锅炉受热面高温腐蚀类型及其机理分析研究

任军军

摘要：如果锅炉中因为高温产生的烟气及积灰中含有大量的腐蚀性成分，则罐壁的金属材质必然会受到腐蚀影响，导致管壁发生损坏，严重的可能会影响锅炉的正常运行，造成一定的经济损失或者引发安全事故。可见，在锅炉运行中应用防腐蚀技术是非常必要的。文章对锅炉受热面高温腐蚀类型及其机理分析进行了研究分析，以供参考。

关键词：锅炉受热面；高温腐蚀；类型及其机理

1前言

近年来，随着社会经济水平的发展，人们的环保意识越来越强，因此对于燃煤电站锅炉的排放有着更高的要求，开始利用各种先进的技术对燃煤电站锅炉进行技术改造，从而达到排放标准。除此之外，还需要对锅炉燃烧的方位进行微调，有利于实现燃料分级以及配风分级燃烧，导致二氧化碳能减少生成。这样的微调，使得水冷壁壁面聚集了大量的硫化氢和一氧化碳气体，具有还原性和腐蚀性，以致燃煤电站锅炉水冷壁壁面发生问题。因此对于燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题进行分析是非常有必要的。

2燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀机理

锅炉水冷壁是锅炉炉膛中最重要的部件，起到吸收炉内高温的作用，这是炉膛内部能量转换的关键部件之一。为了获取最大化的利润空间，锅炉水冷壁管材一般是用低合金钢，这在一定程度上能够提升锅炉的使用寿命。但是随着锅炉使用时间的延长，锅炉水冷壁壁面会存在一定的污垢，而且还有大量的腐蚀性物质和气体，导致各种各样的腐蚀问题越来越严重。我国专家学者就燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀机理问题进行了深入的分析，我们可以知道燃煤电站锅炉水冷壁的高温腐蚀是一种不断变化的状态，由于腐蚀物质的不断更新和补充，使得水冷壁腐蚀问题也会一直存在。燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题的主要原因在于在缺氧环境下，还原性和腐蚀性气体的共同作用。燃煤锅炉燃料中存在着一些硫物质，一些煤粉都是通过空气的传播方式进入燃烧膛内，在壁面区域的水冷壁燃烧，实际操作的时候里面存在着各不相同的硫物质，但是这一系列的物质通过分解、氧化的步骤之后，会使水冷壁壁面区域内的氧气浓度越变越低，从而产生了还原性气体;假如还原性气体的含量慢慢变大期间，硫化氢、一氧化碳的浓度也越来越高，在这一基础下，硫物质和铁物质之间互相产生反应能够变成硫化铁，导致产生腐蚀反应在燃煤锅炉水冷壁的壁面，由于硫化铁的不稳定性在持续的高温环境下很容易生成四氧化三铁，使得燃煤锅炉水冷壁壁面腐蚀越来越严重。

2燃煤电站锅炉水冷壁壁面腐蚀的数值模拟的有效分析

对于那些已经完成改造的锅炉，建立相应的数值模拟分析，分析锅炉燃烧的过程、温度、浓度等特点，尤其是锅炉水冷壁壁面附近的气体，并对于水冷壁壁面高温腐蚀部位的分布规律进行研究。

2．1建立水冷壁壁面数值模型

针对燃煤电站锅炉的燃烧优势，在进行计算燃烧点和腐蚀分析报告期间，运用三维稳态计算模型、couple算法以及presto方法等，从而确定还原性和腐蚀性气体的位置，计算出锅炉燃烧产物以及分布规律。根据水冷壁壁面的腐蚀部位来看，主要分布在燃料中含有硫物质、壁面区域附近缺氧非常严重、有大量还原性和腐蚀性气体、温度比较高等各种因素导致。当煤粉流进炉膛煤，会达到一定的燃烧高度，使得进入锅炉内的煤粉和煤粉火焰不断地冲刷水冷壁壁面，还原性气体和腐蚀性气体快速与水冷壁壁面裸露在外的金属物质发生反应，从而导致水冷壁壁面高温腐蚀问题更加严重。通过分析水冷壁近壁区域的氧气、硫化氢、一氧化碳等气体的分布情况，从而判断出水冷壁区域发生腐蚀的部位以及腐蚀的严重程度。根据对数值模拟以及腐蚀特点的分析，我们可以知道:锅炉水冷壁近壁区的氧气浓度和入炉的风量有着十分密切的关系，而且两者之间的关系成正比，这就意味着氧气浓度越高，入炉的风量也越来越高。受到入炉风量的制约，首先会出现缺氧现象，在近壁区域和喷口附近的氧气含量比较低，有些位置甚至没有氧气。硫化氢气体大多数分布在锅炉燃烧区域的两侧，而且浓度比较高。一氧化碳的分布规律与硫化氢的分布规律相符合。有专家认为只要氧气浓度低于2%，就会发生严重的高温腐蚀问题。根据分析可以发现还原性气体和腐蚀性气体的分布规律比较明显。锅炉发生严重腐蚀的区域主要有燃烧器周围区域、冷灰斗区域以及两侧墙中间区域等。

2．2具体的实验分析

根据对所制定的腐蚀模型进行分析研究，能够很好地了解水冷壁壁面附近区域还原性和腐蚀性气体的分布规律，从而科学判断出锅炉水冷壁壁面的腐蚀部位，从而采取相应的防腐蚀措施。据调查研究显示，根据锅炉燃烧的实际情况，在锅炉燃烧器周围的区域选择一个合适的地方，分析锅炉不同运行条件下，锅炉附近区域的空气含量中一氧化碳、硫化氢等气体的含量，根据最终的测试结果进行有效的分析，准确判断出腐蚀的区域和部位，能够在这些区域和部位采取针对性的防腐蚀措施，提高锅炉的使用寿命。经过一系列的实验研究数据表明，先将冷水壁壁面的烟气抽出去，经过一系列清洁措施后，利用专业的仪器对于冷水壁壁面的烟气成分进行检测，将每一条数据记录下来，作为数据分析的基础，在根据锅炉水冷壁壁面腐蚀模型的数据参数，分别放在锅炉水冷壁壁面的两侧墙中心，分别在3个不同的位置进行取样。在具体测量的过程中，根据锅炉设备的实际运行情况以及参数数据。对于上述进行分析，我们可以知道锅炉在任何高负荷的条件下，燃煤电站锅炉水冷壁壁面都会存在不同程度的腐蚀现象，但是腐蚀部位最严重的就是锅炉燃烧器中间和高处位置，因此锅炉这一区域的还原性和腐蚀性气体的浓度比较高，这一区域的还原氛围比较高，但是还原性和腐蚀性气体浓度会随着锅炉设备的负荷情况、燃料的煤质以及入炉风量的影响会发生相应的变化，但是锅炉水冷壁壁面附近区域还存在一定的腐蚀现象。我们发现这一区域和部分烟气含量比较大，而且这种粉末的颜色呈灰黑色，与煤粉的颜色比较相近，这就意味着燃煤电站锅炉内的燃料的燃尽率比较低以及锅炉内燃烧的火焰在不断冲刷着锅炉水冷壁壁面，这在一定程度上就导致锅炉水冷壁壁面附近区域的氧气含量比较低，加剧了水冷壁壁面附近区域的高温腐蚀现象。还有在锅炉燃烧器附近区域所检测出来的硫化氢、一氧化碳浓度都比较高，导致锅炉水冷壁壁面附近区域的腐蚀程度比较严重。还有，我们对于锅炉冷水壁壁面的腐蚀区域和腐蚀部位进行抽样检测，将各个区域的腐蚀程度记录下来。经过大量的研究数据比对，我们发现各个区域的化验结果与本文的分析结果很符合，这在一定程度上佐证了本文分析的科学性和合理性，也提供了实践证明，为日后的防腐蚀措施奠定了良好的基础。

3锅炉水冷壁高温腐蚀的影响因素及针对性技术

3.1燃煤方面

锅炉中使用的燃煤品质会影响腐蚀的强弱，如果燃煤中的硫元素较多，则容易在燃烧中形成较多的硫化物型，成为腐蚀的根源物质，可以理解为硫化物越多，则腐蚀性介质的浓度越大，所以造成的腐蚀性问题也越严重。那么在应用防腐蚀技术的过程中，降低燃煤的硫含量，需要从提升燃煤的品质入手，尽可能的阻止燃煤过程中生成更多的腐蚀介质。

3.2燃烧设备

（1）浓淡风燃烧技术该技术原理是在一次风管道上安装煤粉浓缩器以后，会在相应的设备中被分成浓气流和淡气流，则这两股气流可以在一定夹角上喷入炉膛中形成向火侧与背火侧，其中背火侧的煤粉气流会形成氧化性气氛，在一定程度上改善水冷壁区域的还原性气氛，可以有效的调节燃烧时管壁附着大量腐蚀性物质的问题，对水冷壁周围的烟气成分进行灵活的控制；（2）多切圆燃烧技术该项技术的防高温腐蚀作用相对明显，通过一次风反切圆燃烧技术的应用使得烟气流速变得平稳，可以减少蒸汽因为过热而导致温度出现偏差，造成腐蚀性物质多发的问题，在强化锅炉中气流扰动的同时，该项技术能够促进锅炉中燃煤的充分燃烧，则还原性气氛就会相对减弱。从另一角度来看，一次风的方向偏转作用也能够使气流距离水冷壁较远，形成相对循环的“风包粉”形式，那么燃煤在燃烧时对水冷壁周围的氧消耗量就会减少，未能充分燃尽的燃烧物就不会冲击水冷壁，以此来减弱还原性气氛是非常有效的。

3.3运行因素

（1）合理组织配风为避免锅炉内局部出现较为严重的还原性气氛，技术人员要注意合理的配风，对炉内湍流进行缓和强化，否则配风不良的问题可能会使炉内的还原性气氛变得浓度过高，仍然需要技术人员在后续调整各类燃烧器的工作状态，所以在配风过程中，技术人员就要注意调整燃烧器的混合模式，以此来减轻高温腐蚀的作用；（2）控制煤粉细度锅炉在燃烧的过程中，如果煤粉的颗粒相对较粗，则极容易出现颗粒铁壁燃烧的情况，而这种燃烧形式会加剧水冷壁区域出现严重的还原性气氛，造成金属介质的高温腐蚀问题。从实际的调查中可见，煤粉细度处于8.5～13.5%之间时，壁管之外的腐蚀情况要更加严重，而煤粉细度为6～8%之间时，管壁的腐蚀问题则相对较轻，可见从煤粉细度上的控制也是非常重要的，可以在一定程度上对高温腐蚀的问题起到预防作用。

4燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题的对策分析

4.1加强燃煤管理的力度

要想解决燃煤电站锅炉水冷壁壁面高温腐蚀问题，工作人员一定要加强燃煤管理的力度。在条件允许的情况下，在选择燃烧材料的时候尽量用低硫煤，从而有效避免水冷壁壁面发生高温腐蚀问题，努力做到煤的含硫量低于1%。还要加上对于锅炉系统和锅炉设备的检修力度，对于那些损坏的零件要及时进行更换，以此来保障系统各设备的有效运行，避免由于设备出现故障，使得锅炉的腐蚀现象更严重。

4.2科学组织燃烧

顾名思义科学组织燃烧就是科学合理的调整入锅炉的风量和风速。在这一过程中，一定要控制好锅炉燃烧的速度以及做好锅炉风力的分配，将锅炉风和煤粉有效分离开，存在还原性气体浓度非常高的问题。在燃烧的过程中，通过降低风速来维持锅炉内煤粉燃烧的稳定性。与此同时，还能够有效缓解煤粉气流对于水冷壁壁面的冲刷和腐蚀，但是这一做法并不能从根本上解决水冷壁壁面高温腐蚀问题。对于锅炉燃烧器来说，增加第二次风量的力度能够加强煤粉气流的混合力度，从而保障锅炉燃烧的稳定性以及燃料的着火点。但是在这一过程中，值得注意的一点就是，增大第二次风量的力度可能会引发煤粉燃尽率降低的问题。

4.3努力控制好煤粉的细度

在制作煤粉的过程中，根据不同的煤种类型，会选择不同的制粉系统，如果在选择了劣质煤作为燃烧材料，这在一定程度上增加了制粉系统的压力，使得制粉系统的工作效率非常低下，很难有效分离出煤粉，使得一些煤粉没有那么细，在这类型煤粉燃烧的过程中加重了锅炉的腐蚀，因为煤粉太粗会导致燃烧效率不高，煤粉的燃尽率也比较低，导致一些没有被燃烧完的煤粉附着在水冷壁附近区域，这在一定程度上加剧了锅炉水冷壁壁面高温腐蚀的问题。因此，工作人员必须根据不同锅炉的实际情况，制定合理的煤粉细度的范围，选择相应的制粉系统。

5结语

综上所述，锅炉内部的腐蚀问题影响锅炉的使用效率和寿命，而且一些腐蚀的锅炉在使用的过程中可能会发生爆炸的现象，对于操作人员的生命财产安全带来了不利的影响，因此工作人员一定对提高对于这一问题的重视程度。

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