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煤粉鍋爐水冷壁高溫腐蝕影響因素分析及抑制措施

文檔作者：劉震杰，李昱文檔來源：衢州市特種設備檢驗中心		點擊數：	更新時間： 2022年08月27日
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第2期
2014年3月
鍋爐制造
BOILER MANUFACTURING
No．2
Mar．2014
文章編號：CN23—1249(2014)02—0028—03
煤粉鍋爐水冷壁高溫腐蝕影響
因素分析及抑制措施
劉震杰，李昱
(衢州市特種設備檢驗中心，浙江衢州324000)
摘要：基于某熱電廠實際情況，分析該廠煤粉鍋爐水冷壁高溫腐蝕的機理、高溫腐蝕的影響因素并探討抑制
措施。
關鍵詞：水冷壁；高溫腐蝕；抑制措施
中圖分類號：TK223．3 文獻標識碼：B
Influencing Factors and Suppression M ethod of High
Temperature Corrosion on W ater W all
of Pulverized Coal Boiler
Liu Zhenjie，Li Yu
(Quzhou Special Equipment Inspection，Quzhou 324000，China)
Abstract：Based on the actual situation of an thermal power plant，mechanisms and influencing fac—
tors of the high temperature corrosion on water wall of pulverized coal fired boilers in this thermal
power have been analysed，some suppreession measures have been discussed．
Key words：water cooled wal；high temperature corrosion；suppreession method
1 鍋爐概況
本地區某熱電廠共有4臺煤粉鍋爐，6、7、9
號爐均為410 t／h，8號爐為280 t／h，4臺鍋爐均為
自然循環、水力除渣，采用直流燃燒器四角切圓燃
燒，制粉系統為鋼球倉式熱風送粉。4臺鍋爐水
冷壁均存在不同程度的高溫腐蝕現象。總結該熱
電廠幾臺爐子的歷次檢驗的情況可以發現：
1)水冷壁高溫腐蝕的區域主要集中在燃燒
器布置位置及其以上3米的高度段，水平方向上
主要集中在向水冷壁火側，均為上游鄰角煤粉沖
刷導致結渣的區域，結渣發生的區域是由爐內流
動的特性所決定的，和燃燒器的調配有著極大關
系。
2)高溫腐蝕區域的水冷壁表面最外層為結
焦層，結焦層以內為厚度mm量級的腐蝕產物層，
結焦層與腐蝕層均有明顯的黃硫附著，腐蝕產物
外層顏色主要為棕黃色及棕褐色，質地松軟，存在
分層，層間結合力差；內層顏色主要為黑褐色，致
密、完整且較為堅硬，具有一定鐵磁性。
3)水冷壁腐蝕產物中含有大量的s，以及
K：O、Na20，硫化物FeS、FeS2，Fe2O3等物質，均為
收稿日期：2013—11—29
作者簡介：劉震杰(1984一)，浙江衢州，碩士學位，工程師，主要從事特種設備檢驗、節能減排等研究。
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第2期 劉震杰，等：煤粉鍋爐水冷壁高溫腐蝕影響因素分析及抑制措施 ·29·
高溫硫腐蝕中常出現的成分。
4)高溫腐蝕區域壁厚減薄情況嚴重。外觀
檢查可發現該管外表面爐膛側區域減薄明顯，通
過測厚，最薄處為1．9 mm。
2 高溫腐蝕的機理分析
煤燃料中一般都含有黃鐵礦，在爐膛內的燃
燒過程中，含有黃鐵礦的煤粉在爐內流場的作用
下與灰粒一起沖刷水冷壁管壁，破壞管壁表面的
保護膜并黏結在管壁上，黃鐵礦經火焰加熱會發
生分解，當近水冷壁區域滿足還原性氣氛條件，且
管壁溫度達到350℃左右時，硫原子就會與金屬
鐵發生反應，上述反應產生的硫化亞鐵在高溫條
件下會緩慢氧化。由于反應生成的Fe，0 質地松
散、結合力低下，容易脫落，導致管壁表面難以形
成致密、牢固的保護膜，金屬管壁將會不斷發生腐
蝕并導致減薄。
此外，除了化學反應，借助FeS層的半導體性
質和密集分布的深人龜裂紋，可能存在的氧氣與
H2S結合，會發生電化學腐蝕，l1 從而加快腐蝕
速度，強化龜裂紋底部活化和深入。
3 影響水冷壁高溫腐蝕因素分析
3．1 燃煤因素
入爐煤硫含量，其含量越多所能引發的腐蝕
越嚴重；煤粉細度值與灰分含量，過大的煤粉煤粉
細度值及過高的灰分都會增加著火難度，造成了
著火延遲，煤粉刷墻，火焰靠近水冷壁造成超溫，
同時煤粉在近水冷壁區域燃燒耗氧，增大了水冷
壁附近的還原性氣氛，為高溫腐蝕的產生提供了
條件。
3．2 燃燒器的布置與調整
燃燒器的布置與調整的合理性是爐膛內溫度
場與流場的決定性因素。在運行過程中由于燃燒
器配置不合理造成的不利因素對高溫腐蝕的影響
主要為以下幾個方面：
3．2．1 溫度場異常
1)局部超溫情況。在鍋爐的運行過程中司
爐工需要根據燃燒時的各種情況及時調整各層燃
燒器配風，否則會導致燃燒工況惡化，火焰中心上
移，煤粉燃燒行程加長，加大了局部的超溫幅度，
根據經驗在300～500℃范圍內，管壁外表溫度每
升50℃，腐蝕程度增加一倍 J，從而加劇了高溫
腐蝕。
此外，燃燒器安裝角度偏差、一次風噴口的高
寬比過大、運行時選擇的二次風與一次風的動量
比過大、一次風均勻性差、過高的一次風速，這些
都會加劇從燃燒器噴出的氣流偏斜，導致偏燒，加
劇煤粉沖刷及火焰更加靠近水冷壁導致局部超溫
現象。
2)局部低溫情況。在鍋爐運行過程中，由于
燃燒器的布置與調整的不合理等因素，導致同層
燃燒器各角一次風風速、給粉量、給粉細度值不均
勻，會使爐膛內的溫度場和速度場分布不均勻，從
而產生溫度相對偏低的區域，這一區域內的煤粉
經常會出現難以著火和難于燃盡的狀況，根據經
驗得出這一區域主要集中在爐膛中心區域附近。
那么，在爐內旋轉氣流的作用下，會使得煤粉更靠
近水冷壁，從而促發水冷壁高溫腐蝕。此外，當出
現給粉工況惡化或人爐煤煤品質較差等情況時，
都會使上述情況更加惡化。
3．2．2 流場異常
1)在鍋爐運行過程中，往往都會出現爐內假
想氣流切圓直徑過大的情況，如果未予及時做出
相應調整，會導致近水冷壁區域的高溫和還原性
氣氛的產生，從而促發水冷壁管的高溫腐蝕。此
外，混合了煤粉顆粒和灰分的近水冷壁氣流也會
對水冷壁管的表面產生沖蝕效果。
2)出于穩燃目的，運行人員往往都選擇了低
一次風速和高二次風速的參數，當兩者射流剛性差
值過大時就會導致風粉分離，從而促發高溫腐蝕。
3．2．3 濃度場異常
由于燃燒器自身和操作上的各種原因，部分
時段會出現燃燒器供氧不足的情況，當過量空氣
系數小于1．0時，硫化氫含量會急劇增加，造成水
冷壁附近還原性氣氛，加劇高溫腐蝕。
4 高溫腐蝕的抑制措施
4．1 燃煤因素控制
盡量按設計用煤，選擇硫含量低的煤種，并考
慮采取除硫措施，如將石灰石或白云粉和煤粉一
起，經燃燒器送入爐膛。
控制入爐煤粉的細度值，并保證煤粉的均勻
性。
4．2 燃燒器的調整
1)一般情況下假想切圓的大小以及各個角
氣流的動量在設計時已經確定，在運行時調整的
[下轉第32頁]
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· 32· 鍋爐制造 總第244期
3 改造后的效益
1)鍋爐出力由原來的160 t／h增加到了
200 t／h，排煙溫度由原來的200 oC降至130 cI二左
右，投運后一直長期穩定運行，爐膛基本不結焦，
過熱器不結焦，煙道不積灰，無掉焦滅灰現象(原
來每月因掉焦滅火2—3次)。
2)改造后結合實際運行參數測算本爐效率平
均提高了6．5—6．8％，全年按6 000小時運行計算
可節省原煤8 675．16噸，節約資金3 513 439．8元
(原煤按405 噸)；廠用電率降低了1．5％ ，節約
廠用電量502 470 KW ·h，節約資金163 302．8元
(上網電價0．325 KW ·h)；發電及供熱收益
8 994 366．5元(熱價按37元／GJ)；改造后總收
益：12 671 109．1元；投資回收期68天。
4 結 論
本次鍋爐改造以增加鍋爐受熱面積為主要出
發點，同時也消除了設計中直接影響鍋爐效率的
部分缺陷，達到了預期的目的。燃燒器改造及空
氣動力場試驗，從燃燒方面組織好了爐內燃燒工
況，避免了火焰刷墻，從而避免了結焦。增加省煤
器受熱面積后提高了給水溫度，從鍋爐整體吸熱
量方面減輕了水冷壁的負擔，從而得以提高鍋爐
蒸發量。改造吹灰器及其汽源后，爐膛內受熱面
相對干凈，減小了熱阻，增大了水冷壁的吸熱能
力，提高鍋爐蒸發量和降低了結焦。高溫過熱器、
低溫過熱器和省煤器處加裝蒸汽吹灰器后，其吹
灰效果良好，受熱面相對很干凈，不但避免了高過
結焦，而且大大的提高了吸熱能力，從而使得鍋爐
蒸發量增加和排煙溫度大幅度降低。包覆過熱器
密封改造后，減少了水平和尾部煙道的漏風，增加
了省煤器的吸熱能力，減輕了空預器的負擔，從而
使得二次熱風溫度降至了設計要求值，還對爐內
有良好的燃燒工況提供了基礎保障。
本次改造不僅提高了鍋爐出力和降低了排煙
溫度，為我公司創造了良好的經濟效益和社會聲
譽，而且節省了大量的原煤，為國家的節能減排工
作也貢獻了自己的一份微薄之力。
[上接第29頁]
余地是比較小的，因此運行時應嚴格控制假想切
圓的大小、煤粉流動量等對爐內燃燒過程的影響，
尤其在無法燃用設計煤種的情況下，應按照煤種
特性選擇合適的假想切圓直徑和煤粉氣流動量，
以保證燃燒的合理性和穩定性。
2)目前所采用的制粉系統較為陳舊，往往會
使得各層或同層一次風問的煤粉濃度及煤粉細度
都有很大偏差，運行時也很難調整，容易造成局部
缺氧、一次風沖刷水冷壁，促使發生高溫腐蝕，應
當考慮在燃燒器系統上增加風量的測量與控制、
煤粉的濃度及煤粉細度的測量與控制等調控手段
和裝置，確保風煤比、煤粉的濃度等參數在設計范
圍內。
4．3 水冷壁管防腐措施
目前，國內不少電廠都選擇通過對鍋爐進行
改造的方式來抑制高溫腐蝕，如下幾種措施是應
用較為普遍，且效果也得到較高認可的。
1)一、二次風技術改造。目前，對一、二次風
改造技術主要為一次風反切技術和側邊風技術，
前者通過偏轉一次風角度的方式，最終起到煤粉
遠離水冷壁的效果，后者通過增加二次風噴口的
方式來避免近水冷壁區域的還原性氣氛，兩種方
式均工藝簡單，投入費用不高，也較為有效，且不
影響燃燒效率。
2)水冷壁管防腐處理目前，許多電廠鍋爐采
用高溫腐蝕區域水冷壁管表面噴涂技術防止高溫
腐蝕，效果也不錯，例如水冷壁采用等離子體噴涂
噴涂一般能確保4—5年的有效使用周期，能保證
鍋爐運行性能。
參考文獻
[1] 賀永冰，等．超臨界直流鍋爐水冷壁管高溫硫腐蝕
的成因及防治[J]．北京：電力建設，2010(10)：61
— 66．
[2] 焦慶豐．大型鍋爐水冷壁腐蝕與控制[J]．湖南：湖
南電力，2004(2)：5—8．
[3] 岑可發，等．鍋爐和熱交換其的積灰、結渣、磨損和
腐蝕的防止原理與計算[M]．北京：科技出版社，
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