鍋爐水冷壁管向火側(cè)腐蝕原因及改進(jìn)措施
針對某電廠鍋爐發(fā)生的水冷壁向火側(cè)大面積腐蝕現(xiàn)象，對腐蝕管進(jìn)行了宏觀、微觀檢查，對外壁腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行了成分分析，確認(rèn)了腐蝕成因，提出了提高爐內(nèi)燃燒區(qū)的氧量、調(diào)整燃燒器及提高煤粉細(xì)度等可行的改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞〕 電廠鍋爐；水冷壁；向火側(cè)；腐蝕
某電廠1號鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用固態(tài)排渣和平衡通風(fēng)。前后墻水冷壁均為4×4排，鍋爐設(shè)計最大連續(xù)出力為1 189.96 t/h，燃燒方式為對沖懸浮，共32只低NOX雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器(DRB)布置在前后墻，鍋爐設(shè)計煤種為山西晉北煙煤。
在1號機(jī)組運(yùn)行12萬h后的大修中，發(fā)現(xiàn)鍋爐水冷壁管向火側(cè)存在嚴(yán)重的腐蝕。腐蝕區(qū)域位于鍋爐左右側(cè)墻，高度方向位于燃燒區(qū)域，水平方向在自后墻數(shù)第60～130根水冷壁管的范圍內(nèi)(側(cè)墻水冷壁管共179根)，愈靠近水冷壁中心，腐蝕愈為嚴(yán)重；至燃燒器上部的吹灰器層，水冷壁管的腐蝕明顯減輕，前后墻燃燒器周圍無腐蝕，燃燒器下部及冷灰斗區(qū)域也未發(fā)現(xiàn)有腐蝕現(xiàn)象。為了查明水冷壁管向火側(cè)腐蝕原因，對典型的腐蝕管段采取割管，進(jìn)行失效分析；在查明腐蝕原因的基礎(chǔ)上，尋求改進(jìn)措施。
1 腐蝕區(qū)域的宏觀檢查
該電廠水冷壁管選用SA213T2鋼，其規(guī)格尺寸為57.2 mm×6.35 mm，10頭內(nèi)螺紋管。圖1為腐蝕后水冷壁管屏斷面照片；圖2為兩根割管管壁減薄的宏觀照片。圖2中1號樣的向火側(cè)在焊接鰭片和管壁金屬相交處形成明顯的深弧形減薄條帶；2號樣的向火側(cè)全范圍減薄，最薄處也位于與鰭片鄰近部位，測其壁厚為2.6 mm。對1，2號樣宏觀檢驗，在外壁均未觀察到由于磨損作用而留下的犁削條紋或點(diǎn)坑、切片等痕跡，表明管壁的減薄主要是腐蝕作用的結(jié)果。
2 腐蝕管微觀組織和腐蝕形貌
腐蝕管段金相組織均為鐵素體＋珠光體，珠光體無擴(kuò)散，為片層塊狀，表明管壁無超溫現(xiàn)象。
減薄段外壁有小蝕坑存在，蝕坑內(nèi)金屬界面不規(guī)則，蝕坑底部組織無變化，無脫碳或沿晶腐蝕裂紋特征。圖3為掃描電鏡下觀察的腐蝕后外壁特征形貌。其特征與磨損減薄不同，有深入到金屬基體內(nèi)的腐蝕發(fā)生，這表明是由于向火側(cè)外壁腐蝕導(dǎo)致了管壁減薄。
3 向火側(cè)腐蝕產(chǎn)物成分分析
取向火側(cè)外表面腐蝕產(chǎn)物(圖4為外壁腐蝕產(chǎn)物宏觀形貌)，應(yīng)用EDAX DX-4型X-Ray能譜儀進(jìn)行半定量成分分析，結(jié)果(見表1)表明：腐蝕產(chǎn)物中Na，S，K元素異常高，尤其在貼管壁一側(cè)的白色垢樣上，S含量較高。Na，K，S易形成復(fù)合硫酸鹽，它們對金屬的腐蝕，與其存在的形態(tài)，對金屬表面的粘附性、浸潤性相關(guān)，以液態(tài)形式存在時，會顯著地加速金屬的腐蝕速率。
4 腐蝕原因分析
(1) 靠近側(cè)墻或后墻運(yùn)行功率較小的燃燒器，往往燃燒不均，造成局部缺氧，這時靠近水冷壁一帶的CO含量可高到10％。在不完全燃燒形成的CO還原氣氛中，未經(jīng)完全燃燒的煤粒飛向水冷壁管時，會釋放出揮發(fā)性硫和氯化物，對金屬產(chǎn)生硫化作用加速腐蝕。
(2) 持續(xù)燃燒不良或脈動火焰沖擊爐墻時，由于產(chǎn)生高溫和燃燒不完全，易產(chǎn)生熔點(diǎn)為427℃的鈉和磷的焦硫酸鹽，加速了金屬的腐蝕。
(3) 燃料中含有氯化物也是使?fàn)t管損耗的一個重要原因。煤中含氯量增加，對金屬的腐蝕速率也隨之增加。當(dāng)灰中含氯低于0.2％時，不致產(chǎn)生明顯的腐蝕；當(dāng)含氯量達(dá)到0.6％時，將造成高的腐蝕率。
5 改進(jìn)措施
5.1 降低腐蝕速率
控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蝕速率。國外研究顯示，水冷壁管常在燃料品種變化時發(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。
5.2 提高爐內(nèi)燃燒區(qū)的氧量
水冷壁向火側(cè)腐蝕又稱為“還原氣氛腐蝕”，因為燃燒器燃燒區(qū)供氧不足是腐蝕得以發(fā)展的主要因素。因此，降低空預(yù)器等設(shè)備的漏風(fēng)，提高燃燒區(qū)的氧量，可以緩解向火側(cè)腐蝕的發(fā)生。
5.3 燃燒調(diào)整
調(diào)整燃燒器，可以避免火焰對側(cè)墻的沖撞，減少腐蝕發(fā)生的幾率。在保證低NOX排放的前提下，改善燃燒區(qū)的還原氣氛，降低腐蝕速率。
5.4 提高煤粉細(xì)度
縮短磨煤機(jī)檢修間隔，在磨煤機(jī)出口加裝動靜分離器，保證煤粉細(xì)度，也可以降低腐蝕速率。
5.5 改善爐管狀況
對水冷壁管進(jìn)行表面補(bǔ)焊、熱噴涂，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。
6 結(jié)論與建議
水冷壁管向火側(cè)減薄主要是由還原性氣氛下高溫硫腐蝕造成的。還原性氣氛是水冷壁發(fā)生硫腐蝕的必要條件，局部缺氧、不完全燃燒均會形成還原性氣氛，建議采取改善燃燒的措施。比如改進(jìn)制粉，調(diào)整各燃燒器的燃料分配，增加二次風(fēng)量，改變風(fēng)煤配比和對部分側(cè)墻供給局部熱風(fēng)。
另外控制燃料中的氯和硫的含量可降低腐蝕速率，電廠應(yīng)控制進(jìn)廠燃料的質(zhì)量以保證鍋爐安全運(yùn)行。 對于已發(fā)生減薄的管段，建議在超聲測厚的基礎(chǔ)上，進(jìn)行表面熱噴涂或選用抗腐蝕性能好的合金鋼管。
管道焊接標(biāo)準(zhǔn)
