鍋爐高溫腐蝕及防止措施

1、鍋爐高溫腐蝕及防止措施 鍋爐的高溫腐蝕主要發(fā)生在燃用高硫煤的鍋爐水冷壁管和過(guò)熱器管束上。鍋爐運(yùn)行時(shí)在煙溫大于700的區(qū)域內(nèi),在高溫高壓條件下受熱面與含有高硫的腐蝕性燃料和高溫?zé)煔饨佑|,極易發(fā)生高溫腐蝕。高壓鍋爐水冷壁管的硫腐蝕主要是由于煤粉中的黃鐵礦(fes2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子,產(chǎn)生腐蝕。通常高壓鍋爐水冷壁管向火側(cè)的正面腐蝕最快,減薄得最多,假設(shè)發(fā)生爆管都在管子的正面爆開(kāi),管子的側(cè)面減薄得較少,而管子背火側(cè)幾乎不減薄,這種腐蝕給鍋爐水冷壁管造成很大威脅,嚴(yán)重時(shí),往往幾個(gè)月就得改換部分管段,給鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)很大危害。而鍋爐過(guò)熱器管的高溫腐蝕主要是由于液態(tài)的灰黏結(jié)在過(guò)熱器管壁上

2、而引起腐蝕。1 高溫腐蝕的主要原因1.1 燃燒不良和火焰沖刷繼續(xù)燃燒不良和脈動(dòng)火焰沖擊爐墻時(shí),導(dǎo)致燃燒不完全,在燃燒器區(qū)域四周的火焰中心處,當(dāng)未燃盡的焰流沖刷水冷壁管時(shí),由于煤粉具有一定的棱角,煤粉對(duì)管壁有很大的磨損作用,這種磨損將加速水冷壁保護(hù)層的破壞,在管壁的外露區(qū)段,磨損破壞了由腐蝕產(chǎn)物形成的不太牢固的保護(hù)膜,煙氣介質(zhì)便急劇地與純金屬發(fā)生反應(yīng),這種腐蝕和磨損相結(jié)合的過(guò)程,大大加劇了金屬管子的損害過(guò)程。1.2 燃料和積灰沉積物中的腐蝕成分燃用含硫量高的煤粉時(shí),煤粉中的黃鐵礦(fes2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子:fes2fes+s,而煙氣中存在的一定濃度的h2s與so2化合,也產(chǎn)生自由硫

3、原子:2h2s+so22h2o+3s。自由硫原子與約350溫度的水冷壁管相遇,發(fā)生反應(yīng):fe+sfes,3fes+5o2fe3o4+3so2,產(chǎn)生腐蝕。其次,燃料中的硫及堿性物會(huì)在爐內(nèi)高溫下反應(yīng)生成硫酸鹽,當(dāng)這些硫酸鹽沉積到受熱面上后會(huì)再汲取so3,生成焦硫酸鹽,如na2s2o7和k2s2o7。焦硫酸鹽的熔點(diǎn)很低,在通常的鍋爐受熱面壁溫下呈熔融狀態(tài),與fe2o3更容易發(fā)生反應(yīng),生成低熔點(diǎn)的復(fù)合硫酸鹽:3na2so4+fe2o3+3so32na3fe(so4)3,3k2so4+fe2o3+3so32k3fe(so4)3,當(dāng)溫度在550700時(shí),復(fù)合硫酸鹽處于融化狀態(tài),將管壁表面的fe2o3氧化保

4、護(hù)膜破壞,繼續(xù)和管子金屬發(fā)生反應(yīng),造成過(guò)熱器管的腐蝕。另外,燃料中含有氯化物也是使?fàn)t管損耗的一個(gè)重要原因。它們與煙氣中的水、硫化氫等反應(yīng)生成硫酸鹽和hcl氣體,由于hcl的存在可以使金屬表面的保護(hù)膜遭到破壞,從而加大對(duì)管壁的腐蝕。燃料中含氯量增加,對(duì)金屬的腐蝕速率也隨之增加。當(dāng)灰中含氯低于0.2%時(shí),不致產(chǎn)生顯然的腐蝕;當(dāng)含氯量達(dá)到0.6%時(shí),將造成高的腐蝕率。2腐蝕產(chǎn)物的礦物組成腐蝕產(chǎn)物內(nèi)層的物相組成主要為鐵的硫化物和氧化物 ,中間層和外層為鐵硫化物 ,鐵氧化和鋁硅酸鹽 ;對(duì)各層的組成進(jìn)行半定量分析發(fā)現(xiàn) :由內(nèi)而外鐵硫化物的含量降低 ,其含量分別為 74 %、64 %、54 %;鋁硅酸鹽含量

5、增加 ,其含量分別為中間層 22 %、外層 28 %;鐵氧化物內(nèi)層含量較高為 26 %,由于受到鋁硅酸鹽的影響 ,中間層和外層的含量有所降低 ,含量分別為 14 %、18 %,最外層受爐膛中氧氣的氧化其鐵氧化物的含量要比中間層高。鐵的硫化物和氧化物為腐蝕的產(chǎn)物 ,而硅鋁質(zhì)組分來(lái)自于粘附的燃煤飛灰顆粒 ,其腐蝕類型是硫化物型腐蝕。腐蝕產(chǎn)物顯微特征和微區(qū)分析1金相顯微和孔結(jié)構(gòu)特征腐蝕產(chǎn)物具有顯然的分層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密，外層3疏松多孔，具有大量的孔隙。內(nèi)層礦物組成比較單一，分布比較均勻，為高溫乘積的結(jié)晶礦物，光性較強(qiáng)。外層礦物組成復(fù)雜，分布不均，高溫乘積的結(jié)晶礦物中分布大量來(lái)自煤中的高溫分解形成的

6、球形非晶質(zhì)礦物。利孔隙的大量存在為腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散提供了通道，使得其可以滲透到渣層內(nèi)部與管壁發(fā)生腐蝕管壁。推測(cè)腐蝕過(guò)程為 :首先腐蝕介質(zhì) h2s或原子硫與管壁金屬氧化膜發(fā)生反應(yīng) ,使得管壁失去保護(hù)層 ,然后進(jìn)一步與管壁基體金屬反應(yīng)腐蝕管壁 ,生成鐵的硫化物。在腐蝕產(chǎn)物的最內(nèi)層主要為鐵硫化物 ,所以其它元素的含量很少 ,伴隨反應(yīng)進(jìn)行的同時(shí) ,飛灰顆粒不斷粘附到腐蝕產(chǎn)物的外層 ,在高溫條件下熔融 ,使腐蝕產(chǎn)物內(nèi)外溫差升高加速了腐蝕進(jìn)程。 1.3 還原性氣氛鍋爐的高溫腐蝕和還原性氣氛的存在有著密切相關(guān)的關(guān)系,co濃度大的地方腐蝕就大。某些部位的空氣不夠,使煤粉燃燒的過(guò)程拖長(zhǎng),未燃盡的煤粉在爐管四周分開(kāi)

7、,使碳和硫聚集在邊界層中,未燃盡碳進(jìn)一步燃燒時(shí)又形成局部缺氧,使水冷壁四周的煙氣處于還原性氣氛。由于缺氧,硫的完全燃燒和so2的形成發(fā)生困難,h2s便與受熱面金屬發(fā)生直接反應(yīng),因h2s是還原性介質(zhì),比氧化性介質(zhì)更具有腐蝕性,h2s的濃度越高,受熱面溫度越高,腐蝕速度越快,同時(shí)還原性氣氛導(dǎo)致了灰熔點(diǎn)溫度的下降和灰沉積物過(guò)程加快,從而導(dǎo)致受熱面管子的腐蝕。s腐蝕煤粉在燃燒過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定量的原子硫,其在 350400時(shí)很容易與碳鋼直接反應(yīng)生成硫化亞鐵 (fe + s fes)形成高溫硫腐蝕 ,并且從 450開(kāi)始 ,其對(duì)爐管的破壞作用相當(dāng)嚴(yán)重。生成的 s可以直接穿透管壁金屬表面保護(hù)膜 ,并沿金屬晶

8、界滲透 ,進(jìn)一步腐蝕鍋爐水冷壁并同時(shí)使氧化膜疏松 ,剝裂甚至脫落 金屬硫化腐蝕產(chǎn)物層相對(duì)基體金屬的體積比很大。2 防止高溫腐蝕的措施2.1 調(diào)整燃燒并控制煤粉細(xì)度調(diào)整燃燒器,避免火焰對(duì)側(cè)墻的直接沖撞,強(qiáng)化一次風(fēng)煤粉氣流的調(diào)整,盡可能使各燃燒器煤粉流量相等,保證燃燒器出口氣流的煤粉濃度均勻分布;在磨煤機(jī)出口加裝動(dòng)靜分開(kāi)器,控制煤粉細(xì)度,減少腐蝕發(fā)生的概率,以降低腐蝕和磨損。2.2 控制燃料中的硫和氯含量控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蝕速率。國(guó)外研究顯示,水冷壁管常在燃料品種變化時(shí)發(fā)生向火側(cè)嚴(yán)重腐蝕。燃料是控制腐蝕速率的第一道關(guān)口,應(yīng)燃用含硫量低于0.8%的煤種,以降低腐蝕速率。2.3 改善燃燒區(qū)

9、的還原氣氛合理配風(fēng)并強(qiáng)化爐內(nèi)氣流的混合過(guò)程,同時(shí)降低空預(yù)器等設(shè)備的漏風(fēng);可以采納增加側(cè)邊風(fēng)、貼壁風(fēng)等技術(shù),在水冷壁四周形成氧化氣氛,以改善燃燒區(qū)的氧量,避免出現(xiàn)局部還原性氣氛,緩解高溫腐蝕的發(fā)生。2.4 避免出現(xiàn)受熱面超溫因?yàn)殚L(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成過(guò)熱器管內(nèi)工質(zhì)流量過(guò)小,流速過(guò)低,嚴(yán)重影響了管子內(nèi)外熱交換,造成管壁溫度過(guò)高,而爐膛溫度不可能同時(shí)降低,造成管子短時(shí)間超溫。所以應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行,同時(shí)控制爐內(nèi)局部特別是燃燒器區(qū)域四周的火焰中心處的最高溫度及熱流密度,以避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過(guò)高,減輕高溫腐蝕。2.5 改善受熱面狀況對(duì)水冷壁、過(guò)熱器等受熱面管進(jìn)行熱噴涂,噴涂耐腐蝕材料,也可對(duì)水冷壁管進(jìn)行表面補(bǔ)焊或改用抗腐蝕性能好的鐵素體合金鋼管或復(fù)合鋼管,以改善爐管金屬表面狀況,提升金屬材料的耐腐蝕性能。2.6 采納低氧燃燒技術(shù)采納低氧燃燒,供給鍋爐燃燒室的空氣量減少,燃料中的硫在爐膛中與氧接觸時(shí)生成的二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低,而二氧化硫呈氣體狀態(tài),它隨著煙氣經(jīng)過(guò)脫硫排入大氣,由于三氧化硫的濃度低,發(fā)生高溫腐蝕的機(jī)會(huì)就會(huì)減少。同時(shí),由于空氣量減少,燃燒后煙氣體積減小,排煙溫度