超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及對策_(dá)圖文

1、發(fā)電技術(shù)論 壇超臨界鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及對策鐘萬里,吳奭登,曾凡云廣東電力科學(xué)研究院,廣東廣州 510600摘 要 某超臨界直流鍋爐運行4個月后小修時發(fā)現(xiàn),燃燒器附近區(qū)域水冷壁左右側(cè)墻中部水冷壁管的向火側(cè)外壁存在高溫腐蝕現(xiàn)象。分析認(rèn)為,產(chǎn)生高溫腐蝕的主要原因為燃煤含硫量較高、管壁溫度高及雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器前后墻對沖布置等。為此,提出了合理配風(fēng)、對沖刷區(qū)域噴涂、控制煤粉細(xì)度、避免受熱面局部過熱等措施。關(guān) 鍵 詞 超臨界機組;直流鍋爐;對沖燃燒;水冷壁;高溫腐蝕中圖分類號 T K224.9+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B文章編號 100223364(20091220106203DOI 編號 10.3969/j

2、.issn.100223364.2009.12.106CAUSE ANALYSIS OF HIGH TEMPERATURE CORROSION ONWATER WALL OF SUPERCRITICAL ONCE 2THROUGH BOILERSAND COUNTERMEASURES THEREOFZHONG Wan 2li,WU Shi 2deng,ZENG Fan 2yunGuangdong Electric Power Scien ce Resear ch In stitute,Guangzhou 510600,Gu angdong Province,PRCAbstract:T he h

3、igh temperature corr osion phenominon had discovered in temporary repair after four months in operation of one supercritical once 2through boiler,the said corrosion occurred on the fire 2side of water 2wall tubes,which situated on the centre of left and right side walls near the r egion of bur ners.

4、It is believed from analysis that the main causes leading to high temperature corrosion are:high sulpher content in the fuel coal,high temperature on the wall of tubes,and opposed ar rangement of double air 2tuned cyclone bur ners on the front and rear walls,etc.For these,some countermeasures,such a

5、s reasonable air distribution,coating spr ayed onto the er osion region,controlling the fineness of pulverised coal,avoiding localized overtemperature on the heating surface etc.,have been put forward.Key wor ds:supercritical unit;once 2through boiler;opposed burning;water wall;high temper ature cor

6、 2rosion作者簡介: 鐘萬里(19682,男,湖南茶陵人,碩士,高級工程師,主要從事電站金屬技術(shù)監(jiān)督和安全評定。E 2ma il:zhongwan li1 鍋爐水冷壁高溫腐蝕情況及腐蝕產(chǎn)物分析某電廠2號600MW 機組DG1900/25.42II2型本生超臨界直流鍋爐采用單爐膛、倒U 型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、前后墻對沖燃燒,其爐膛及燃燒106發(fā)電技術(shù)論 壇器布置如圖1所示。爐膛水冷壁分上下兩部分,下部水冷壁采用全焊接的螺旋上升膜式管屏,螺旋水冷壁管采用內(nèi)螺紋管;上部水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏。螺旋水冷壁管規(guī)格為d 38.1mm 7.5mm,材質(zhì)為SA 2213T 2 。圖

7、1 燃燒器布置示意2號爐自2008年2月投產(chǎn)以來,一直運行穩(wěn)定。2008年6月小修發(fā)現(xiàn),燃燒器高度區(qū)域水冷壁左右側(cè)墻中部水冷壁管(上層燃燒器上方2m 至下層燃燒器下方2m的向火側(cè)外壁存在高溫腐蝕現(xiàn)象,氧化層厚0.10.5mm(圖2,爐膛內(nèi)其它部位情況正常。對高溫腐蝕的管子進(jìn)行了硬度測試,其布氏硬度值為150180H B,屬正常范圍。管子設(shè)計壁厚為7.5mm,剩余厚度6.97.3mm,若按上述腐蝕速率發(fā)展,短時間 內(nèi)即可能發(fā)生大面積水冷壁爆管事故。圖2 水冷壁高溫腐蝕情況為此,對腐蝕產(chǎn)物的成分進(jìn)行分析。試驗時先將氧化膜碾成粉末,用樹脂粘到玻璃片上,然后置于Philips X ,pert MPD

8、Pro 型X 射線衍射儀(XRD內(nèi),對氧化膜粉末進(jìn)行衍射掃描,采用Cu 2Ka 靶,波長K =1.5405610-10m,掃描速度2b /min,掃描角度20b 90b ,電壓2500kV ,電流40mA 。氧化膜的X 射線衍射測試及標(biāo)定結(jié)果見圖3 。圖3 腐蝕產(chǎn)物X 射線衍射測試及標(biāo)定結(jié)果X 射線衍射分析結(jié)果表明,水冷壁管表面氧化皮主要由Fe 2O 3和Fe 3O 4構(gòu)成。2 腐蝕機理高溫腐蝕是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程,雖然目前還不能解釋得十分確切,但一般認(rèn)為主要與下列因素有關(guān):(1爐膛火焰溫度;(2燃煤的含硫量;(3煙氣與灰顆粒的沖蝕。鍋爐運行過程中,爐溫可達(dá)1600e 以上,由于燃煤中硫及

9、其它有害雜質(zhì)的存在,水冷壁普遍遭受高溫腐蝕,參與高溫腐蝕的危害物有燃燒過程中產(chǎn)生的SO 2、SO 3、H 2S 、H Cl 、堿金屬鹽及釩鹽類,它們在各種溫度下可共同對管壁進(jìn)行復(fù)雜的動態(tài)腐蝕。其中,硫化物是鍋爐高溫腐蝕的主要因素,德國e.on 公司專家認(rèn)為,對于含硫量大于2.5%的高硫煤,在低氧(O 2濃度在0.5%左右氣氛中易發(fā)生水冷壁高溫腐蝕。前蘇聯(lián)動力技術(shù)局認(rèn)為火焰直接接近水冷壁,且在局部高熱負(fù)荷下易發(fā)生高溫腐蝕?？傊?發(fā)生高溫腐蝕最重要的內(nèi)因條件是燃料中含硫量較高,主要的外部條件是高煙溫引起水冷壁的高管壁溫度和煤粉火焰貼墻,以及壁面處于還原性氣氛中等。造成高溫腐蝕的機理是鍋爐運行時水冷

10、壁首先發(fā)生氧化,表面生成Fe 2O 3,過程如下:2Fe +O 2=2FeO(14FeO +O 2=2Fe 2O 3(24Fe +3O 2=2Fe 2O 3(3如果氧化膜結(jié)構(gòu)致密且牢固地附在管子上,可防止氧化劑與金屬發(fā)生反應(yīng),降低氧化速率,反之則氧化速度加快。當(dāng)燃煤的含硫量高時,則易發(fā)生腐蝕,其腐蝕過程如下(式中S指單質(zhì)硫:FeS 2=FeS +S(42H 2S+SO 2=2H 2O +3S(5Fe +S=FeS(6107發(fā)電技術(shù)論 壇FeO +H 2S =FeS +H 2O (73FeS+5O 2=Fe 3O 4+3SO 2(8 腐蝕所生成的FeS 熔點為1195e ,在溫度較低的腐蝕前沿可

11、穩(wěn)定存在,但當(dāng)外層溫度較高時,FeS 則與介質(zhì)中的O 2反應(yīng),轉(zhuǎn)換為Fe 3O 4,從而使腐蝕進(jìn)一步擴展。3 高溫腐蝕原因分析(1燃煤含硫量較高 由于煤源緊張,某電廠2號爐設(shè)計煤質(zhì)與燃用煤質(zhì)差異較大,且燃煤成分變化大,煤中硫分含量較高,最高時達(dá)1.5%左右,容易在水冷壁上形成還原性氣氛。(2管壁溫度高 中間水冷壁屬兩側(cè)墻受熱,熱負(fù)荷較高,當(dāng)管外壁有黏附物時,管壁溫度更高。當(dāng)管壁溫度大于300e 時,鋼管表面腐蝕的速度明顯加快(圖4 。圖4 管壁溫度與腐蝕量的關(guān)系(3燃燒器布置 燃燒器對沖布置的鍋爐高溫腐蝕通常發(fā)生在爐內(nèi)兩側(cè)墻水冷壁上,這主要是當(dāng)一次風(fēng)速較大時,造成前后墻的一次風(fēng)碰撞后煤粉氣流沖

12、向兩側(cè)水冷壁,從而導(dǎo)致煤粉在水冷壁附近燃燒,產(chǎn)生較高的溫度和煤粉沖刷水冷壁現(xiàn)象,使得水冷壁易受腐蝕和磨損。4 防止高溫腐蝕的措施針對某電廠2號爐水冷壁高溫腐蝕產(chǎn)生的原因,提出如下防范措施:(1盡可能燃用設(shè)計煤種,煤質(zhì)變化時應(yīng)通過試驗來確定燃燒器合理配風(fēng)。(2采用噴涂技術(shù),對兩側(cè)墻燃燒器沖刷區(qū)域進(jìn)行金屬噴涂,以利于提高抗高溫腐蝕性能。(3盡可能使各燃燒層間的煤粉濃度均勻,且應(yīng)控制煤粉細(xì)度在適當(dāng)范圍。(4合理配風(fēng)及強化爐內(nèi)的湍流混合,組織合理的燃燒空氣動力工況。(5避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過熱。(6在壁面附近噴空氣保護膜。(7控制合理的爐膛出口煙溫。參 考 文 獻(xiàn)1 高全,張軍營,等.燃煤電站鍋爐高溫腐蝕特征的研究J.熱能動力工程,2007,22(3:2922296.2 岑可法.鍋爐熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計算M.北京:科學(xué)出版社,1995.3 丘紀(jì)華,李敏,孫學(xué)信,等.對沖燃燒布置鍋爐水冷壁高溫腐蝕問題的研究J.華中理工大學(xué)學(xué)報,1999,27(1.(下接第111頁(3耐火材料施工時,靠近腹板的一層選擇硅酸鋁纖維棉,保溫效果好,使用中抗沖擊性強,但修補時不宜采用這種材料。因為在修補過程中,新料與舊料的結(jié)合面無論如何處理總有裂紋存在,對此使用磷酸鹽結(jié)合劑可以降低結(jié)合面發(fā)生脫落的可能性。此外