侯 剛

（國(guó)能重慶萬州電力有限責(zé)任公司，重慶 404027）

燃煤機(jī)組作為能源生產(chǎn)的主要部分，在保障能源供應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用。然而，在燃煤機(jī)組的運(yùn)行過程中，由于燃料中硫和氧的存在，爐膛內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定量的CO 和H2S，這兩種物質(zhì)在高溫下具有強(qiáng)烈的腐蝕性，會(huì)對(duì)爐膛材料產(chǎn)生腐蝕，從而影響到機(jī)組的運(yùn)行效率和設(shè)備的使用壽命。因此，對(duì)爐膛內(nèi)CO 和H2S 的生成及其對(duì)爐膛的腐蝕機(jī)理進(jìn)行深入研究，且根據(jù)這些理論基礎(chǔ)，提出并實(shí)施有效的防腐策略至關(guān)重要。

1 CO/H2S與爐膛高溫腐蝕的關(guān)系

在燃煤電廠中，煤炭燃燒產(chǎn)生的副產(chǎn)品，如CO和H2S 在爐膛內(nèi)的存在與爐膛材料的高溫腐蝕間存在密切的關(guān)系。這種腐蝕現(xiàn)象不僅會(huì)對(duì)爐膛的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)整個(gè)電廠的運(yùn)行效率、安全性和壽命造成重大威脅。

CO 和H2S 在高溫下均能與爐膛材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生腐蝕性的化合物，如CO2和SO2，它們均具有強(qiáng)烈的氧化性，能夠加速爐膛材料的氧化過程，進(jìn)而引起腐蝕。

CO 在高溫下能與爐膛內(nèi)的金屬材料發(fā)生反應(yīng)，生成金屬氧化物和CO2。這種反應(yīng)過程中，金屬元素的氧化將導(dǎo)致爐膛材料的機(jī)械性能下降，尤其是硬度和韌性，使得材料的抗沖擊能力降低，易發(fā)生破裂、脫落等問題。

而H2S 在高溫下能與金屬元素反應(yīng)生成硫化物，如FeS，這類硫化物在高溫下易發(fā)生二次反應(yīng)，生成硫酸鹽，這些硫酸鹽具有很強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)加劇爐膛材料的腐蝕程度。此外，H2S 還可能參與其他一些腐蝕反應(yīng)。例如，H2S 可能與燃煤機(jī)組爐膛內(nèi)部的氧氣反應(yīng)，生成SO2，這種氣體在與水蒸氣接觸后會(huì)生成硫酸，硫酸具有強(qiáng)烈的酸性，會(huì)對(duì)爐膛材料產(chǎn)生嚴(yán)重的酸性腐蝕。

從這些腐蝕反應(yīng)中可看出，CO 和H2S 的生成與爐膛材料的高溫腐蝕間存在緊密的聯(lián)系。這種聯(lián)系不僅體現(xiàn)在兩者的直接反應(yīng)上，也體現(xiàn)在它們引起的一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程中。這些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，既涉及金屬材料的氧化反應(yīng)，也涉及硫、氧、水蒸氣等多種化學(xué)元素和化合物的參與。

因此，要有效控制爐膛的高溫腐蝕問題，就須從源頭上控制CO 和H2S 的生成。這就需深入了解煤炭燃燒過程，優(yōu)化燃燒條件，盡量減少CO 和H2S 的生成。同時(shí)，也需不斷提高爐膛內(nèi)CO 和H2S 的監(jiān)測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理腐蝕問題。

2 爐膛CO/H2S監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)于燃煤電廠而言，爐膛內(nèi)CO 和H2S 的有效監(jiān)測(cè)是避免高溫腐蝕、保證電廠運(yùn)行穩(wěn)定性和效率的關(guān)鍵。目前，市場(chǎng)上主要存在兩種監(jiān)測(cè)技術(shù)：在線監(jiān)測(cè)和離線監(jiān)測(cè)，這兩種監(jiān)測(cè)方式各有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在一定的局限性。

2.1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要通過在爐膛內(nèi)安裝傳感器來實(shí)時(shí)獲取CO 和H2S 的濃度數(shù)據(jù)。在這種方式下，一旦發(fā)現(xiàn)CO 和H2S 濃度超標(biāo)，可立即調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，減少CO 和H2S 的生成，從而有效控制爐膛的高溫腐蝕。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）實(shí)時(shí)性。在線監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)獲取爐膛內(nèi)的氣體濃度，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施，避免因CO 和H2S 濃度超標(biāo)導(dǎo)致的嚴(yán)重腐蝕。

（2）連續(xù)性。在線監(jiān)測(cè)可連續(xù)獲取爐膛內(nèi)氣體濃度的變化情況，可清楚了解到CO 和H2S 濃度在一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)，有助于分析和預(yù)測(cè)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

（3）便利性。在線監(jiān)測(cè)無需人工參與，可減少人工錯(cuò)誤，并且節(jié)省了大量的人力和物力。

然而，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也存在一些局限性：①設(shè)備穩(wěn)定性。由于爐膛內(nèi)溫度較高，傳感器的穩(wěn)定性和壽命成為制約在線監(jiān)測(cè)的主要因素。尤其是在高溫、高濕、高壓的燃煤電廠爐膛環(huán)境下，設(shè)備穩(wěn)定性問題更為嚴(yán)重。②準(zhǔn)確性問題。在線監(jiān)測(cè)雖然可實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，但由于環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備穩(wěn)定性問題，以及一些未知的干擾因素，可能會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 離線監(jiān)測(cè)技術(shù)

離線監(jiān)測(cè)主要是通過定期取樣，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行分析。離線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括氣相色譜法、紅外光譜法、拉曼光譜法等。

離線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）準(zhǔn)確性。離線監(jiān)測(cè)在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，可通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)操作和精確的儀器設(shè)備來獲取更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

（2）全面性。離線監(jiān)測(cè)不僅可獲取CO 和H2S 的濃度，而且可獲取其他可能對(duì)爐膛高溫腐蝕產(chǎn)生影響的氣體，如SO2、NOx等的濃度，可更全面地了解燃煤燃燒過程和爐膛內(nèi)環(huán)境。

然而，離線監(jiān)測(cè)也存在一定的局限性：①時(shí)效性。由于不能實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)，存在一定的時(shí)間滯后性，可能會(huì)錯(cuò)過一些突發(fā)的爐膛內(nèi)氣體變化。②操作復(fù)雜。離線監(jiān)測(cè)需通過專業(yè)人員進(jìn)行樣品的取樣、運(yùn)輸和分析，操作相對(duì)復(fù)雜，也可能由于操作過程中的人為因素影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.3 綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)

在線監(jiān)測(cè)和離線監(jiān)測(cè)各有優(yōu)勢(shì)與局限性，因此，現(xiàn)代燃煤電廠通常會(huì)采用綜合監(jiān)測(cè)策略，結(jié)合在線監(jiān)測(cè)和離線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確、更及時(shí)的爐膛內(nèi)氣體監(jiān)測(cè)。具體來說，可通過在線監(jiān)測(cè)獲取實(shí)時(shí)的CO 和H2S 濃度數(shù)據(jù)，并及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，從而有效防止?fàn)t膛的高溫腐蝕。同時(shí)，通過定期進(jìn)行離線監(jiān)測(cè)，獲取更準(zhǔn)確、全面的爐膛內(nèi)氣體濃度和成分信息，有助于分析煤炭燃燒過程和爐膛環(huán)境的變化，為優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

總的來說，無論是在線監(jiān)測(cè)，還是離線監(jiān)測(cè)，或是綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)，其最終目的都是為更準(zhǔn)確、更及時(shí)地獲取爐膛內(nèi)CO 和H2S 的濃度數(shù)據(jù)，通過有效的監(jiān)測(cè)和控制CO 與H2S 的生成，來減少爐膛的高溫腐蝕，提高燃煤電廠的運(yùn)行效率和安全性。

3 改善高溫腐蝕的策略

3.1 燃燒優(yōu)化

對(duì)于燃煤機(jī)組來說，燃燒過程的優(yōu)化是改善爐膛內(nèi)CO 和H2S 生成并減輕其對(duì)材料高溫腐蝕影響的重要策略之一。

3.1.1 低氧燃燒

低氧燃燒是一種有效降低燃燒污染物排放、提高燃燒效率的方法。通過降低燃燒所需的氧氣濃度，可減少燃料中硫和氧元素生成CO 與H2S 的機(jī)會(huì)，進(jìn)而降低其對(duì)爐膛的腐蝕影響。然而，過低的氧濃度可能導(dǎo)致燃燒不充分，釋放的熱量減小，這可能對(duì)電廠的運(yùn)行效率產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，低氧燃燒的實(shí)施需考慮氧濃度和燃燒效率的平衡。

3.1.2 燃料的選擇和預(yù)處理

選擇低硫燃料和進(jìn)行燃料預(yù)處理是另外兩種有效的燃燒優(yōu)化策略。低硫燃料在燃燒過程中生成的H2S較少，對(duì)爐膛的腐蝕影響較小。而燃料預(yù)處理，如燃料洗選、煤質(zhì)改良等，可去除燃料中的部分硫分和其他有害元素，也有助于降低CO 和H2S 的生成。

3.1.3 燃燒器設(shè)計(jì)和操作優(yōu)化

燃燒器的設(shè)計(jì)和操作優(yōu)化是燃燒過程控制的關(guān)鍵。優(yōu)化設(shè)計(jì)的燃燒器可保證燃料和氧氣的充分混合，提高燃燒效率，減少CO 和H2S 的生成。此外，通過調(diào)整燃燒器的運(yùn)行參數(shù)，如燃燒器的出口溫度、燃料和氧氣的流速等，也可進(jìn)一步優(yōu)化燃燒過程。

3.1.4 燃燒穩(wěn)定性保證

保證燃燒的穩(wěn)定性是另一個(gè)重要的策略。不穩(wěn)定的燃燒會(huì)導(dǎo)致燃燒溫度、氧氣濃度等參數(shù)的波動(dòng)，增加了CO 和H2S 的生成，對(duì)爐膛的腐蝕產(chǎn)生更大的威脅。通過技術(shù)手段，如先進(jìn)的控制系統(tǒng)和傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)整燃燒狀態(tài)，保證燃燒的穩(wěn)定性。

3.2 材料改進(jìn)

燃煤機(jī)組爐膛的高溫腐蝕問題，除了源頭上控制CO 和H2S 的生成外，另一個(gè)重要的改善策略是優(yōu)化爐膛的材料。對(duì)于面臨高溫、高壓和具有腐蝕性氣體環(huán)境的爐膛來說，材料的選擇和處理極為重要。

3.2.1 抗高溫腐蝕材料的選擇

材料的選擇是對(duì)抗高溫腐蝕的關(guān)鍵策略之一。理想的爐膛材料需有良好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和耐腐蝕性。例如，某些高溫合金、耐熱鋼等具有優(yōu)秀的耐高溫腐蝕性能。這些材料中的元素如鉻、鎳等，能夠在表面形成一層致密的氧化物膜，阻止或減少CO 和H2S 與材料的反應(yīng)。然而，這些材料的成本相對(duì)較高，且在某些極端條件下可能無法滿足需求。

3.2.2 表面處理技術(shù)

表面處理技術(shù)是另一個(gè)提高材料抗腐蝕能力的有效策略。表面處理技術(shù)主要包括涂層、滲層、噴涂等，能夠在材料表面形成一層防護(hù)膜，抵抗CO 和H2S 的腐蝕。例如，熱噴涂技術(shù)可在材料表面形成一層稠密的陶瓷或金屬合金層，這些涂層具有良好的耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性。而一些新型的表面處理技術(shù)，如激光熔覆、離子滲透等，也表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能和應(yīng)用前景。

3.2.3 材料性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和維護(hù)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料性能的變化并進(jìn)行必要的維護(hù)，是保證材料性能穩(wěn)定的重要措施。通過設(shè)備如熱電偶、紅外線測(cè)溫儀等，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐膛內(nèi)的溫度和材料的狀態(tài)，從而提前預(yù)防或發(fā)現(xiàn)潛在的腐蝕問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)材料性能下降或有腐蝕跡象時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，如清理腐蝕產(chǎn)物、補(bǔ)充防護(hù)涂層等，以恢復(fù)材料的性能。

3.3 化學(xué)處理

化學(xué)處理是指通過添加化學(xué)物質(zhì)來改變爐膛內(nèi)的化學(xué)環(huán)境，從而抑制CO 和H2S 的生成，或減少它們對(duì)爐膛材料的腐蝕作用。其具體應(yīng)用有：①脫硫技術(shù)。在燃煤燃燒過程中添加脫硫劑，可在燃燒階段將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或其他易處理的形式，從而減少硫化氫的生成。②抗氧化劑。通過添加抗氧化劑，可抑制爐膛內(nèi)金屬材料的氧化過程，從而降低由于CO 引起的氧化腐蝕。

3.4 應(yīng)用新型抗腐蝕技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步，一些新型的抗腐蝕技術(shù)，如納米技術(shù)、超臨界流體技術(shù)等也開始在燃煤機(jī)組中得到應(yīng)用。①納米技術(shù)。利用納米技術(shù)制備納米抗腐蝕涂層，不僅可提高涂層的附著力和耐磨性，而且可有效抵抗高溫下的CO 和H2S 腐蝕。②超臨界流體技術(shù)。超臨界流體可提高脫硫效率，有效減少硫化氫的生成。

4 結(jié)束語

在面對(duì)燃煤機(jī)組爐膛的高溫腐蝕問題時(shí)，本研究對(duì)CO 和H2S 的生成與腐蝕作用進(jìn)行了深入的理論研究，并結(jié)合現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出了一系列具有實(shí)施價(jià)值的改善策略。這些策略涵蓋了燃燒優(yōu)化、材料改進(jìn)、化學(xué)處理及應(yīng)用新型抗腐蝕技術(shù)等多個(gè)方面。

總的來說，通過對(duì)CO 和H2S 的監(jiān)測(cè)和控制，可有效改善燃煤機(jī)組爐膛的高溫腐蝕問題，提高電廠的運(yùn)行效率和安全性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。未來，還需進(jìn)一步研究和開發(fā)更高效、更可靠的監(jiān)測(cè)技術(shù)和防腐策略，以適應(yīng)電廠運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性和變化性。同時(shí)，也期待能夠通過深入的實(shí)踐和應(yīng)用，驗(yàn)證和優(yōu)化這些防腐策略的實(shí)際效果。