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煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀影响因素分析及抑制措施

文档作者：刘震杰，李昱文档来源：衢州市特种设备检验中心		点击数：	更新时间： 2022年08月27日
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第2期
2014年3月
锅炉制造
BOILER MANUFACTURING
No．2
Mar．2014
文章编号：CN23—1249(2014)02—0028—03
煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀影响
因素分析及抑制措施
刘震杰，李昱
(衢州市特种设备检验中心，浙江衢州324000)
摘要：基于某热电厂实际情况，分析该厂煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀的机理、高温腐蚀的影响因素并探讨抑制
措施。
关键词：水冷壁；高温腐蚀；抑制措施
中图分类号：TK223．3 文献标识码：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 锅炉概况
本地区某热电厂共有4台煤粉锅炉，6、7、9
号炉均为410 t／h，8号炉为280 t／h，4台锅炉均为
自然循环、水力除渣，采用直流燃烧器四角切圆燃
烧，制粉系统为钢球仓式热风送粉。4台锅炉水
冷壁均存在不同程度的高温腐蚀现象。总结该热
电厂几台炉子的历次检验的情况可以发现：
1)水冷壁高温腐蚀的区域主要集中在燃烧
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侧，均为上游邻角煤粉冲
刷导致结渣的区域，结渣发生的区域是由炉内流
动的特性所决定的，和燃烧器的调配有着极大关
系。
2)高温腐蚀区域的水冷壁表面最外层为结
焦层，结焦层以内为厚度mm量级的腐蚀产物层，
结焦层与腐蚀层均有明显的黄硫附着，腐蚀产物
外层颜色主要为棕黄色及棕褐色，质地松软，存在
分层，层间结合力差；内层颜色主要为黑褐色，致
密、完整且较为坚硬，具有一定铁磁性。
3)水冷壁腐蚀产物中含有大量的s，以及
K：O、Na20，硫化物FeS、FeS2，Fe2O3等物质，均为
收稿日期：2013—11—29
作者简介：刘震杰(1984一)，浙江衢州，硕士学位，工程师，主要从事特种设备检验、节能减排等研究。
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第2期 刘震杰，等：煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀影响因素分析及抑制措施 ·29·
高温硫腐蚀中常出现的成分。
4)高温腐蚀区域壁厚减薄情况严重。外观
检查可发现该管外表面炉膛侧区域减薄明显，通
过测厚，最薄处为1．9 mm。
2 高温腐蚀的机理分析
煤燃料中一般都含有黄铁矿，在炉膛内的燃
烧过程中，含有黄铁矿的煤粉在炉内流场的作用
下与灰粒一起冲刷水冷壁管壁，破坏管壁表面的
保护膜并黏结在管壁上，黄铁矿经火焰加热会发
生分解，当近水冷壁区域满足还原性气氛条件，且
管壁温度达到350℃左右时，硫原子就会与金属
铁发生反应，上述反应产生的硫化亚铁在高温条
件下会缓慢氧化。由于反应生成的Fe，0 质地松
散、结合力低下，容易脱落，导致管壁表面难以形
成致密、牢固的保护膜，金属管壁将会不断发生腐
蚀并导致减薄。
此外，除了化学反应，借助FeS层的半导体性
质和密集分布的深人龟裂纹，可能存在的氧气与
H2S结合，会发生电化学腐蚀，l1 从而加快腐蚀
速度，强化龟裂纹底部活化和深入。
3 影响水冷壁高温腐蚀因素分析
3．1 燃煤因素
入炉煤硫含量，其含量越多所能引发的腐蚀
越严重；煤粉细度值与灰分含量，过大的煤粉煤粉
细度值及过高的灰分都会增加着火难度，造成了
着火延迟，煤粉刷墙，火焰靠近水冷壁造成超温，
同时煤粉在近水冷壁区域燃烧耗氧，增大了水冷
壁附近的还原性气氛，为高温腐蚀的产生提供了
条件。
3．2 燃烧器的布置与调整
燃烧器的布置与调整的合理性是炉膛内温度
场与流场的决定性因素。在运行过程中由于燃烧
器配置不合理造成的不利因素对高温腐蚀的影响
主要为以下几个方面：
3．2．1 温度场异常
1)局部超温情况。在锅炉的运行过程中司
炉工需要根据燃烧时的各种情况及时调整各层燃
烧器配风，否则会导致燃烧工况恶化，火焰中心上
移，煤粉燃烧行程加长，加大了局部的超温幅度，
根据经验在300～500℃范围内，管壁外表温度每
升50℃，腐蚀程度增加一倍 J，从而加剧了高温
腐蚀。
此外，燃烧器安装角度偏差、一次风喷口的高
宽比过大、运行时选择的二次风与一次风的动量
比过大、一次风均匀性差、过高的一次风速，这些
都会加剧从燃烧器喷出的气流偏斜，导致偏烧，加
剧煤粉冲刷及火焰更加靠近水冷壁导致局部超温
现象。
2)局部低温情况。在锅炉运行过程中，由于
燃烧器的布置与调整的不合理等因素，导致同层
燃烧器各角一次风风速、给粉量、给粉细度值不均
匀，会使炉膛内的温度场和速度场分布不均匀，从
而产生温度相对偏低的区域，这一区域内的煤粉
经常会出现难以着火和难于燃尽的状况，根据经
验得出这一区域主要集中在炉膛中心区域附近。
那么，在炉内旋转气流的作用下，会使得煤粉更靠
近水冷壁，从而促发水冷壁高温腐蚀。此外，当出
现给粉工况恶化或人炉煤煤品质较差等情况时，
都会使上述情况更加恶化。
3．2．2 流场异常
1)在锅炉运行过程中，往往都会出现炉内假
想气流切圆直径过大的情况，如果未予及时做出
相应调整，会导致近水冷壁区域的高温和还原性
气氛的产生，从而促发水冷壁管的高温腐蚀。此
外，混合了煤粉颗粒和灰分的近水冷壁气流也会
对水冷壁管的表面产生冲蚀效果。
2)出于稳燃目的，运行人员往往都选择了低
一次风速和高二次风速的参数，当两者射流刚性差
值过大时就会导致风粉分离，从而促发高温腐蚀。
3．2．3 浓度场异常
由于燃烧器自身和操作上的各种原因，部分
时段会出现燃烧器供氧不足的情况，当过量空气
系数小于1．0时，硫化氢含量会急剧增加，造成水
冷壁附近还原性气氛，加剧高温腐蚀。
4 高温腐蚀的抑制措施
4．1 燃煤因素控制
尽量按设计用煤，选择硫含量低的煤种，并考
虑采取除硫措施，如将石灰石或白云粉和煤粉一
起，经燃烧器送入炉膛。
控制入炉煤粉的细度值，并保证煤粉的均匀
性。
4．2 燃烧器的调整
1)一般情况下假想切圆的大小以及各个角
气流的动量在设计时已经确定，在运行时调整的
[下转第32页]
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· 32· 锅炉制造 总第244期
3 改造后的效益
1)锅炉出力由原来的160 t／h增加到了
200 t／h，排烟温度由原来的200 oC降至130 cI二左
右，投运后一直长期稳定运行，炉膛基本不结焦，
过热器不结焦，烟道不积灰，无掉焦灭灰现象(原
来每月因掉焦灭火2—3次)。
2)改造后结合实际运行参数测算本炉效率平
均提高了6．5—6．8％，全年按6 000小时运行计算
可节省原煤8 675．16吨，节约资金3 513 439．8元
(原煤按405 吨)；厂用电率降低了1．5％ ，节约
厂用电量502 470 KW ·h，节约资金163 302．8元
(上网电价0．325 KW ·h)；发电及供热收益
8 994 366．5元(热价按37元／GJ)；改造后总收
益：12 671 109．1元；投资回收期68天。
4 结 论
本次锅炉改造以增加锅炉受热面积为主要出
发点，同时也消除了设计中直接影响锅炉效率的
部分缺陷，达到了预期的目的。燃烧器改造及空
气动力场试验，从燃烧方面组织好了炉内燃烧工
况，避免了火焰刷墙，从而避免了结焦。增加省煤
器受热面积后提高了给水温度，从锅炉整体吸热
量方面减轻了水冷壁的负担，从而得以提高锅炉
蒸发量。改造吹灰器及其汽源后，炉膛内受热面
相对干净，减小了热阻，增大了水冷壁的吸热能
力，提高锅炉蒸发量和降低了结焦。高温过热器、
低温过热器和省煤器处加装蒸汽吹灰器后，其吹
灰效果良好，受热面相对很干净，不但避免了高过
结焦，而且大大的提高了吸热能力，从而使得锅炉
蒸发量增加和排烟温度大幅度降低。包覆过热器
密封改造后，减少了水平和尾部烟道的漏风，增加
了省煤器的吸热能力，减轻了空预器的负担，从而
使得二次热风温度降至了设计要求值，还对炉内
有良好的燃烧工况提供了基础保障。
本次改造不仅提高了锅炉出力和降低了排烟
温度，为我公司创造了良好的经济效益和社会声
誉，而且节省了大量的原煤，为国家的节能减排工
作也贡献了自己的一份微薄之力。
[上接第29页]
余地是比较小的，因此运行时应严格控制假想切
圆的大小、煤粉流动量等对炉内燃烧过程的影响，
尤其在无法燃用设计煤种的情况下，应按照煤种
特性选择合适的假想切圆直径和煤粉气流动量，
以保证燃烧的合理性和稳定性。
2)目前所采用的制粉系统较为陈旧，往往会
使得各层或同层一次风问的煤粉浓度及煤粉细度
都有很大偏差，运行时也很难调整，容易造成局部
缺氧、一次风冲刷水冷壁，促使发生高温腐蚀，应
当考虑在燃烧器系统上增加风量的测量与控制、
煤粉的浓度及煤粉细度的测量与控制等调控手段
和装置，确保风煤比、煤粉的浓度等参数在设计范
围内。
4．3 水冷壁管防腐措施
目前，国内不少电厂都选择通过对锅炉进行
改造的方式来抑制高温腐蚀，如下几种措施是应
用较为普遍，且效果也得到较高认可的。
1)一、二次风技术改造。目前，对一、二次风
改造技术主要为一次风反切技术和侧边风技术，
前者通过偏转一次风角度的方式，最终起到煤粉
远离水冷壁的效果，后者通过增加二次风喷口的
方式来避免近水冷壁区域的还原性气氛，两种方
式均工艺简单，投入费用不高，也较为有效，且不
影响燃烧效率。
2)水冷壁管防腐处理目前，许多电厂锅炉采
用高温腐蚀区域水冷壁管表面喷涂技术防止高温
腐蚀，效果也不错，例如水冷壁采用等离子体喷涂
喷涂一般能确保4—5年的有效使用周期，能保证
锅炉运行性能。
参考文献
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的成因及防治[J]．北京：电力建设，2010(10)：61
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[2] 焦庆丰．大型锅炉水冷壁腐蚀与控制[J]．湖南：湖
南电力，2004(2)：5—8．
[3] 岑可发，等．锅炉和热交换其的积灰、结渣、磨损和
腐蚀的防止原理与计算[M]．北京：科技出版社，
1994

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