平均壁厚消耗速度的计算。但是测氧化皮的生长规律在评价体系中并不是十分清楚，而且传热还会因为氧化皮的存在而变化。

1 再热器发生高温腐蚀的情况

1.1 再热器内壁发生高温腐蚀

再热器内壁腐蚀是火电厂锅炉比较常见的腐蚀情况，主要是再热器管内层和外层之间出现腐蚀孔洞。这种情况发生时，内层与外层之间会有一定的间隔出现，而且间断也会在内氧化层与基层之间出现，内层会更加独立，而且很多因为氧化产生的颗粒还会出现，这些颗粒大小不一[1]。我们通过分析传统的数据发现，铬的氧化物是形成内层氧化物的主要因素。内氧化与外氧化是同时发生的，所以，一定的通道会间隔在内氧化层和外氧化层之间产生，这会促进更多的水蒸气和氧气通过，就使得内层的腐蚀更为严重，甚至腐蚀到脱落掉皮。再热器具有复杂的内部结构，各种水蒸气和热气存在其中，共同参与了整个化学反应。铁与铬是比较新的锅炉中参与再热器腐蚀比较多的金属，这两种金属元素会在有氧和水蒸气存在的环境中发生氧化反应，分别生成各自的金属氧化物，同时有相应量的还原氢生成。另外，由于铁是多价态的，所以可生成多种形式的铁氧化物。在整个反应过程中，对于氢的参与形式没有形成统一定论，因为其参与机理比较复杂。

1.2 再热器外壁发生高温腐蚀

火电厂锅炉再热管发生外壁腐蚀的特征与内壁腐蚀不同。前面提到，内壁腐蚀是颗粒大小不均匀的特征，这一点与外壁腐蚀不同。外壁腐蚀时，在外壁上存在很多致密物质，这些物质在显微镜下才能观察到。这些致密的氧化物存在许多微小的空洞，并不是完全充实的，经过分析，硫的氧化物与氧气的作用是形成这些孔洞的主要原因，作用的形式是逐渐渗透。通过对外层氧化物的观察，发现铁和铬仍然是形成外层氧化的基本金属[2]。但是与依靠水蒸气和氧气形成的内层氧化物不同，含硫氧化物与氧气作用是形成外层氧化物的主要原因。外壁的氧化物会因为摩擦、撞击等因素的存在，一般被磨掉的比较快，并不会在外壁上长久存在。也是因为摩擦和撞击的存在，外壁严重的磨损通常会在短时间内形成，而且这种磨损遵循一定的规律，并不是像内壁的无规律腐蚀一样。

2 形成腐蚀的原因

（1）硫及碱性物质存在对再热器腐蚀的影响。在气流的作用下，煤粉有可能会在再热器壁附近燃烧，如此，周围环境将会由于缺氧而形成还原性气氛，这就使得锅炉内壁腐蚀发生的更严重了。硫化氢在氧浓度较高的环境中含量较低，但是在一氧化碳含量高而氧气含量低的环境中含量比较高，这种情况下，硫化氢造成的高温腐蚀相当严重[3]。当蒸汽温度较高时，尤其是在565℃以上时，燃料灰分中硫及碱性物质的含量比较高，他们常常会在再热器管壁上累积，而其上面还有熔盐或积灰时，烟灰腐蚀发生的概率就非常大。所以，对于含硫及碱性物质比较多燃料，会造成锅炉再热器的耐腐蚀性变差，耐热性也减弱，进而腐蚀现象会加重，如果管壁温度更高，那么腐蚀现象会更严重。

（2）飞灰对再热器腐蚀的影响。作为造成高温腐蚀的重要因素之一的飞灰，因其含有的未燃烧完全的煤粉较多，当含飞灰的气流冲击受热管时，除了造成了再热器管壁温度升高，还会造成缺氧的还原性气氛，另一方面，还会对金属管壁产生冲刷力，导致管壁发生磨损和腐蚀。

（3）低熔点沉积物对再热器腐蚀的影响。低熔点沉积物与再热器的高温腐蚀关系密切，因为低熔点物质的熔点范围与再热器高温腐蚀发生温度的范围差不多，所以，当燃料中低熔点沉积物较高时，再热器腐蚀现象就会加剧。燃料中普遍含有硫，经过燃烧生成二氧化硫，二氧化硫继续氧化生成三氧化硫，结合水蒸气之后就会产生硫酸，对再热器的酸腐蚀现象明显。

3 预防再热器高温腐蚀的对策

前面提到了，有水蒸汽存在的，低氧气含量高温环境是引起锅炉再热器内外管壁发生腐蚀的主要原因。氧化层的组成分为内层和外层两部分，大量孔洞存在于内外层之间，铬的氧化物是形成于基体前沿区域的主要不均匀内氧化物，而具有显著的剥落倾向的氧化物是外氧化物特点。对于火电厂锅炉再热器，因为存在二氧化硫和氧气会造成再热器外壁的腐蚀，同时，伴随腐蚀作用的发生，撞击和摩擦在一定程度上又加剧了再热器高温腐蚀的发生。但是对于锅炉再热器来说，当有一定的腐蚀物存在时，对再热器外壁来说，还能起到比较重要的保护作用，能在一定程度上依靠减小反应面，阻止气体与金属的反应，对于内部腐蚀来说，可以降低腐蚀发生面积。但前面也提到了，因为二氧化硫和氧气的存在，还会存在撞击与摩擦，会使得高温腐蚀更为剧烈。根据高温腐蚀的抛物线规律，再综合考虑锅炉再热器管壁上氧化皮随运行过程的生长规律，以及管壁减薄的程度，能够对锅炉再热器发生爆管事故的时间进行估计，研究表明，这种估计时间与实际情况相比，比较吻合，进而用于应对锅炉再热器高温腐蚀。

4 结论

文章对火电厂锅炉再热器的高温腐蚀发生的原因进行分析，再热器腐蚀发生在内、外壁上，造成腐蚀的主要原因是高温水蒸气伴随低氧含量的环境。其中内外壁发生腐蚀的情况不同，内壁以不均匀氧化物为主，外壁以剥落现象为主。另外，二氧化硫和氧气形成的高温腐蚀烟气，对再热器的腐蚀作用也非常明显。由于再热器高温腐蚀符合抛物线规律，利用这一方法能够计算出再热器发生爆管的时间，且与实际时间相符，可用于指导及时采取措施。

参考文献：

[1]洪立，江焯烨.600MW超临界对冲锅炉水冷壁高温腐蚀分析及处理[J].锅炉技术，2016，47（01）：63-65.

[2]赵晴川，周新刚，张徐东等.低氮燃烧器改造对屏式受热面高温腐蚀的影响[J].山东电力技术，2016，43（04）：45-50.

[3]高洪顺.浅谈火电厂锅炉“四管”泄露原因及预防[J].能源与环境，2013，5（02）：28-30.