电厂化学文献

亚临界参数锅炉腐蚀原因分析及预防- -

                                      

李正富 (湖南省石门电厂)  摘　要　介绍了大容量、亚临界参数锅炉承压部件内外腐蚀的现象、分析产生腐蚀的原因，燃煤质量、燃烧质量、燃煤品质对锅炉腐蚀的影响，推荐了防止大容量、高参数锅炉腐蚀的主要技术措施。 关键词　大容量　亚临界　锅炉　腐蚀机理　防范技术措施 0　概　述　　 　　随着我国电力工业的飞速发展，高参数、大容量火力发电机组已成为电网的砥柱，与300 MW汽轮发电机组配套的锅炉，其蒸发量达到1 000～1 025 t／h，参数接近临界参数。随着锅炉参数的提高，近几年来相继发现锅炉承压部件内外腐蚀严重，尤以水冷壁外壁高温腐蚀最为典型，由于承压部件腐蚀而导致的管壁厚度减薄，强度降低发生的承压部件泄漏和爆破时有发生，严重威胁着锅炉机组的安全运行，根据调查统计，其中一些1 000 t／h以上锅炉运行时间不到4万h，其腐蚀造成水冷壁管壁厚度由10 mm减少到2 mm左右，腐蚀速度达到2 mm／104 h。我省某厂2号锅炉从安装投产到第1次大修运行时间约8 000 h，汽包内部汽水分离装置的二次分离百叶窗腐蚀到了极限程度，被迫在第1次大修中全部更换，水冷壁下联箱等处外部腐蚀，经湖南省电力公司锅鉴委现场检查测定，其腐蚀深度达到1 mm，如此严重的腐蚀，在高参数大容量锅炉机组发展之前是绝无仅有的。但由于腐蚀带来的危害是慢性显现的，很难引起人们的关注。下面就我省某电厂2台1 021 t／h锅炉第1次大修时对腐蚀检查判定的情况和山东省电力试验研究所对该省已投运的14台1 000 t／h以上的亚临界参数锅炉腐蚀调查情况介绍如下，以引起相关人员的重视和关注。 1　锅炉腐蚀的基本现象 　　 　　目前国产1 021 t／h及以上锅炉由4大动力厂，即哈锅、上锅、东锅、武锅引进或嫁接CE技术生产的亚临界压力、一次中间再热汽包锅炉，循环方式有强制循环和自然循环2种，大部分采用四角喷燃切圆燃烧方式。其腐蚀包括内部腐蚀和外部腐蚀，尤以外部高温腐蚀最为突出，内部腐蚀汽段大于水段。外部高温腐蚀主要发生在水冷壁炉膛内燃烧器区域的喷燃器迎火面，靠近燃烧器范围内，腐蚀状况为斑点状，如图1所示。 　　某电厂外部氧化腐蚀和内部腐蚀情况据湖南省电力公司锅监委《检验报告》称：“汽包人孔门外周已有明显的暗红色腐蚀产物，水冷壁及下联箱外壁腐蚀较严重，有1层氧化皮，厚度约1 mm；汽包内壁有腐蚀，汽水分离装置腐蚀较严重，汽室较水室明显，顶部及旋风子顶帽的百叶窗有的已成组腐蚀烂掉，腐蚀产物呈黑色，过热器、省煤器、水冷壁割管内壁有1层黑色附着物，低再割管内壁有1层红锈”。情况是比较严重的。 2　大容量、高参数锅炉腐蚀的原因分析 　　 　　通过对锅炉燃烧特性、运行方式、燃煤品质等综合指标的对比分析，认为产生腐蚀的原因有 2．1　与煤种有关 　　经有关科研单位对8台燃用贫煤和劣质无烟煤，6台燃用烟煤的1 000 t／h及以上容量锅炉抽样调查看出，8台燃用贫煤和劣质无烟煤的锅炉都发生了较为严重的炉膛水冷壁外部高温腐蚀，而6台燃用烟煤的锅炉均未发生炉膛水冷壁外部高温腐蚀。这说明高温腐蚀与煤种有很大关系，原因是煤中所含硫份和硫化物在燃烧过程中形成腐蚀物质的结果。 　　我省某电厂2台1 021 t／h锅炉炉膛水冷壁高温腐蚀与燃煤品质不无关系，其应用煤质范围列于表1。 　　从表1中可以看出1999年至2000年上半年燃煤分析基挥发分含量一般在10％左右，最低只有8％。从西安热工所在热天平上所做的燃烧分布曲线可以看了，在相同温度下无烟煤的燃烧速度远低于烟煤。清华大学傅维标教授通过研究试验提出：“通用着火特性指标F2，用于判定煤的燃烧特性，F2＜0．5为极难燃煤，F2＝0．5～1．0为难燃煤，F2＝1．0～1．5为准难燃煤，F2＝1．5～2．0为易燃煤，F2＞2．0为极易燃煤。按此结论计算判定，我省某厂自投产以来入炉煤F2为0．5～1．0之间，界于极难燃与难燃煤之间，严重偏离设计煤种。由于应用煤灰分增加，发热量降低，锅炉的燃煤量明显增加，煤粉细度得不到保证，煤粉过粗和挥发分的降低，煤粉着火温度要求高，着火延迟，燃烧速度降低，燃尽时间推迟。还由于省内煤矿点多，煤质变化大，含硫量也不稳定，这些影响无疑将增加对水冷壁高温腐蚀的可能性。 2．2　与参数有关 亚临界压力锅炉其饱和水温度约为360℃，水冷壁管外壁温度在400℃以上，温度升高，各种腐蚀物质更容易形成，据有关资料介绍，在300～500℃的温度范围内，管壁外表温度每升高50℃，烟侧的腐蚀程度将增加1倍。 2．3　与炉内热负荷有关 　　由于大容量锅炉截面热负荷随着锅炉容量的增加而大大增加，单只喷嘴的热功率也随锅炉容量的增加而成倍增大，四角切圆燃烧锅炉内平均单位质量气流的旋转动量矩也明显增大，这些特性一方面使炉膛局部区域的燃烧强度和壁面热流强度随锅炉容量的增加而增大，管壁外表面温度进一步升高，另一方面使煤粉气流直接冲刷水冷壁的可能性增大。在这种热动力工况下燃用难着火难燃尽的无烟煤，如果炉内燃烧组织不好，将出现炉内煤、灰颗粒和氧浓度分布不均，不仅飞灰可燃物含量增大，水冷壁外部的高温腐蚀也就难以避免。 2．4　与燃烧设备及燃烧组织有关 　　燃烧对高温腐蚀的影响来自燃烧工况不完善，造成煤粉在水冷壁附近强烈燃烧或直接冲刷水冷壁管束，水冷壁附近烟气形成较重的还原性气氛，腐蚀介质大大增加。导致水冷壁的高温腐蚀。我省某电厂2台1 021 t／h锅炉经安装后和大修后冷态空气动力场试验，均发现燃烧切圆大于设计值，2号锅炉安装至第一次大修时，运行时间约8 000 h，下部两层双通道燃烧器喷嘴全部烧坏，实际运行中表现为炉内旋转气流强风环直径偏大，贴水冷壁风速很高，造成煤粉贴水冷壁区燃烧。 　　在燃烧组织方面：a．煤粉细度控制不严，某厂投产初期由于排粉风机出力过大，煤质差，煤粉细度合格率很低，最大时达到R90值20％，飞灰含碳量大多在10％以上。b．一次风煤粉浓度不适当，缺乏应有的监测手段。由于采用热风送粉，一次风管长短不一，最长的达100m以上，实测阻力差别近1倍，加之有时出现给粉机下粉不均匀，经常出现一次风管堵粉，为防止堵一次风管，运行中一次风门基本上处于全开位置，势必提高了一次风风率和风速。c．二次风配风状况差，5层二次风门分层控制，每层4个小风门由一个操作器指令，经常发生开度不一致的混乱状况。在这种一、二次射流一开始就很紊乱的情况下，可以想象燃烧效果是不会理想的，不理想的燃烧方式，对造成锅炉高温腐蚀的危害是显而易见的。 2．5　与其他综合因素有关 　　1997年5月湖南省电力公司锅监委对某厂2号炉进行第一次大修中的常规检验，下联箱及水冷壁外部腐蚀达到1 mm深度，这对于1台投运时间仅1 a多的锅炉来说，已达到了令人恐惧的程度，初步分析认为这种腐蚀的原因大致为4个方面：a．燃煤硫份过高，运行中大渣落入捞渣船内生成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽直接对下联箱及水冷壁产生硫化腐蚀；b．保温层不严密，大量空气存在保温层与金属表之间，形成FO2，FO3腐蚀；c．停用期间清洗时大量冲洗水进入保温层中，水蒸发后的水蒸汽凝结在金属表面上加剧了氧化腐蚀；d．表面粗糙，防腐措施不够。 3　防止大容量、高参数锅炉腐蚀的对策 3．1　加强燃煤管理，尽可能燃用设计煤种，将煤质控制在准难燃区间，控制入炉煤硫分含量在1％以下，灰分在28％以下。 3．2　合理控制炉内温度水平，不能盲目采取加卫燃带等方式来提高炉温，1 000 t／h及以上锅炉，在设计时基本未设计卫燃带，正是基于防止高温腐蚀而考虑的，若炉温确实过低，可采用在燃烧器高温区域刷远红外高温涂料的方法，这种涂料对辐射反射具有良好作用，提高温度的幅度不会很大，还会起到防腐的作用，而且造价低、施工方便。 3．3　合理控制炉膛容积热负荷，1 000～1 025 t／h锅炉ECR工况，炉膛容积热负荷取100 kW／m3为宜，截面热负荷（ECR工况），取4．35～4．45MW／m2为宜，以降低喷燃器区域壁面热负荷。 3．4　加强燃烧设备管理，安装和大修过程中应保证CE技术推荐燃烧器轴线与炉膛横截面对角线的夹角为4°～6°，安装或大修后要通过冷态空气动力场试验，调整假想切圆在800～1 000 mm范围内，防止切圆过大，造成煤粉贴墙燃烧或直接冲刷水冷壁。 3．5　合理配风，调整各喷嘴一次风率、风速基本接近，二次风门开度基本一致，并满足燃烧所需的足够的空气量，防止缺氧燃烧生成还原气体。 3．6　合理控制入炉煤粉细度，根据煤的燃烧难易程度，当F2在1．0以下时煤粉细度应控制在R90为8％～10％以内为宜。 3．7　增加必要的、可靠的风粉在线监测装置，克服运行现场控制一次风率随意性大的问题，江西贵溪电厂在400 t／h锅炉上安装的一次风粉在线监测装置效果良好，完全可以应用在大型锅炉上，对于指导大型锅炉配风十分有益。 3．8　加强化学监督工作，严格控制汽水品质，启动过程中要加强洗硅，凝结水不合格不得回收，用于炉内水处理的药器未获得入网证或进行同参数下动态模拟试验认可的，不准使用。要创造条件，消除设备缺陷，投用凝结水精处理装置。 3．9　重视停用期间的保养。对于较长时间的停用应考虑充氮保养，1 000 t／h及以上容量锅炉在设计时均考虑了充氮保养的方案，但由于系统的隔离和需用的氮气量大，大都被废掉，这是不可取的，只要加装必要的安全泄压装置和氮气储气装置是可以投运的，因为充氮保养是诸多保养方法中最可靠、最经济的一种。如果不能采用充氮保养，应采用溢流保养，溢流保养可以考虑专用溢流保养系统和邻炉给水泵抽头分水溢流保养。热力系统严密性较好的锅炉，可考虑氨——联胺药液保养法，以保证停用期间防止氧化腐蚀。 3．10　加强承压部件外部保温、防腐措施，对锅炉容易产生外部氧化腐蚀的部位，可选用合格的憎水硅酸盐保温材料进行保温，该保温材料附着力强，可完全隔离空气的氧化腐蚀。大修及安装前加强防腐工作，加强运行维护，尽量保持设备干燥。 　　锅炉腐蚀对锅炉寿命的影响是很大的，危害是潜隐性的，尤其是高参数、大容量锅炉其腐蚀表现形式与中参数机组相比，有诸多特性，只有及早关注，并采取措施进行预防，方可防患于未然。

- 作者： wyh_0307 访问统计：　2005年07月1日, 星期五 09:53 加入博采