王雅潔 陳必能 王婉煜 劉 軒 邵 騫

（1.中蝕國際腐蝕控制工程技術研究院（北京）有限公司，北京 100101；2.廣東博盈特焊技術股份有限公司，廣東 深圳 518055）

0 引言

火電廠水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管是高溫煙氣腐蝕最容易發(fā)生的部位，這四個部位的可靠性直接關系到火電廠能否安全運行[1]。因此，深入分析這四個部位腐蝕的成因及影響因素,并針對各種原因從不同方面探討了減輕和防止高溫煙氣腐蝕的具體措施是十分必要的。

1 高溫煙氣腐蝕機理

火電廠高溫煙氣腐蝕主要指水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管高溫煙氣測的腐蝕。煤粉鍋爐中，高溫腐蝕主要有三種硫腐蝕、熔鹽腐蝕和氯腐蝕。硫腐蝕主要發(fā)生在爐膛水冷壁上[2]；熔鹽腐蝕主要發(fā)生在高溫受熱面上，如過熱器和再熱器；氯腐蝕主要發(fā)生在小型鍋爐的過熱器上和地下鍋爐燃燒器區(qū)域的水冷壁上。

2 高溫煙氣腐蝕分類

2.1 硫腐蝕

2.1.1 腐蝕介質包括：H2S、SO2和S三種腐蝕，腐蝕性依次為S，H2S，SO2

2.1.2 腐蝕介質的產(chǎn)生及腐蝕原理

（1）H2S氣體的腐蝕

1）H2S氣體產(chǎn)生：

含硫燃料在還原性環(huán)境下燃燒，將會產(chǎn)生大量的H2S氣體。研究表明當空氣中的氧含量低于1%，H2S氣體含量就開始不斷增加，并且氧含量越低，H2S氣體含量增加的越快。

2）H2S氣體的腐蝕

H2S氣體擴散滲透到 Fe3O4中，與其中的FeO發(fā)生反應；直接與金屬Fe發(fā)生反應：

一旦氣氛中氧氣的含量增加，F(xiàn)eS就會被氧化為硫單質：

3）生成的FeO是多孔疏松的，對基體金屬不起保護作用，故腐蝕作用將一直持續(xù)下去。

（2）SO2氣體腐蝕

含硫燃料在有氧環(huán)境下燃燒：

硫化氫氣體和二氧化硫氣體反應如下：

SO2氣體的腐蝕變?yōu)閱钨|S的腐蝕。

（3）單質S腐蝕

1）單質S的來源：

a.硫化氫氣體和二氧化硫氣體反應而來：

b.當腐蝕介質中含有足夠的氧氣時還將發(fā)生如下反應：

c.環(huán)境中氧含量大一定以后（2%），氧將擴散到腐蝕層FeS中，發(fā)生如下反應：

2）單質S的腐蝕

穿透金屬表面的氧化膜到達金屬表面，并且沿著金屬晶間擴散，與內部金屬發(fā)生硫化反應，同時使得氧化膜開裂脫落，反應方程式如下：

2.2 融鹽腐蝕

2.2.1 燃煤鍋爐

（1）熔鹽腐蝕種類：堿金屬硫酸鹽腐蝕和焦硫酸鹽腐蝕；

（2）條件：腐蝕氣氛中含有一定量的SO2和SO3；

（3）熔鹽腐蝕機理。

1）堿金屬硫酸鹽腐蝕

當煙氣中含有一定量的堿金屬氧化物，同時含有一定的 SO2、SO3時，將發(fā)生如下反應：

a.去除氧化膜

生成的硫酸鹽將沉積到金屬管道表面，高溫煙氣中的SO3透過積灰層向管子表面擴散，與金屬管道表面的氧化層發(fā)生化學反應，生成低熔點的復合硫酸鹽：

b.腐蝕基體

反應生成的復合硫酸鹽熔點低，在溫度550℃～600℃范圍內具有很強的流動性和腐蝕性，還將和去除了氧化膜的金屬基體直接發(fā)生反應：

2Na3Fe(SO4)3+10Fe→3Na2SO4+[3FeS+3Fe3O4]

[3FeS+3Fe3O4]是一種黑色玻璃狀的熔融物，結構不穩(wěn)定，還將繼續(xù)被氧化；

2）焦硫酸鹽腐蝕

a.焦硫酸鹽的形成

溫度在400℃～480℃之間、煙氣中含有一定量的SO3，產(chǎn)生焦硫酸鹽，反應方程式如下：

b.焦硫酸鹽去除氧化膜和腐蝕基體

生成的焦硫酸鹽熔點很低，呈現(xiàn)熔融狀，腐蝕性能極強，將直接與金屬氧化物發(fā)生反應：

生成的復合硫酸鹽還將繼續(xù)和金屬Fe發(fā)生反應。熔融復合硫酸鹽的腐蝕活性與溫度有關，溫度在550℃～710℃之間呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)（熔融態(tài)），當溫度低于550℃時，呈現(xiàn)固態(tài)，不發(fā)生腐蝕，當溫度高于710℃時，復合硫酸鹽發(fā)生分解，釋放出SO3而生成正硫酸鹽，同樣不發(fā)生腐蝕。復合硫酸鹽Na3Fe(SO4)3在管壁溫度590℃時對金屬的腐蝕性最強，在600℃以上則發(fā)生分解；

3）鞏腐蝕

燃燒重油時，重油中的釩會形成低熔點化合物，沉積在爐膛水冷壁表面，破壞管壁氧化膜，加快腐蝕速率。一般認為：鈉是與釩反應生成低熔點化合物的主要元素，釩鈉化合物534℃時就能熔化。盡管燃料中釩的含量極低，但在鍋爐運行中，釩的化合物會不斷地沉積在爐膛受熱面上，出現(xiàn)濃縮，當累積量達到一定數(shù)值后，將發(fā)生嚴重的釩腐蝕。

2.3 氯腐蝕

（1）燃煤電廠和生物質發(fā)電；

（2）燃煤和燃油電廠中，由于煤和原油含氯較低，氯腐蝕存在的可能性不大；但垃圾發(fā)電廠中，由于垃圾中的氯含量較高，常見發(fā)生氯腐蝕[3]；

（3）對燃煤鍋爐，只有煤含氯量較高時（大于 0.35%）并且近壁處是還原性氣氛，存在一定量的CO氣體，鍋爐水冷壁就會發(fā)生嚴重的腐蝕。

1）氯的釋放

溫度范圍在400℃～600℃之間。燃煤中的氯元素在燃燒過程中以KCl的形式釋放出來，反應如下：

2）氧化膜的破壞

HCl氣體能夠破壞金屬表面的氧化膜，并且能和金屬鐵發(fā)生反應：

3）腐蝕基體

3 高溫煙氣腐蝕控制措施

根據(jù)前述火電廠高溫煙氣的腐蝕類型及腐蝕機理介紹，提出如下腐蝕控制措施。

3.1 改善燃燒區(qū)的還原氣氛

合理配風并強化爐內氣流的混合過程，同時降低空預器等設備的漏風；采用增加側邊風、貼壁風等技術，在水冷壁附近形成氧化氣氛，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。

3.2 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。應燃用含硫量低于0.8%的煤種，以降低腐蝕速率。

3.3 調整燃燒并控制煤粉細度

調整燃燒器，避免火焰對側墻的直接沖撞，加強一次風煤粉氣流的調整、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；在磨煤機出 口加裝動靜分離器，控制煤粉細度，減少腐蝕發(fā)生的概率，以降低腐蝕和磨損。

3.4 避免出現(xiàn)受熱面超溫

因為長期低負荷運行會造成過熱器管內工質流量過小，流速過低，嚴重影響了管子內外熱交換，造成管壁溫度過高，而爐膛溫度不可能 同時降低，造成管子短時間超溫。所以應盡量避免長期低負荷運行，同時控制爐內局部特別是燃燒器區(qū)域附近的火焰中心處的最高溫度及熱流密度，避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過高，減輕高溫腐蝕。

3.5 改善受熱面狀況

對水冷壁、過熱器等受熱面管進行熱噴涂，噴涂耐腐蝕材料，也可對水冷壁管進行表面補焊或改用抗腐蝕性能好的鐵素體合金鋼管或復合鋼管，以改善爐管金屬表面狀況，提高金屬材料的耐腐蝕性能。

3.6 采用低氧燃燒技術

采用低氧燃燒，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生成的二氧化硫轉化為三氧化硫的轉化率降低，而二氧化硫呈氣體狀態(tài)，它隨著煙氣經(jīng)過脫硫排入大氣，由干三氧化硫的濃度低，發(fā)生高溫腐蝕的機會就會減少。同時，由于空氣量減少，燃燒后煙氣體積減小，排煙溫度下降，鍋爐效率提高。