电厂锅炉水冷壁泄漏的主要原因及对策研究

山西崇光发电有限责任公司 刘春祥

1 引言

随着我国科学技术水平的迅速提高，电厂锅炉相较以往也更为先进，为电厂的生产和经济效益的提升创造了良好的条件。但是作为电厂的关键设备，锅炉在使用过程中也容易因为多种原因而出现泄漏现象，导致锅炉内水位的变化，这种情况不仅对实际的生产具有危害，同时也有可能会对工作人员的安全形成威胁。

2 锅炉水冷壁泄漏的原因及机制

2.1 锅炉水冷壁泄漏的原因

磨损、腐蚀、鼓胀、疲劳和过热是导致锅炉三管失效的重要原因，当这些情况发生后，将会造成比较严重的经济损失，因此相关问题在目前关注度更高。腐蚀现象是导致水冷壁泄漏的关键原因，当前人们根据部位和环境的不同，也将水冷壁腐蚀现象分为水汽侧腐蚀和向火侧腐蚀两种类型。

从水汽侧腐蚀的现象来看，相关过程中要因为水汽介质对金属表面造成侵蚀作用而产生，同时水汽侧腐蚀现象也可以被分为酸腐蚀、碱腐蚀、氢损伤和介质浓缩腐蚀等多种类型。以酸腐蚀为例，这种腐蚀现象的主要特征是，炉水有低pH 值运行及复式位置存在比较显著的脱碳现象[1]。酸腐蚀在电厂锅炉之中比较常见，危害性较大，因此需要相关人员给予其更多的关注。而碱腐蚀现象在发生过程中，人们却比较容易对其形成忽视，碱腐蚀发生过程中，炉水的游离碱含量需要高于安全含量（＞1～1.5mg/L），且水冷壁存在局部过热等现象才会最终发生。氢损伤现象是因为金属中存在氢或与氢反应而出现的机械破损现象，氢损伤有氢鼓泡、氢脆、脱碳等情况。

在向火侧腐蚀的过程中，煤中的硫和氯对腐蚀过程起到了重要的促进作用，相关物质形成的硫化氢气体将会对水冷壁造成气态腐蚀。同时所产生的HCl 也会造成气态腐蚀现象，最终导致水冷壁的泄漏问题发生。既往的研究之中认为，影响电站锅炉水冷壁高温腐蚀的主要因素是水冷壁的温度和附近的烟气成分，通常火力发电厂中燃烧器附近的火焰温度在1400～1600℃，煤粉之中的矿物质成分会发出来，将让燃烧区域的腐蚀气体数量显著增加。且锅炉高温水冷壁附近为还原性气氛，是比较容易导致腐蚀现象发生的。

2.2 锅炉水冷壁泄漏的机制

通过此类内容可以了解到，水冷壁泄漏可以分为水汽侧腐蚀和向火侧腐蚀两种原因。

水和水蒸气是现阶段锅炉生产过程中最为重要的工作介质，这两种介质在发挥作用的过程中将不可避免地造成碱腐蚀、酸腐蚀、氢腐蚀等腐蚀问题。碱腐蚀是指在中性和微碱性的无氧水中，钢铁将可以形成一层稳定的磁性氧化铁，这一物质能够对水冷壁形成保护作用，避免其出现腐蚀现象，但随着pH 值的提高，磁性氧化铁层和钢铁本身都将逐步被溶解，且在水温越高的情况下，这种现象越显著。在碱腐蚀的过程中，最终形成的产物主要为氢气和亚铁酸盐，而这些产物将会促进腐蚀部位的逐步断裂，最终导致泄漏现象[2]。而酸腐蚀的基本特征是锅炉水有低pH 值运行史以及腐蚀部位存在明显的脱碳现象，而炉水pH过低的原因如下。

一是因凝汽器泄漏进入锅炉中的氯化物水解，从而产生酸性物质；二是锅炉进行酸洗的时候，并没有进行全面彻底的中和；三是进入锅炉的有机物或离子交换树脂，在高温及高压条件下发生分解，并产生酸；四是运行管理不当，从而导致系统中的酸性物质泄漏。在这些条件之下，将会导致酸腐蚀现象的发生，并导致水冷壁的泄漏。酸腐蚀比较显著的特征就是受到腐蚀的区域管壁一般呈现出均匀减薄的状态，在实施金相检查的时候，可以发现对应区域有脱碳的现象发生。

酸腐蚀也会造成氢损伤问题，这种问题是因为腐蚀的过程中，产生的氢向水冷壁管内表面扩散，而氢原子与金属之中的碳化物相互作用形成甲烷所引发，氢损伤会显著增加金属的脆性，导致材料出现贯穿脆性断裂现象。

水冷壁向火侧腐蚀泄漏现象，主要是因为高温烟气和灰分共同作用之下导致的腐蚀和泄漏问题。由于电厂锅炉的工况特殊，其所使用的燃料之中硫的含量整体较高，因此极其容易造成腐蚀泄漏问题。这个过程中需要关注的腐蚀现象机理如下。

一是硫酸盐腐蚀。在燃料燃烧的过程中，会有大量的碱金属氧化物从燃料之中挥发出来，这些氧化物将会在水冷壁上凝结，同时对烟气之中的SO3进行捕获，两者结合形成硫化物，其会进一步捕获燃烧产生的灰粒，最终导致腐蚀加剧，形成泄漏[3]；二是硫化物型高温腐蚀。硫化物型高温腐蚀是现阶段导致锅炉水冷壁泄漏的关键原因。在锅炉工作过程中，产生的烟气质中含有大量的游离态硫，这些物质将让烟气本身处于还原性气氛，可以对金属的保护层形成腐蚀和破坏作用，最终造成泄漏现象。

3 预防锅炉水冷壁泄漏的措施分析

3.1 保持锅炉受热面状态的相对良好

在生产过程中充分地保护受热面的状况，将能够比较有效地起到避免水冷壁泄漏的作用，该过程中所需要注意的问题主要为两个方面，即做好相关的表面清洁工作保护好金属的保护膜。在实施过程中，可以采取的方法如下。

一是优化酸洗工艺。在针对锅炉进行酸洗的过程中，相关人员需要对锅炉结垢量进行准确评估，在此基础上采取对应酸洗措施，从而保证酸洗效果，也可以通进行除油缓蚀剂、硫脲除铜剂等，省去碱洗和除铜等工作步骤。实施阶段可以按照水冲洗—盐酸酸洗—水冲洗—清渣—漂洗—钝化—热炉排酸的步骤完成整个酸洗工艺[4]。酸洗的过程中，盐酸浓度可控制在4%～6%，并添加除油缓蚀剂和硫脲除铜剂，保证温度控制在55～60℃，循环时间可保持在4h 左右。当酸洗结束之后，相关人员可以迅速地将酸洗液排出，并以大流量水进行冲洗，直至排液的pH 值大于4为止。漂洗阶段，相关人员可以在酸洗结束之后，加水并加热循环，保证温度处于85℃左右，此后可加入柠檬酸、氨水等进行pH 的调整，保持循环2.5h 左右，完成漂洗工艺，各环节重点见表1。

表1 酸洗工艺注意要点

二是加强汽水品质监督。为了避免因为水冷壁结垢和积盐等问题导致腐蚀现，相关人员在日常工作之中需要加强对汽水的监督和管理。首先相关人员需要对给水的碳酸盐含量、氯离子含量和pH 等进行系统性把控，避免凝汽器泄漏和无机酸的污染。当前国内外对大容量高压锅炉均具有比较明确的规定，相关人员在工作之中严格按照规范进行管理即可达到比较良好的效果。

其中，确保给水含盐量最高限度在0.5mg/L 以内，而如果含盐量超过这一限度，相关人员需要采取化学处理的方法，确保水质处于相对安全的范围之内。而如果含盐量超过2mg/L 的时候，相关人员则需要及时停机，并根据情况对凝汽器的泄漏问题进行消除。

3.2 减少给水的铜铁含量，保证安全

为了充分地降低给水铜铁氧化物的含量，从而防止水冷壁因为腐蚀出现泄漏，相关人员需要重视对腐蚀问题的关注和检查，并及时采取措施，防止炉外水处理系统的腐蚀，达到控制补给水含铁量的目的。相关过程中，工作人员需要严格操作的工作内容如下。

一是严格按照《火力发电厂水汽化学监督导则》开展对运行汽水的监督工作，确保汽水的整体品质符合目前的要求，从而减少在运行过程中对应热力设备的腐蚀问题；二是在工作之中，相关人员需要加强对机组的停运保护工作，实施阶段可以采取专用假药设备，向除氧给水管道之中进行十八烷基安药液的加入，从而充分地实现对机组设备的保养，同时也需要在该过程中尽可能采取放水干燥保养的措施，充分地减少停运腐蚀现象；三是在工作之中相关人员应当充分地缩短凝汽器汽侧灌除盐水查漏的时间，同时在检查结束之后及时将除盐水排空，这种方法之下将能够比较有效地减少凝汽器铜管的腐蚀问题，保证整体运行的安全和可靠；四是在机组启动的阶段，相关单位和人员应当加大锅炉向空排气，确保蒸汽氨的含量在2mg/kg 以下的情况下，才可以进行并汽；五是在进行对相应机组的启动过程中相关人员须对凝结水的铁、铜、硬度、二氧化硅等含量进行准确的把控，确保其处于限定范围之内才能进行回收，机组启动阶段凝结水回收标准详见表2；六是确保机组启动阶段，高低压加热器的疏水铁含量低于400μg/L 才能进行相应的回收工作。

3.3 强化排污管理，避免水冷壁高热负荷运行

锅炉的排污工作是确保相关设备处于正常稳定状态运行的关键，相关人员在工作之中应当对排污的次数、时间和排污量等进行全面把控，确保排污工作的科学合理，从而可以比较有效地保障锅炉水品质的相对恒定，避免因为水品质导致腐蚀和水冷壁泄漏等问题的发生。

通过对水品质的充分把握，也能够显著地改善锅炉结垢问题，确保锅炉生产过程中对能源的节约[5]。此外，在设备运行的过程中，相关人员需要尽可能避免水冷壁在高热负荷状态下运行，这种情况可能会增加水冷壁腐蚀的风险，进而导致泄漏问题的发生。在实施过程中的操作管理如下。

一是控制锅炉在额定蒸发量下进行运行，以避免出现超额定处理的现象，造成水冷壁热负荷过高；二是在完成针对锅炉的检修之后，相关人员需要针对实际情况展开冷态空气动力场试验，这种方式可以确保火焰中心不出现较为严重的偏离现象，保证系统的热效率；三是在进行锅炉的运行过程中相关单位和人员需要对氧量进行有效的控制，通过这种方式将能够充分地保证锅炉温度，同时也能够尽可能地保证火焰切圆燃烧，达到避免锅炉结渣等效果。而在实际工作之中如果发现锅炉出现结渣的现象，则应当对其进行及时有效的清除；四是合理地对一次风管风速下限进行提高，在运行过程中，如果发现风速过低的情况，则需要立刻停止相应的给粉机运行，从既往的经验之中可以了解到，这种情况下容易导致灰尘的聚集，从而增加腐蚀发生的可能性；五是进行煤炭结构的优化也是进行腐蚀和泄漏防范的重要措施，相关人员可以根据情况，采取不同发热量煤炭的掺烧，以降低腐蚀发生的可能性。

4 结语

电厂锅炉水冷壁泄漏现象对电厂的生产将会带来极为巨大的负面影响，严重降低电厂的经济效益和社会效益。而电厂锅炉水冷壁出现泄漏的原因主要是由于各类腐蚀现象所导致，针对这种问题，相关单位和人员在工作之中可以通过加强管理的方法，来对腐蚀问题形成改善，保证电厂运行的安全性和稳定性。