电站锅炉水冷壁管减薄原因分析及改进措施研究

电站锅炉水冷壁管减薄原因分析及改进措施研究

李远强

四川广安发电有限责任公司  四川 广安   638000

摘要：据统计，我国的锅炉四管泄漏导致机组停运占机组非计划停运的35%～40%，一台锅炉每年进行一次小修，每两年进行一次B级检修，每5年进行一次A级大修，但是由于煤价上涨、环保指标越来越苛刻，使得电站锅炉运行状态持续恶化，很多电厂短时间发生了多次因水冷壁减薄而导致爆管事故，给电厂造成了巨大损失。本文对电站锅炉水冷壁管减薄原因分析及改进措施进行分析,以供参考。

关键词：电站锅炉;水冷壁管;减薄原因;改进措施

引言

炉膛燃烧器分为五层，正四角布置，采用逆时针旋转的切园燃烧方式。水冷壁由前墙、后墙、左墙、右墙、延伸侧包墙和底包墙水冷壁组成，其中炉膛前墙、后墙和侧墙水冷壁均为内螺纹鳍片管，材料为20G，规格Φ44.5×5.4mm，管节距63.5mm，前墙和后墙水冷壁管均为245根，侧墙380根。

1影响因素

通过对水文残留量段的宏观检验、金相分析、沉积物分析和最近入库的煤与瓦斯分析，可以发现冷却壁蒸发的主要原因是硫化氢的高温腐蚀。伴随着大型参数驱动火力发电厂数量的增加和煤炭燃料消费的日益多样化，许多发电厂废除了燃煤的举措，这始终是被动的。此外，在大多数发电厂，必须采用低氮燃烧方法来控制氮氧化物出口的浓度，并过度减少炉内的氧气，从而在水的凉爽地区形成可恢复性气候。冷壁上的温度对冷壁上的高温影响很大。(1)冷水墙的气味:冷水墙的高温腐蚀与营地一侧的墙体调节有很大关系。壁面大气主要集中于硫化氢和二氧化碳的浓度，导致二氧化硫浓度超过300ppm，浓度超过20，000ppm时温度腐蚀加剧。(2)操作不良:四角圆窑，在低旋转和风温的情况下，火焰可能会通过其他角锥化，从而使墙壁受到辐射，导致冷水壁耐腐蚀材料轻微下降，耐腐蚀材料通过冷水壁持续扩散到管道表面，使冷水壁的温度保持恒定。

2原因分析

2.1宏观检查

取样管表面均存在较厚的沉积物，沉积物外层颜色主要为黄褐色及铁灰色;管壁呈不均均性减薄，局部呈凹凸状，减薄严重;沉积物剥落后内层颜色呈有光泽的蓝黑色，且局部质硬、结合紧密，有一定铁磁性，具有硫化物腐蚀的特征。

2.2垢层形貌检查

首次爆管向火侧内表面粗糙不平，局部区域有明显的沟槽状酸性介质腐蚀痕迹并覆盖约４ｍｍ厚的黑色硬质垢层，角爆管向火侧内表面均有红褐色、硬质腐蚀产物附着，最厚处约４ｍｍ，腐蚀严重区域的水冷壁凸起内螺纹已消失。２处爆口管段化学清洗后垢下均有明显的皿状腐蚀坑，直径约２～３ｍｍ，坑深约１～２ｍｍ。水冷壁背火侧内壁均无明显的腐蚀现象，表面附着的腐蚀产物量较少

2.3燃煤特性分析

查阅该锅炉运行资料，锅炉停炉前燃用煤质情况如下:热值Q_net．ar≈17．63MJ/kg，挥发分V_daf≈29．02%，灰分A_ar≈37．10%，全水M_ar≈5．6%，硫分S_ar≈2．5%，当燃料折算硫分S_ar，zs=(Sar/Qnet．ar)×4182大于0．2%时，为高硫分燃料。近期燃料的折算硫分为0．6%，属于典型的高硫分燃料。该锅炉部分磨煤机长期存在煤粉细度可调范围过小，煤粉细度不合格(25%左右)，极易造成煤粉着火不及时、燃烧不充分以及火焰刷墙等问题。从燃料特性及燃烧来看，具有硫化物型腐蚀倾向。

2.4金相组织检查

1)珍珠体的形状在管道组织中更加明显，珍珠体物理领域的碳排放开始消散，有一种全球化趋势，即根据相关标准测量球体辐射程度，隐喻组织的老化程度较低。考虑到锅炉的累积运行时间和金相的年代，推导了水冷壁在运行时的温度，没有过热。2)外墙有较厚的紧固件，图4显示紧固件分为层，最里面的紧固件较密，与基底金属连接良好。3)管道内壁的碳排放量约为。在语句范围内的0.25mm深度。4)管道晶体足够小，可以测量大约10度的结晶度。

2.5化学分析

向火侧和管道后部方向的管道将浸泡在含硫量为10%和浓度为10%的溶液中。焚化成火焰稳定器的溶液会释放出奇怪的卵巢气味，表明H2S气体的产生和泄漏。带着闪光管的溶液没有气味。过滤这两种溶液，并在过滤后的溶液中添加10%的硫酸，使溶液与炉边的管材短暂模糊，从而在沟底显示明显的黑色沉积，并使溶液与炉边的管材不明显。

3改进措施

3.1控制燃用煤硫分

燃煤中的硫含量越高，烟气中的H₂S以及腐蚀区域的还原性气氛浓度越大，出现腐蚀的几率就越大。因此，提高燃煤品质，降低实际锅炉燃煤中的硫含量，适当控制热值和挥发分，从根源上阻止腐蚀性介质的生成，可以有效地防止硫化物型腐蚀的发生。

3.2控制还原性气氛浓度

对锅炉运行工况进行调整，通过提高炉膛出口氧量及OFA挡板开度进行调整，燃烧器至燃尽风区域、炉前至炉后平均布置4个测点，在提高炉膛出口氧量时，燃烧器水冷壁硫化氢和CO浓度均有所下降，但是整体上还原性氛围依然较高，这与SOFA风率较高有关，通过OFA挡板开度调整，以增加主燃烧区域的氧量。当挡板开度从60%开大至80%再到100%时，贴壁附近气流中的CO和H

₂S浓度显著降低。水冷壁腐蚀速度与烟气中的H2S浓度近乎成正比，而贴壁气氛中CO也是发生高温腐蚀的必要条件，烟气中的H₂S浓度随着CO浓度的增加也会大幅增加。因此通过上述调整，贴壁附近气流中的CO和H₂S浓度显著降低，也降低了硫化物型腐蚀发生的可能性。

3.3建议措施

(1)每次暂停时，对烧伤区水冷通道进行宏观经济检查，确定壁厚，以确定强度计算确定的所需最小壁厚。壁厚在考虑到腐蚀还原率后应具有一定的剩馀值。(2)建立控制中心，记录每次调整试验的结果，计算减缩率，及时采取相应措施。(3)对冷壁高温临界区域进行表面腐蚀防喷分析，选择合适的喷涂方法和适当的喷涂材料。4)在炉内启动前进行冷通道和气流调节试验(包括第二次排气)；高温时，应调整室外空气闸，使炉内力场组织良好，以避免炉内圆形和火焰循环。

4试验分析

4.1硫酸盐型腐蚀

硫酸盐型腐蚀主要是指在高温环境下，烟气中的SO3、SO2与碱金属氧化物发生反应，形成碱性硫酸铁盐与亚硫酸铁盐，碱性硫酸铁盐会进一步与金属反应生成沉积物硫酸盐，从而使水冷壁发生硫酸盐腐蚀。

4.2外墙面挂载包括FE

构件节点分析结果表明外墙连接包含较多的o、s和Fe元素，直接接触基础主体的内层连接几乎完全是o、s和Fe元素。通过比较对含稀盐酸和硫酸溶液的火和篝火管道的化学反应结果，可以发现附件中有更多FeS，FeS是冰箱水冷壁二氧化硫气体腐蚀的重要元素，证明冷却水中的外金属被典型的二氧化硫高温腐蚀，包括氧和二氧化硫反应。硫反应是燃煤电厂溶解铁山(FeS2)热引起的s原子和电荷壁旁边热空气中H2S的反应。

结束语

通过控制燃用煤硫分、煤粉细度、还原性气氛浓度，使得该锅炉水冷壁高温腐蚀情况得以有效改善，避免了由于水冷壁腐蚀后减薄所导致的泄漏停机。

参考文献

[1]徐洪,电站锅炉水冷壁高温腐蚀成因与对策研究[J].洁净煤技术,2019,25(02):144-148.

[2]侯伟峰.电站锅炉水冷壁管结垢分析[J].石油和化工设备,2019,22(01):70-74.

[3]户如意.电站锅炉水冷壁管的疲劳失效分析[D].西安工业大学,2018.