分析探讨锅炉水冷壁高温腐蚀对策__墨水学术,论文发表,发表论文,

所属栏目：机械论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:177

副标题#e#摘要：对数台燃煤锅炉水冷壁高温腐蚀原因进行分析，指出燃烧过程中一、二次风分离，预燃定型燃烧器的应用，锅炉设计及运行中存在的诸多问题是造成高温腐蚀的主要原因，并针对原因提出相应的预防对策。
　　
　　关键词：水冷壁高温腐蚀原因分析
　　
　　一、水冷壁管腐蚀内在因素分析
　　
　　水冷壁碳钢管在空气中加热时，在600℃以下氧化较慢；到800～1000℃氧化过程发生突变，氧化速率显著增加。从水冷壁碳钢管的氧化时间曲线（如图1）可以看出，最初具有抛物线特征，但其后由于表面膜的保护性能降低，腐蚀进一步加快。
　　1、气体腐蚀
　　水冷壁碳钢管在高温氧化时所形成的氧化皮，有着较复杂的结构，由铁的氧化皮结构，可以看出它由好几层不同的氧化铁组成，各氧化铁层的厚度与氧化温度、氧化时间、大气成分以及铁碳合金的组成有关。
　　在铁的氧化皮中，FeO维氏体，为P型半导体氧化物，高温时，多铁离子借助于FeO晶体中大量存在的阳离子空穴进行扩散，并在氧化皮／气体O2界面上进行氧化反应，生成FeO为不稳定的物质，不具有氧化的性能和保护作用。
　　另外水冷壁碳钢在高温与气体介质相作用，如其中含有O2、H2O、H2等气体，则发生氧化的同时，这些气体还可能与表面的Fe3C相应作用进行反应，反应结果导致表面层的渗碳体减少，这种现象称为脱碳。脱碳时由于有气体反应物生成，使表面膜的完整性受破坏，因而降低膜的保护作用；脱碳的结果还引起了金属机械性能的变化，降低了它们的表面硬度和疲劳极限。
　　在高温高压下氢和含氢的气体与普通的碳钢起强烈的作用。产生反蚀的原因是由于氢沿用晶粒边缘扩散到金属的内部，并发生如下的反应：
　　生成的CH4气体引起晶粒破坏，同时当Fe3C转变成Fe时，其体积要缩小0．7％。
　　2、热腐蚀
　　造成热腐蚀原因主要是因为燃气混合物中含有V2O5，NaSO4、K2SO4以及悬浮于热气流中的一些灰分物质，它们可能沉积在金属表面生成各种低熔点物质，在高温下以融熔状态存在，它是酸性氧化物，可以破坏金属表面的氧化膜，与金属氧化物相作用形成结构疏松的共晶混合氧化物，热腐蚀受介质成分、合金成分、温度、压力以及一些空气动力学方面的因素影响。
　　水冷壁管正是在气体腐蚀、热腐蚀的作用下，金属表面保护膜失去，并进而导致金属发生氧化。
　　
　　二、水冷壁管防护措施
　　
　　（1）防止气体腐蚀方法：改变介质气相的成分即应用保护性气体或控制气体的成分，以降低气体介质的侵蚀性，对金属表面进行防腐处理。这种保护方法主要是在金属热处理时应用，其基本原理是设法控制热处理炉中的气体。使钢铁件既不发生氧化，也不发生脱碳与渗碳。例如控制适当的H2O／H2，CO2／CO或CH4／H2比例；制造保护气体，可利用氨分解生成的N2和H2。
　　（2）控制热腐蚀的方法主要有：除去燃料中有害物质，选择较好的能耐腐蚀的合金材料，选用合适的保护涂层。
　　（3）安装时燃烧器的正确调整。
　　（4）运行中对燃烧的热态调整。
　　
　　三、腐蚀机理分析
　　
　　高温腐蚀是一个复杂的物理化学过程，尽管国内外有人做了大量的试验研究，但对腐蚀机理还不能解释得十分确切。德国e。on公司专家认为，对于大于2.5的高硫煤，在低氧（O2在0.5左右）气氛中易发生水冷壁高温腐蚀，此工况下燃烧是变化的，即O2是频繁波动的。前苏联动力技术局认为火焰直接接近水冷壁，且在局部高热负荷下易发生高温腐蚀。总的来说，发生高温腐蚀最重要的内因条件是燃料中含硫量较高，外部条件是高烟温引起水冷壁的高管壁温度和煤粉火焰贴墙，壁面强还原气氛。
　　（一）高温腐蚀原因分析
　　1.燃煤含硫较高
　　由于煤源紧张，燃煤成分变化较大，煤中硫成份含量较高，最高时达2.5左右。
　　2.高管壁温度
　　#p#副标题#e#中间水冷壁属光杆受热面，两面受热，热负荷较高，当管外壁有黏附物时，管壁温度更高。当管壁温度大于300℃时，钢管表面腐蚀的速度明显加快。
　　管壁温度与腐蚀量的关系
　　3.火焰冲刷管壁
　　（1）一次风速太高
　　对于圆形旋流燃烧器燃用烟煤时一次风配风条件为25m/s左右，实际运行时一次风门全开，一次风速在30---35m/s；
　　（2）燃烧器出口一次风四周间隙不均
　　投产初期为降低火焰中心，将下层燃烧器中心筒适当倾斜，即将中心筒出口约500mm处存在较大折口，造成出口一次风四周间距不均；
　　（3）给粉机转速只能层操
　　由于给粉机转速热工控制系统设计中只能层操，而不能单个微调，实际运行中各燃烧器的给粉量不均匀，造成有的燃烧器给粉量较大，不可避免造成局部高热负荷。
　　4.整体风量不足
　　（1）由于引风机电机额定电流限制，引风机挡板开度只能在60左右运行，再热器调节受热面入口氧量在3.5左右。
　　（2）由于设备老化，特别是空气预热器换热管磨损严重，造成较大的漏风。
　　（3）空气预热器后的防爆铁皮因腐蚀破损，小修中检查面积达300mm2，由于位置特殊不便检查，运行中不易发现。
　　5.燃烧器配风不合理
　　上下层燃烧器区域粉多风少。为了防止高温受热面超温，降低火焰中心，下层燃烧器给粉量是上层的1.6倍左右，而上下层二次风是均等配风。考虑到尾部烟道的漏风，炉内上下层燃烧器之间平均氧量1-2，局部区域最低氧量在1左右，而上层燃烧器到炉膛出口平均氧量在3左右。另外投产初期由于二次风速小，将燃烧器外筒二次风直径从Ф1270mm降到Ф1080mm，使二次风出口截面积降到0.575m2。实际运行中上下层燃烧器之间是低氧燃烧，局部壁面强还原性气氛严重。
　　
　　四、防止高温腐蚀的措施
　　
　　1、降低一次风速，避免火焰直接冲刷水冷壁
　　由于该炉采用钢球磨中间储仓式制粉系统乏气送粉，磨煤机再循环管径为Ф400×10mm，正常运行中挡板已开至最大，为达到磨煤机较佳的通风量，往往造成一次风速太高，反之降低一次风速，又影响磨煤机出力。经计算分析决定将再循环管管径增大到Ф630×10mm，从而达到降低一次风速，避免火焰直接冲刷水冷壁，又不影响制粉系统磨煤出力。
　　2、组织合理的燃烧空气动力工况
　　将下层燃烧器出口的二次风直径从Ф1080mm增大到Ф1200mm，进行冷态空气动力工况试验；按照圆形旋流燃烧器燃用烟煤的配风条件，进行热态调整试验。在保证炉膛出口最佳过量空气系数的同时，保证每个燃烧器出口风粉处于较佳工况。在保证炉内上下层燃烧器之间平均氧量不小于2.5的前提下，要保证同层8支燃烧器的风粉均匀性，其偏差值不大于5，即确保热负荷沿炉膛宽度均匀的分布，防止水冷壁局部高热负荷。从上层燃烧器标高测量炉膛温度从燃烧调整前的1600℃降到燃烧调整后的1450℃。
　　3、减少尾部烟道漏风
　　小修中将尾部烟道防爆门进行了更换，对烟道和空气预热器漏风处进行了堵漏密封工作，在满负荷工况运行时，在不超引风机额定电流的情况下，尽量开大引风机挡板，保证炉膛出口过剩空气系数不小于1.2。
　　由于燃用煤种含硫量较高，尾部烟道漏风严重，引风风量不足，炉内上下层燃烧器配风不合理，形成水冷壁壁面局部强还原性气氛，造成高温腐蚀。
　　通过燃烧调整试验，合理组织炉内燃烧工况，保证热负荷沿炉膛宽度和高度分布的均匀性，使整个壁面处于合理的氧化性气氛中运行，可以有效地防止水冷壁的高温腐蚀。
　　
　　参考文献：
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