W火焰爐防止燃燒器區(qū)域水冷壁高溫硫腐蝕的措施

1、預(yù)防“W”火焰鍋爐燃燒器區(qū)域水冷壁管防高溫硫腐蝕措施研究華能珞璜電廠 張 樹摘要：簡述燃用高硫無煙貧煤鍋爐燃燒器區(qū)域水冷壁產(chǎn)生高溫硫腐蝕的機理，提出預(yù)防高溫硫腐蝕的措施，實踐證明采用電弧噴涂FM7245CT高鉻、高鎳合金涂層是防止燃用高硫煤鍋爐水冷壁高溫硫腐蝕的有效手段。關(guān)鍵詞：”W”火焰鍋爐、高硫貧煤、高溫硫腐蝕、爆管、噴涂、噴砂、自動噴涂線、涂層、涂層測厚儀、FM72-45CT、預(yù)合金材料、熱膨脹系數(shù)1 設(shè)備概況華能珞璜電廠裝機容量為2640MW，分三期建設(shè)。一、二期分別均建設(shè)為兩臺360MW機組，配鍋爐為STEIN公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、強制循環(huán)，雙拱爐膛、，“W”形火焰燃煤，中間再熱，平

2、衡通風(fēng)，露天布置的固態(tài)排渣汽包煤粉爐；三期為兩臺600MW國產(chǎn)機組，配套鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG2030/17.45-II亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、雙拱形單爐膛”W”火焰燃煤汽包爐火焰燃煤汽包爐。一期分別于1991年9月、1992年2月投產(chǎn)，二期于19988年12月投產(chǎn)，三期分別于2006年12月、2007年1月投產(chǎn)。鍋爐設(shè)計燃煤為重慶松藻高硫無煙貧煤，煤質(zhì)見表1。表1 原煤工業(yè)分析與元素分析及灰特性成分分析表項目設(shè)計值校核值（1）工業(yè)分析（應(yīng)用基，%）揮發(fā)分VY9.315.410.21固定碳CY55.9454.861.86灰分AY30.5325.5335.53水分WY4.222.58.00（2

3、）元素分析（應(yīng)用基，%）碳CY56.0354.8961.95氫HY2.22.142.71氧OY2.140.683.24氮NY0.940.881.15硫SY4.023.505.00灰分AY30.4524.4535.45水分WY4.222.58.00揮發(fā)分VY9.315.410.21低位發(fā)熱量QYDW（kJ/kg）21604k1992423279一、二期鍋爐每臺爐配36只直流縫隙式燃燒器，燃燒器標(biāo)高為30.8米，前后拱從21m米標(biāo)高開始至拱頂（29.725m）均敷設(shè)衛(wèi)燃帶。側(cè)墻與靠近前后墻交界處敷設(shè)4米寬衛(wèi)燃帶，標(biāo)高與前后墻相同。該區(qū)域水冷壁管公稱尺寸為38×4.77mm，實際壁厚為5.

4、3mm，材質(zhì)為15CD2.05/15Mo3。#1爐從1995年12月燃燒器區(qū)域水冷壁發(fā)生第一次爆管開始，就出現(xiàn)頻繁爆管，最多時一個月出現(xiàn)過爆管6次。1號機組從投產(chǎn)至1996年6月底，累計運行時間26658h，期間爆管共發(fā)生 次。2 爆管及檢查情況2.1 #1爐爆管及檢查情況#1爐從1995年12月18日燃燒器區(qū)域水冷壁發(fā)生第一次爆管開始，發(fā)生頻繁爆管，最多時一個月爆管4次，一周爆管兩次。1號機組從投產(chǎn)至1996年6月底，累計運行時間26658h。1995年12月18日，#1爐從1995年12月8日燃燒器區(qū)域水冷壁發(fā)生第一次爆管（敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁管）。，當(dāng)時由于經(jīng)驗不足，沒有引起重視，只是將爆

5、管的水冷壁管予以更換。檢修以后的兩個月內(nèi)連續(xù)發(fā)生三次爆管，爆管區(qū)域集中在前后墻敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁區(qū)域。頻繁爆管敲響了警鐘，。電廠立即對燃燒器區(qū)域水冷壁進(jìn)行大面積檢查，發(fā)現(xiàn)情況遠(yuǎn)比預(yù)料的更為嚴(yán)重。情況如下：1995年12月18日，爐內(nèi)檢漏裝置第4號測點檢測到爐內(nèi)泄漏信號，經(jīng)停爐檢查，發(fā)現(xiàn)后墻水冷壁左起第230根管在標(biāo)高23.803mm處，壁厚減薄形成長約30mm，寬約10mm的破口，這次檢修共更換換了相鄰管子5根，換管單管長度約換管單根長度約3.3m。對更換換下來的管子進(jìn)行檢查，其觀察向火側(cè)管壁腐蝕嚴(yán)重，爆口所在管子的殘余壁厚僅為1.21.8mm，其余管子的管壁剩余管壁厚度在3.13.7mm。，

6、爆破的那根管，壁厚僅為1.21.8mm。1996年12月18日，爐內(nèi)檢漏裝置第4號測點又檢測到泄漏信號，停爐檢查，發(fā)現(xiàn)前后墻水冷壁左起第262根管，在標(biāo)高25.830mm處爆破，破口長約20mm，寬約5mm，這次又更換了相鄰3根水不冷壁管，換管單根管長度約3.3mm，破口附近130mm區(qū)域內(nèi)殘余壁厚約12mm，其余管子的管壁剩余厚度約3mm左右。為了全面檢查#1爐爐爆管區(qū)域，管壁減薄范圍，分析減薄原因并提出處理意見，1996年6月，我們對以上述兩次爆管部位分為起點向兩側(cè)延伸割管檢查，從左起第102根至187根共割管86根，單管長約3m，標(biāo)高范圍為22.69026.900m。檢測割下的管子，最小

7、壁厚都在2.9mm以下，其中0.7mm至2mm以下的管子有32根，22.5mm的管子有50根，2.62.9mm的有4根。2.2 #2爐檢查情況2機組從投產(chǎn)至1996年64月底，累計運行26054h，。燃燒器區(qū)域水冷壁鑒于#1爐衛(wèi)燃帶區(qū)域水冷壁大面積減薄一共發(fā)生過四次高溫硫腐蝕爆管。，#2爐在1996年5月14日6月8日停爐期間對該爐燃燒器區(qū)域水冷壁進(jìn)行了重點檢查，發(fā)現(xiàn)后墻B右側(cè)側(cè)上三次風(fēng)口至乏氣風(fēng)口處衛(wèi)燃帶脫落較多，去掉水冷壁表面的焦渣和殘留的衛(wèi)燃帶后進(jìn)行了管壁測厚和割管檢查，割管檢查35根，最小壁厚為3.1mm，割管標(biāo)高21.64028.146m。2.3 水冷壁衛(wèi)燃帶的檢查情況#1、#2爐燃

8、燒器設(shè)計布置在爐膛的前后拱上，、拱下（含側(cè)墻）從標(biāo)高29.72521.00m處設(shè)計敷有30mm厚的SIC（碳化硅）材料衛(wèi)燃帶，水冷壁上焊有6×25mm的耐熱不銹鋼（SICROMAL）抓銷釘，起固定衛(wèi)燃帶和傳熱作用。經(jīng)過幾年運行后檢查發(fā)現(xiàn)，部分衛(wèi)燃帶已燒損，剩余厚度為510mm，銷釘嚴(yán)重?zé)龘p，剩余長度約10mm。2.4 基本評估針對#1、#2爐衛(wèi)燃帶區(qū)域的檢查結(jié)果，我廠進(jìn)行了認(rèn)真研究、分析，。初步認(rèn)為：兩臺鍋爐燃燒器區(qū)域的水冷壁管爆管原因為都存在硫腐蝕腐蝕，而非磨損或其它原因引起的爆管。腐蝕發(fā)生在前、后墻水冷壁燃澆器以下標(biāo)高為2128m敷設(shè)衛(wèi)燃帶的區(qū)域，標(biāo)高2128m區(qū)段，沿整個爐膛寬

9、度上都存在腐蝕。#1爐比#2爐腐蝕嚴(yán)重。#2爐查到的最小壁厚為3.1mm，相應(yīng)的最大腐蝕嚴(yán)重。#2爐查到的最小壁厚為3.1mm，相應(yīng)的最大腐蝕速度為0.84mm/104h，而#1爐最大腐蝕速度為1.99mm/104h，前墻中部86根管子的平均腐蝕速度為1.24 mm/104h 。沿高度方向腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域是標(biāo)高2326.5m這一段，沿寬度方向，中間比兩側(cè)更為嚴(yán)重，無論該區(qū)域的衛(wèi)燃帶是否脫落，都存在腐蝕。3 試樣分析及腐蝕原因針對根據(jù)#1、#2爐燃燒噴燃器下方（拱下）衛(wèi)燃帶區(qū)域水冷壁管大面積腐蝕、爆管現(xiàn)象爆管這一問題，電廠多次分析后認(rèn)為是系高溫硫腐蝕所引起的。為進(jìn)一步查明腐蝕產(chǎn)生的原因、過程及機

10、理并提出可靠的解決措施，1996年電廠委托四川電力試驗研究院及美國麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）對爆管原因做了深入的進(jìn)一步分析研究，同時，ALSTOM STEIN公司也取樣進(jìn)行了深入研究?，F(xiàn)將分析情況及結(jié)論簡述如下。3.1 四川電力試驗研究研院的分析、試驗情況電廠向該院提供了#1爐1996年51月18日發(fā)生爆管水冷壁管附近的樣管，具體割管部位在爐前墻A146147，標(biāo)高23.724.4m的管段。試樣除水冷壁管外還包括抓釘銷釘、向火面附著物剝離片，融化物等。3.1.1 使用的試驗儀器及、試驗項目試驗采用了X-600掃描電子顯微儀、PV9100X射線能譜儀、JCXA-733電子探針儀、JW

11、-1840菲利普X射線衍射儀以及化學(xué)成分分析設(shè)備等。試驗項目：包括水冷壁管、抓釘銷釘材質(zhì)化學(xué)成分；水冷壁向火面、背火面金相組織分析；水冷壁管向火面外壁剝離片、融化物中含有的元素分析（半定量）及所含晶體的化合物類型；融化物中所含F(xiàn)e、S、AlL、Si四種元素成分分析等。3.1.2 試驗結(jié)果（1） 外觀特征：水冷壁內(nèi)壁無腐蝕。背火側(cè)外壁有輕微銹蝕，壁厚未減薄。向火側(cè)衛(wèi)燃帶耐火材料部分脫落，銷抓釘裸露并且燒損嚴(yán)重，抓釘銷釘長不足10mm。管外壁無論是否有無附著的融化物層，腐蝕均較嚴(yán)重。抓釘銷釘之間管壁減薄尤為嚴(yán)重，但減薄程度不同。試驗割取的管段壁厚最薄處僅為2.6mm。（2） 金相組織：向火面、背火

12、面金相組織正常，為鐵素體+珠光體。靠近腐蝕前沿的組織正常，沒有明顯的腐蝕介質(zhì)沿晶界浸入現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)機械、熱應(yīng)力腐蝕疲勞裂紋。（3） 半定量分析元素成分（利用電子探針），結(jié)果如下：1）水冷壁管向火面外壁富有元素由多到少依次為：Fe、O、S、Cr等，其中Fe、O、S為主要含有元素。2）剝離片富有元素由多到少次依次為：Fe、O、S、Cr、Si、Ni等。3）融化物富有元素由多到少依次為：Fe、S、Si、Al、Ca、Mg、Na等，其中Fe、S為主要元素，Si、Al、Ca、Mg、Na等為FeS基本體的硅酸鹽組成含量。（4）利用X射線衍射儀分析化合物類型1）向火面外壁表面晶體化合物由CSr5S6和FeS組

13、成，CSr5S6高于FeS。2）剝離片層晶體化合物類型同“1）”，但含量（或結(jié)晶度）更多多于“1）”。3）融化物中所含化合物以FeS為主，含很少量CSr5S6。（ 45）融化物中Fe、S、Al、Si四種元素化學(xué)分析：Fe、S為富有元素，Si具有一定含量（4.50%），此外還有Al等總含量4.5%的其它元素。5（6）水冷壁管、抓釘銷釘材質(zhì)分析水冷壁管材質(zhì)分析結(jié)果：Cr-Mo低合金鋼;。抓釘銷釘材質(zhì)分析結(jié)果：25Cr-19Ni高合金耐熱不銹鋼。3.2 麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）分析、試驗情況電廠向該公司提供了兩段#1爐水冷壁爆管區(qū)域的樣管，該樣管取自鍋爐標(biāo)高2128m處。即燃燒區(qū)域的管

14、段，其中樣管1，衛(wèi)燃帶耐火材料（SiC）已全部損壞已全部脫落，樣管2耐火材料部分損壞耐火材料部分脫落，鰭片區(qū)耐火材料未損壞鰭片部位耐火材料未脫落。試驗項目包括：樣管的總體特性；銹皮分析；管子腐蝕情況；抓釘銷釘腐蝕情況；焊接材料腐蝕情況；耐火材料分析；管子過熱分析。（1）樣管總體特性：樣管1僅在鰭膜片上的一些區(qū)域有耐火材料層的痕跡，在抓釘銷釘周圍和膜片鰭片上有很厚的表面銹皮殘余物，向火側(cè)的管壁厚度損失很嚴(yán)重，實測各點厚度（mm）為下列值：1.84，2.64、2.43、2.35、2.92、2.36等。在樣管2的所有表面都覆蓋著厚度不正常的銹皮。樣管鰭膜片的銹皮下有耐火材料殘余物，樣管外表面覆蓋著厚

15、達(dá)1/2英寸（12.7mm）的銹皮，在耐火材料下層也有管子腐蝕產(chǎn)物的銹皮，向火側(cè)管壁厚度（mm）降至4.01、2.15、2.90、4.16，這說明腐蝕也很仍嚴(yán)重，但不如樣管但比樣管1稍好。兩個樣管的抓釘銷釘和焊接材料屬高鉻奧氏體不銹鋼，與原始成分（Fe-20Ni-25Cr）相比較，抓釘銷釘材料受腐蝕較嚴(yán)重。（2）銹皮分析：對沉積物和腐蝕產(chǎn)物層銹皮的表面重金屬銹皮、管子界面進(jìn)行了分析。根據(jù)分析數(shù)據(jù)，樣管1、和樣管2表面的沉積物和腐蝕產(chǎn)物大致相同。銹皮表面主要含有Fe、S，并帶有K、Ca、A1、Si及Zn、Pb的沉積物，某些區(qū)域還有Cu的并的沉積物，A1和Si主要以氧化物A12O3t、 SiO2的

16、形式出現(xiàn)。在銹皮的界面區(qū)域幾乎僅含有Fe和S。在兩個樣管的該區(qū)域還發(fā)現(xiàn)少量的氯離子氣，眾所周知氯離子氣將加快鋼材的硫腐蝕。兩個樣管溶于水中的化合物有微弱酸性，pH值為56，對于燃煤鍋爐應(yīng)屬正常。銹皮橫斷面和點分析結(jié)果如下：銹皮可分為三層，外層主要含硫化鐵和氧化鐵、硫化鉛、氧化鉛，某些區(qū)域還有硫化鋅，這層被認(rèn)為是產(chǎn)生“活性”硫化物的活性層，中間層主要由硫化鐵形成，氧化鐵通過該層沉積在空隙內(nèi)，同時這層也發(fā)現(xiàn)氯氣同時這層也發(fā)現(xiàn)氯離子。內(nèi)層主要由不同種類的氧化鐵及一些硫化鐵沉積物構(gòu)成，這三層均相當(dāng)厚，中間層厚度可達(dá)幾毫厘米。（3）管子腐蝕：兩個樣管屏表現(xiàn)出相同的腐蝕特性。光管表上面和耐火材料層下面的腐

17、蝕產(chǎn)物包租疏通有些不同。首先光管上的銹皮特別厚，厚達(dá)710mm，其內(nèi)層主要含氧化鐵，外層主要由硫化鐵及一定數(shù)量的合金硅組成，這表明該層的主要部分是管子鋼材腐蝕產(chǎn)物，該層外部的一些黑點含有從煙氣中沉積下來的硅、鈉和鉀。耐火材料層下的腐蝕產(chǎn)物銹皮遠(yuǎn)比管子上面的薄，其厚度隨耐火材料層厚度的減少而增大，銹皮包括氧化鐵內(nèi)層，接著是氧化鐵、硫化鐵交織層，然后是硫化鐵層。氧化鐵（黑灰色）形成結(jié)點，甚至與硫化鐵層形成延續(xù)膜，這幾層被認(rèn)為是鋼材腐蝕的產(chǎn)物。耐火材料減少了硫進(jìn)入鋼材表面的幾率，耐火材料上的硫化物銹皮被認(rèn)為是被腐蝕管材子和煙氣的沉積物。耐火材料下的腐蝕產(chǎn)物使耐火材料與管子分隔，這遲早會引起耐火材料的

18、損壞，同時管子腐蝕肯定減弱了耐火材料與管子表面的粘接。在管屏兩個試樣中某些區(qū)域鋼材的腐蝕產(chǎn)物里有銅、磷成分及其他化合物，同時少數(shù)區(qū)域發(fā)現(xiàn)堿性成分化合物硫化鈉、硫化鉀等，在該區(qū)域水冷壁管腐蝕更為嚴(yán)重。（4）抓釘銷釘腐蝕：盡管抓釘銷釘是由高鎳鉻不銹鋼制造，但從兩個試樣中仍發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，抓釘銷釘高度由25mm腐蝕到10mm左右，抓釘銷釘頂部腐蝕最為嚴(yán)重，銹皮不很厚，但容易產(chǎn)生裂紋和剝落。抓釘銷釘側(cè)面發(fā)現(xiàn)了相同的損壞情況。所發(fā)現(xiàn)的抓釘銷釘腐蝕是奧氏體鋼極典型的腐蝕現(xiàn)象。奧氏體鋼過熱導(dǎo)致珠光體結(jié)構(gòu)的形成和鉻的分離，從而在金屬表面出現(xiàn)了貧鉻區(qū)，顯然，這就大大加快了腐蝕過程。（5）焊接層腐蝕：焊接材料

19、含微量鉻和鎳，盡管抗腐蝕能力較抓釘銷釘差，但比水冷壁管好。當(dāng)焊接材料與管子焊接形成合金時，富鐵區(qū)受到嚴(yán)重硫化作用腐蝕，從而發(fā)現(xiàn)合金焊縫的一些區(qū)域已有腐蝕孔洞出現(xiàn)。另一方面，受水冷壁管焊接的熱影響，焊縫處管子的腐蝕較無焊縫處嚴(yán)重。（6）耐火材料：由于耐火材料顆粒大小以及，施工工藝（如水灰比，密實度等）的影響（如水灰比，光實度等），使形成衛(wèi)燃帶存在有較大空隙存在，從而腐蝕介質(zhì)劑有可能滲透過耐火材料腐蝕管子。選擇較好的耐火材料及施工工藝能夠自然會降低鋼材水冷壁管的腐蝕速度。被損壞的耐火材料顯微圖顯所示：損壞是通過碳化硅和氧化鋁微粒間的縫隙裂縫發(fā)產(chǎn)生的，裂紋內(nèi)充滿硫化鐵和氧化鐵并形成空隙，管子和抓釘表

20、面通常覆蓋著腐蝕產(chǎn)物的兩層銹皮，而外層產(chǎn)物穿過耐火材料。（7）管子過熱分析：樣管向火側(cè)、水側(cè)結(jié)構(gòu)顯微圖表明管子材料晶粒大小無變化，因此，鍋爐運行期間水冷壁樣管無過熱現(xiàn)象。在管子內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)約50um厚的沉積物層，這也是很正常的現(xiàn)象。3.3 法國ALSTOM STEIN公司分析、試驗情況法國ALSTOM STEIN公司也從珞璜電廠現(xiàn)場割取樣管送回公司的實驗室進(jìn)行分析，得出的分析結(jié)果論與美國麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）的結(jié)果論一致。3.4 腐蝕爆管原因分析根據(jù)#1、#2爐衛(wèi)燃帶區(qū)水冷壁管腐蝕現(xiàn)象及樣管檢驗結(jié)果，電廠我們多次與四川省電力試驗研究院、美國麥特斯普瑞公司、法國斯坦因（STEIN）

21、公司討論并分析腐蝕原因，最終一致我們認(rèn)為華能珞璜電廠衛(wèi)燃帶區(qū)水冷壁大面積腐蝕爆管主要原因是因燃用高硫無煙貧煤造成的硫化物型的高溫硫腐蝕，同時，伴隨有堿金屬和硫酸鹽反應(yīng)所發(fā)生的硫酸鹽型高溫硫腐蝕。一般產(chǎn)生高溫硫腐蝕應(yīng)同時具備四三個條件：其一是燃煤中含硫量高；其二是燃燒器區(qū)域爐膛溫度高；其三是爐內(nèi)燃燒器區(qū)域煙氣處于還原性氣氛；四是腐蝕性的氣流與被腐蝕對象（水冷壁管）發(fā)生直接接觸。華能珞璜電廠設(shè)計燃用重慶松藻高硫貧無煙煤，設(shè)計含硫量為4.02%，實際含硫高達(dá)4%5.5%，極端情況超過6%。為保證該煤種（高硫無煙貧煤）穩(wěn)定燃燒，爐型采用“W”型鍋爐，燃燒區(qū)域采用抓釘和以碳化硅為主要成分的材料制作的衛(wèi)燃

22、帶燃燒器區(qū)域敷設(shè)衛(wèi)燃帶，其主要成分為碳化硅，。在由于燃燒器區(qū)域附近火焰溫度高達(dá)14001600，因此煤中的礦物成分容易分解產(chǎn)生SO2、SO3、H2S等氣體揮發(fā)出來。，造成這一區(qū)域煙氣中SO2、SO3、H2S等腐蝕性氣體成分較濃多，同時這個該區(qū)域的煙氣還處于還原性氣氛，它導(dǎo)致了灰熔點溫度下降和灰沉積過程加快大，大大強化了結(jié)渣現(xiàn)象。爐膛火焰溫度越高，焦渣對耐火層的侵蝕作用也越強，衛(wèi)燃帶中熱應(yīng)力增大，其表面便會產(chǎn)生裂紋、裂縫和破損現(xiàn)象。焦渣對耐火材料的侵蝕是極其復(fù)雜的物理一化學(xué)過程。這種過程包括耐火層在焦渣中的熔解，同時，高溫下耐火材料層與焦渣反應(yīng)一起生形成易熔化合物，以及流動的灰渣對耐火層的破壞等

23、。對于熔解過程及化學(xué)反應(yīng)速度影響最大的，首先是溫度，其次還有耐火層的氣孔率，焦渣的黏度等。隨著溫度的提高，熔解物化學(xué)反應(yīng)的速度更均會加快，熔解和易熔物的形成是沿著焦渣與耐火層相接觸的表面產(chǎn)生的，這種表面包括被焦渣滲入到耐火層氣孔的內(nèi)部表面，而且焦渣的黏度小時，就相當(dāng)于焦渣有高的流動性，焦渣便能很深地滲入耐火層，促使其腐蝕，同時，熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋，使液礦業(yè)熔渣滲入其中，也增加了焦渣與耐火層的接觸面積，因而加強了焦渣的腐蝕作用。流動的熔渣對于耐火層的機械破壞，也會使焦渣的腐蝕作用加劇，致使耐火層新的表面暴露出來不斷減薄。，一旦抓釘銷釘裸露，很容易被即被高溫火陷燒損，從而使得抓釘銷釘對爐襯衛(wèi)燃帶的冷

24、卻程度不夠，表面的爐襯便往下流淌表面的衛(wèi)燃帶便往下流淌，熔化到溶渣中，。耐火層不斷露出新的表面和抓釘，再加之焦渣的不斷浸蝕，這種周而復(fù)始的共同作用，便造成了使衛(wèi)燃帶的逐步損壞損壞。腐蝕介質(zhì)最終與水冷壁管直接接觸。這樣，在燃燒器區(qū)域的還原性氣氛下和高溫下，燃料受到可粘附的燃料顆粒的浸蝕，因燃料燃燒所需要的氧，從燃燒室空間無法滿足，只能由因體表面反應(yīng)所產(chǎn)生的氧去彌補，導(dǎo)致碳化硅爐襯被燒損或減薄。在這種強烈的還原性氣氛下，當(dāng)燃用然用高硫分的煤時，煤粉中的黃鐵礦FeS2將發(fā)產(chǎn)生如下反應(yīng)：FeS2+2CO+O2FeS+2CO2+(SS)當(dāng)S原子與水冷壁管直接接觸，就發(fā)生下列反應(yīng)：Fe+SFeS，以上反應(yīng)

25、的FeS2熔點很低（1195），在常見的煙溫條件下即會熔化，加上它的密度較大，所形成的熔融小球阻力小，慣性大,很容易進(jìn)入焦渣與耐火層相接觸的表面，包括耐火層氣孔和熱應(yīng)力裂縫。而且實踐中已發(fā)現(xiàn)，灰渣中的某些元素能大大強化結(jié)渣現(xiàn)象，這些元素是S、Ca、C1、Na。煤粉中的黃鐵礦（FeS2）在高溫下分解FeS2FeS+S，以及煤粉中的可燃物在氧量不足的情況下得不到完全燃燒產(chǎn)生的S，這些自由的硫原子不僅大大強化了結(jié)渣現(xiàn)象，使焦渣對耐火層的浸融加劇，同時硫一旦浸入水冷壁管壁，便與鐵發(fā)生反應(yīng)，生成FeS，從而造成水冷壁管的腐蝕。從華能珞璜電廠#1、#2爐水冷壁爆管及大面積腐蝕發(fā)生的部位來看，的特性即腐蝕發(fā)

26、生在爐膛熱負(fù)荷較高的燃燒器區(qū)域（前、后拱下），超過這個區(qū)域腐蝕明顯減弱或者無腐蝕。同時，根據(jù)割管試驗的各項結(jié)果綜合分析，認(rèn)為這種腐蝕主要是在由于燃用高硫煤的情況下，加之缺氧該區(qū)域處于還原性氣氛，由不同途徑產(chǎn)生的S與高溫的水冷壁管相遇，生成的FeS是主要反應(yīng)產(chǎn)物，即稱之為硫化物型的形象垢高溫硫腐蝕。管外壁附著的融化物（大約58mm）為焦渣對耐火層的浸蝕作用所形成的一種以硫化亞鐵為基體并含有少量硅酸鹽的易熔化合物。在含堿金屬化合物的部位同時伴隨有硫酸鹽型的高溫硫腐蝕。4 防止水冷壁高溫硫腐蝕的措施從發(fā)生高溫硫腐蝕的四個條件來分析，只要能夠有效的阻止其中任何一個條件的形成，就能夠有效防止華能珞璜電廠

27、電廠鍋爐燃燒器衛(wèi)燃帶區(qū)域水冷壁爆管發(fā)生高溫硫及大面積腐蝕。因此，要使管壁減薄的原因為燃用高硫煤，加之該區(qū)域煙氣中有還原氣氛存在。從而造成硫化物型的高溫硫腐蝕。問題查定后，我們對防腐措施做了如下探討：要徹底消除高溫硫腐蝕，最好的辦法是改燒含硫低的燃料，或燃煤入廠前經(jīng)過精選或洗煤，降低入廠，煤含硫量，釜底抽薪，從根本上消除腐蝕源，但這不是電廠自己能夠辦到的事不現(xiàn)實的。其次是將燃燒器區(qū)域爐膛溫度降低到發(fā)生高溫硫腐蝕的下限溫度，但這也是不現(xiàn)實的。只能研究適當(dāng)?shù)姆椒▉肀Ｗo燃燒器區(qū)域水冷壁管，同時研究三是如何通過運行操作盡量避免燃燒器區(qū)域出現(xiàn)還原性氣氛，這在實際運行中無法實現(xiàn)。因此，只能采取措施阻止腐蝕氣

28、流與被腐蝕對象燃燒器區(qū)域水冷壁直接接觸。我國西南地區(qū)高硫煤產(chǎn)量大，過去很多不少電廠積累了不少防腐經(jīng)驗，有的電廠采用水冷壁管壁外表面滲鋁的工藝來防腐就是一例一例。由于珞璜電廠與ALSTOM的合同談判時規(guī)定要求主要承壓部件的使用壽命為30年，因此電廠多次與法國ALSTOM STEIN公司交涉，要求STEIN公司承擔(dān)責(zé)任并提出預(yù)防高溫硫腐蝕的切實可行靠措施。針對防高溫硫腐蝕工藝，電廠與法國ALSTOM STEIN公司進(jìn)行了充分的討論、論證工作。4.1 方案選擇防止水冷壁管高溫硫腐蝕的主要常用方法有滲鋁工藝和熱噴涂工藝兩種。1、上世紀(jì)九十年代前后，滲鋁工藝在國內(nèi)廣泛應(yīng)用于燃用高硫煤鍋爐水冷壁防高溫腐蝕

29、。在使用過程中，出現(xiàn)兩個十分突出的問題，一是焊口的腐蝕，二是滲鋁層的層下腐蝕。隨著滲鋁鋼專用焊條的開發(fā)，基本上解決了現(xiàn)場焊接的焊口腐蝕問題，但滲鋁層的層下腐蝕始終未能解決，且隨著使用時間的延長，層下腐蝕越來越嚴(yán)重，且此種腐蝕常規(guī)方法無法進(jìn)行檢查(只能割取管樣檢查)，一旦發(fā)生因腐蝕爆管，將會是大面積、災(zāi)難性的?；谏鲜鲈?，原大量使用滲鋁鋼的發(fā)電用戶，紛紛尋找其他替代工藝熱噴涂工藝。2、現(xiàn)場應(yīng)用方便成熟的熱噴涂工藝主要有火焰噴涂和電弧噴涂兩種。根據(jù)國外和國內(nèi)的實際應(yīng)用效果比較，麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）噴涂FM72-45CT效果最好。從，1984年以來，全世界600多臺鍋爐噴涂了FM

30、72-45CT，噴涂面積超過300萬英尺2，對鍋爐保護，增加利用小時，減少維修，延長運行周期均有突出效果。為了確保工藝選擇的正確、可靠。ALSTOM STEIN 公司提供了四個1m×1m尺寸的試驗銷釘管屏，兩個管屏進(jìn)行滲鋁，兩個管屏進(jìn)行FM72-45CT噴涂。噴涂后的試樣全部送至ALSTOM實驗室進(jìn)行涂層結(jié)合強度、傳熱系數(shù)檢測，同時將式樣放進(jìn)模擬爐內(nèi)進(jìn)行耐高溫硫腐蝕檢測。經(jīng)過近三個月的試驗，ALSTOM STEIN的最終結(jié)論是噴涂FM72-45CT合金涂層能夠有效阻隔腐蝕煙氣介質(zhì)對水冷壁管的腐蝕，是防止鍋爐高溫硫腐蝕的有效方法。唯一的缺點是價格較高。3、麥特斯普瑞公司（METALSP

31、RAY）噴涂FM72-45CT工藝：FM72-45CT是由含45%鉻、14-4%鈦且，且以鎳為基體的高合金材料，F(xiàn)M72-45CT的金相設(shè)計是專門為在高溫下，硫化環(huán)境中運行鍋爐抗化學(xué)腐蝕而作的。FM72-45CT通過給整個管子表面和抓釘銷釘噴上鉻、鎳合金保護層物來對水冷壁進(jìn)行保護，涂層中不含鐵，F(xiàn)M72-45CT保護層物不會與鍋爐煙氣中的硫化腐蝕環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反。因此應(yīng)能有效的阻止硫滲入基底水冷壁管。因此FM72-所以45CT不是一個消耗性涂層，而是阻擋腐蝕以也止鍋爐水冷壁管變薄。實踐和研究表明經(jīng)過此涂層處理后水冷壁管在高溫硫化還原氣氛中能有效抗阻腐蝕，電噴涂FM72-45CT是采用自動噴涂

32、設(shè)備進(jìn)行噴涂，且保證95以上的被檢測點涂層厚度在0.300.40mm范圍內(nèi)（用磁性涂層測厚儀測量），噴涂效率約為50 m2/（24h）。其特點是：1）實際應(yīng)用中，F(xiàn)M72-45CT能在平均710年中可靠的保護管子正常工作。2）涂層平均耗失小于每年13um。3）FM72-45CT涂層比碳鋼的抗腐蝕能力高60倍以上。4）鉻是抗硫化腐蝕最重要元素，在有鎳的情況下，鉻含量達(dá)到40%以上，在高溫硫化環(huán)境最為有效。由于涂層合金，在噴涂過程中形成了穩(wěn)定的氧化鉻，它能阻礙在涂層中形成不穩(wěn)定的氧化鐵、氧化鎳、硫化鐵、硫化鎳，這就是保持高鉻的原因（40%以上）。氧化鉻有很致密的晶格結(jié)構(gòu)，比腐蝕元素硫質(zhì)點更緊密，這

33、種緊密結(jié)構(gòu)作為屏障限制了硫滲透穿過涂層。鎳則加強了涂層的機械性能，鎳具有超附著特性，使FM72-45CT對基體的附著非常牢固外，鎳還具有可延伸性，這一特性使FM72-45CT具有與碳鋼水冷壁管基體幾乎同樣的熱膨脹系數(shù)比，因此能夠抵抗鍋爐周期性的應(yīng)力變化，如果涂層與水冷壁管基體的熱膨脹率不同，將導(dǎo)致涂層機械脫落。鈦進(jìn)一步加強45CT的附著強度，在霧化過程中，鈦與氧反應(yīng)協(xié)助氧化鉻的形成，鈦使質(zhì)點的溫度達(dá)到最高，從而提高噴涂效率。FM72-45CT也是預(yù)合金材料，抗腐蝕涂層要預(yù)合金來保證涂層的均一的金相組織，在FM72-45CT中預(yù)合金保證了在涂層100%的任何部位地方都具有同樣的抗高溫硫腐蝕所需的

34、鉻含量。非預(yù)合金涂層由于其金相組織分布不均勻，有些部位會地方產(chǎn)生貧鉻，致至使硫分子得以通過這些區(qū)域，形成一條到達(dá)水冷壁管體的腐蝕通道，非預(yù)合金涂層。金相組織分布不均，還將使涂層變脆及至脫落。FM72-45CT涂層保證57年內(nèi)不變薄脫落，否則廠家將負(fù)責(zé)免費維修補作噴涂。5）由于能夠有效阻止腐蝕介質(zhì)與被腐蝕對象接觸，F(xiàn)M72-45CT涂層對硫化物型和硫酸鹽型高溫硫腐蝕均有效。電弧噴涂45CT噴涂價格約750美元/，噴涂時間約為50m2/（24h）。4.1 方案選擇華能珞璜電廠鍋爐衛(wèi)燃帶區(qū)水冷壁爆管及大面積腐蝕使管壁減薄的原因為燃用高硫煤，加之該區(qū)域煙氣中有還原氣氛存在。從而造成硫化物型的高溫硫腐蝕

35、。問題查定后，我們對防腐措施做了如下探討：要徹底消除高溫硫腐蝕，最好的辦法是改燒含硫低的燃料，或燃煤入廠前經(jīng)過精選或洗煤，降低入廠煤含硫量，從根本上消除腐蝕源，但這不是電廠自己能夠辦到的事。只能研究適當(dāng)?shù)姆椒▉肀Ｗo燃燒器區(qū)域水冷壁管，同時研究如何通過運行操作盡量避免燃燒器區(qū)域出現(xiàn)還原性氣氛。我國西南地區(qū)高硫煤產(chǎn)量大，過去不少電廠積累了不少防腐經(jīng)驗，有的電廠采用管壁外表面滲鋁的工藝來防腐就是一例。合同談判時要求主要承壓部件的使用壽命為30年，因此電廠多次與法國ALSTOM STEIN公司交涉，要求STEIN公司提出預(yù)防高溫硫腐蝕的切實可靠措施。同時，電廠將與麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）

36、接觸的情況向法方通報，也提供了滲鋁防腐的情況；鑒于麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）噴涂FM72的成本很高，法方提出分別向兩個防腐工藝公司提供兩個1m×1m的銷釘管屏按照各自的工藝進(jìn)行處理。處理完后將試樣全部送到ALSTOM STEIN公司的實驗室進(jìn)行檢測。主要檢測涂層與母材的結(jié)合強度、涂層空隙率，同時將試樣送進(jìn)模擬高硫煤燃燒的試驗爐內(nèi)檢測其耐高溫硫腐蝕的能力，為了在較短的時間內(nèi)得出結(jié)論，模擬爐內(nèi)為強還原性氣氛。經(jīng)過近三個月的研究，ALSTOM STEIN的結(jié)論如下：1、麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）采用FM72（45CT）涂層的效果最好，該涂層能夠有效阻隔腐蝕介質(zhì)與水冷

37、壁管的接觸。但是價格在三種工藝中最高。當(dāng)時價格為750USD/m2，青銅噴涂次之。與法國斯坦因公司進(jìn)行研究后，確定了以下綜合防腐技術(shù)改進(jìn)措施：2、滲鋁工藝3、經(jīng)過 增加方案比較內(nèi)容（1）更換前墻已腐蝕的水冷壁管屏。在與法方討論中，我方提出在二期工程（含#1、#2爐）采用耐腐性能更高的高合金管材，但法方對高合金管材沒有應(yīng)用經(jīng)驗，加之現(xiàn)場焊接，熱處理工藝?yán)щy，在技術(shù)上還不成熟，因此，只好繼續(xù)采用原有管材材質(zhì)，但管子表面必須作防腐處理。（2）抓釘更換：新更換的水冷壁抓釘改用防腐性能更好的抓釘。材質(zhì)由X15CNS25.20高合金耐熱不銹鋼改為SiCrA110鋁鉻硅合金鋼，抓釘規(guī)格由6×25m

38、m改為10×12mm，密度由1220顆/提高到2450顆/ ，達(dá)到提高抗腐能力，改善衛(wèi)燃帶冷卻效果，延長衛(wèi)燃帶、抓釘壽命。（3）選用更好的SiC涂層材料：提高爐膛拱部及前、后墻衛(wèi)燃帶SiC涂層材料，改善施工工藝，增加SiC細(xì)度、純度及衛(wèi)燃帶的密實度。新的碳化硅材料選用SiCA90，其耐磨耐腐性能遠(yuǎn)高于原設(shè)計的衛(wèi)燃帶材料。另外，鍋爐大修時，必須重點檢查衛(wèi)燃帶的完好情況、損壞區(qū)域應(yīng)及時修復(fù)，使之處于完好狀態(tài)，確保對水冷壁的有效保護。（4）調(diào)整燃燒，消除爐內(nèi)存在還原性氣氛的存在：進(jìn)一步對鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)試，為此斯坦因公司將免費提供調(diào)試所需的儀器、設(shè)備及工具，華能將配合斯坦因公司完成這一調(diào)試工

39、作，以期達(dá)到爐膛內(nèi)無還原性氣氛，燃燒穩(wěn)定的效果。（5）水冷壁管表面防腐處理：目前國內(nèi)、外普采用表面滲鋁或熱噴涂工藝作防腐處理（熱噴涂又分電弧噴涂和火焰噴涂）。我們調(diào)研了一些廠家，比較了他們產(chǎn)品的優(yōu)劣，就使用壽命，加工條件而言，噴涂都均優(yōu)于滲鋁，但費用比滲鋁高，最終我們選擇了噴涂，即鍋爐水冷壁管采用電弧噴涂45CT。噴涂廠選擇美國麥特斯普瑞公司（METALSPRAY），該公司于1984年開始使用熱噴涂工藝保護鍋爐不被沖蝕和腐蝕，1984年以來，全世界600多臺鍋爐噴涂了45CT，噴涂面積超過30m2，對鍋爐保護，增加利用小時，減少維修，延長運行周期均有突出效果。（6）電弧噴涂45CT鍋爐管子保護

40、涂層：45CT是由45%鉻、4%鈦，且以鎳為基體的高合金材料，45CT的金相設(shè)計是專門為在高溫下，硫化環(huán)境中運行鍋爐抗化學(xué)腐蝕而作的。45CT通過給整個管子表面和抓釘噴上鉻、鎳合金保護物來對水冷壁進(jìn)行保護，涂層中不含鐵，45CT保護物不會與鍋爐中的硫化環(huán)境發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能有效的阻止硫滲入基底。所以45CT不是一個消耗性涂層，而是阻擋腐蝕以也止鍋爐水冷壁管變薄。實踐和研究表明經(jīng)過此涂層處理后水冷壁管在高溫硫化還原氣氛中能有效抗阻腐蝕，電噴涂45CT是采用自動噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，噴涂效率約為50 m2/（24h）。其特點是：1）實際應(yīng)用中，45CT能在平均710年中可靠的保護管子正常工作。2）涂層平均

41、耗失小于每年13um。3）45CT涂層比碳鋼的抗腐蝕能力高60倍以上。4）鉻是抗硫化腐蝕最重要元素，在有鎳的情況下，鉻含量達(dá)到40%以上，在高溫硫化環(huán)境最為有效。由于涂層合金，在噴涂過程中形成了穩(wěn)定的氧化鉻，它能阻礙在涂層中形成不穩(wěn)定的氧化鐵、氧化鎳、硫化鐵、硫化鎳，這就是保持高鉻的原因（40%以上）。氧化鉻有很致密的晶格結(jié)構(gòu)，比腐蝕元素硫質(zhì)點更緊密，這種緊密結(jié)構(gòu)作為屏障限制了硫滲透穿過涂層。鎳則加強了涂層的機械性能，鎳具有超附著特性，使45CT對基體的附著非常牢固外，鎳還具有可延伸性，這一特性使45CT具有與碳鋼水冷壁管基體幾乎同樣的熱膨脹比，因此能夠抵抗鍋爐周期性的應(yīng)力變化，如果涂層與水冷

42、壁管基體的熱膨脹率不同，將導(dǎo)致涂層機械脫落。鈦進(jìn)一步加強45CT的附著強度，在霧化過程中，鈦與氧反應(yīng)協(xié)助氧化鉻的形成，鈦使質(zhì)點的溫度達(dá)到最高，從而提高噴涂效率。45CT也是預(yù)合金材料，抗腐蝕涂層要預(yù)合金來保證涂層的均一的金相組織，在45CT中預(yù)合金保證了在涂層100%的地方都具有同樣的抗硫所需的鉻含量。非預(yù)合金涂層由于其金相組織分布不均勻，有些地方產(chǎn)生貧鉻，至使硫分子得以通過這些區(qū)域，形成一條到達(dá)水冷壁管體的腐蝕通道。金相組織分布不均，還將使涂層變脆及至脫落。45CT涂層保證7年內(nèi)不變薄脫落，否則廠家將負(fù)責(zé)免費維修補作噴涂。電弧噴涂45CT噴涂價格約750美元/，噴涂時間約為50m2/（24h

43、）。4.2 實施情況 增加方案比較內(nèi)容在與法國斯坦因公司進(jìn)行研究后，最終確定采用麥特斯普瑞公司（METALSPRAY）噴涂45CT涂層為主要手段，再輔助其他方法的綜合防護措施。實施情況如下。（1）STEIN公司在#1爐燃燒器一次風(fēng)噴口與前后墻水冷壁之間設(shè)計引入一股二次風(fēng)作為風(fēng)簾以防止腐蝕氣流貼壁。從改造后的運行情況看，沒有實際效果。兩年以后拆除。（2）更換#1、#2爐前、后墻已腐蝕的燃燒器區(qū)域的所有水冷壁管屏（標(biāo)高2128m）。在與法方討論中，我方提出在二期工程（含#1、#2爐）采用耐腐性能更高的高合金管材，但法方對高合金管材沒有應(yīng)用經(jīng)驗，加之現(xiàn)場焊接，熱處理工藝?yán)щy，在技術(shù)上還不成熟，因此，

44、只好繼續(xù)采用原有管材材質(zhì)，但管子表面必須作防腐處理。（2）抓釘銷釘更換：新更換的水冷壁抓釘改用防腐性能更好的抓釘。材質(zhì)由X15CrNiS25.20高合金耐熱不銹鋼改為SiCrA110鋁鉻硅合金鋼，抓釘銷釘規(guī)格由6×25mm改為10×12mm，密度由1220顆/提高到2450顆/ ，達(dá)到提高抗腐能力，改善衛(wèi)燃帶冷卻效果，延長衛(wèi)燃帶、抓釘銷釘壽命。（3）選用更好的SiC涂層材料：提高爐膛拱部及前、后墻衛(wèi)燃帶SiC涂層材料，改善施工工藝，增加SiC細(xì)度、純度及衛(wèi)燃帶的密實度。新的碳化硅材料選用SiCA90，其耐磨耐腐性能遠(yuǎn)高于原設(shè)計的衛(wèi)燃帶材料。另外，鍋爐大修時，必須重點檢查衛(wèi)燃

45、帶的完好情況、損壞區(qū)域應(yīng)及時修復(fù)，使之處于完好狀態(tài)，確保對水冷壁的有效保護。（4）調(diào)整燃燒，消除爐內(nèi)存在還原性氣氛的存在：進(jìn)一步對鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)試，為此斯坦因公司將免費提供調(diào)試所需的儀器、設(shè)備及工具，華能將配合斯坦因公司完成這一調(diào)試工作，以期達(dá)到爐膛內(nèi)無還原性氣氛，燃燒穩(wěn)定的效果。（5）水冷壁管表面防腐處理：鍋爐燃燒區(qū)域水冷壁管采用電弧噴涂FM72-45CT。噴涂施工單位選擇美國麥特斯普瑞公司（METALSPRAY），涂層厚度0.230.405mm。為了確保其結(jié)合強度，噴涂前噴砂形貌處理必須采用16#棕剛玉，噴砂后用粗糙度儀進(jìn)行測量，基體的表面粗糙度必需在35mil之間方可進(jìn)行噴涂作業(yè)。由于是

46、換管，我們選擇的是在地面進(jìn)行電腦控制自動噴涂以確保涂層的穩(wěn)定性和均勻性，同時提高效率；安裝以后再對對接焊縫以及鰭片焊縫進(jìn)行補噴。下圖是自動噴涂作業(yè)情景。華能重慶珞璜發(fā)電有限責(zé)任公司水冷壁管屏自動噴涂現(xiàn)場 （4）鑒于一期鍋爐的腐蝕情況，二期鍋爐在安裝前對燃燒器區(qū)域水冷壁管（含爐拱）按照一期工藝進(jìn)行防高溫硫腐蝕噴涂。4.3、噴涂后的效果 #1、#2爐于1997年完成水冷壁更換、噴涂工作后投運，至今已安全運行近12年約9萬小時，噴涂部位從未發(fā)生過爆管。#3、#4爐自1998年12月投產(chǎn)以來，從未發(fā)生過高溫硫腐蝕爆管。噴涂以后每年檢修時均對每臺爐的涂層厚度進(jìn)行檢測，其減薄速度低于10微米/a，目前剩余的涂層厚度為0.200.30mm，但是一、二次風(fēng)噴口部位