超临界对冲燃烧锅炉高温腐蚀研究

超临界对冲燃烧锅炉高温腐蚀研究

晋建波

江西大唐国际抚州发电有限责任公司江西抚州344126

摘要：选择6种超超临界锅炉受热面管材，利用模拟高温烟气腐蚀试验台研究SO2体积分数、管壁温度以及不同相态对其腐蚀行为的影响，并在200kW腐蚀试验台上进行实炉腐蚀试验。结果表明：SO2体积分数和管壁温度能够显著影响6种受热面管材的腐蚀程度，且气相腐蚀要远远弱于气-固相腐蚀；6种受热面管材的耐腐蚀性能从强至弱依次为HR3C、TP310、国产S30432、S30432、15CrMoG、12Cr1MoVG。在实炉腐蚀试验燃用硫分2.36%煤种时，6种受热面管材的平均年减薄量分别为0.03、0.04、0.14、0.18、0.91、1.04mm/a，其实际腐蚀情况介于高温烟气腐蚀试验的气-固相腐蚀与气相腐蚀之间。

关键词：受热面管材；腐蚀；超超临界；锅炉；

1前言

随着超临界、超超临界锅炉发电技术的发展，机组的温度和压力进一步提高，新一代高效超超临界机组参数达到了29.4MPa/605℃/622℃，高温过热器（高过）和高温再热器（高再）壁温达到650℃以上，由此带来的高过高再受热面在氧化性气氛下的腐蚀问题日益引起关注。

2试验部分

2.1试验管材

试验选用超超临界锅炉主要使用的6种受热面管材HR3C、TP310、S30432、国产S30432、15CrMoG和12Cr1MoVG。将上述管材加工成统一尺寸的圆柱体并进行编号标记，经砂纸打磨后用丙酮和超声波清洗，烘干后称重。

2.2模拟高温烟气腐蚀试验

模拟高温烟气腐蚀试验系统，该系统由配气单元、催化反应炉、高温管式试验炉以及尾气处理装置等组成。通过体积流量计精确控制N2、O2、SO2的输送量，在混气罐混合均匀后的气体进入铂金属催化反应炉，在铂的催化下反应生成SO3，催化反应炉的温度控制在550℃。N2、O2、SO2、SO3混合气体进入高温管式试验炉对试片进行腐蚀，反应完成后，尾气经NaOH碱液吸收瓶吸收后排出。高温管式试验炉通过3段电阻丝控制炉内温度。模拟高温烟气腐蚀试验系统可以模拟不同体积分数SO2、SO3气体在不同温度下对试片的腐蚀情况。

气相腐蚀试验时，将4种试验管材HR3C、TP310、S30432、国产S30432直接放入高温管式试验炉中，腐蚀温度设定为666℃，每隔24h取出1组试片，试验共进行144h。气-固相腐蚀试验时，将6种试验管材浸没在（0.9Na，0.1K）2SO4溶液中，稍后取出试样烘干，重复该过程3次。将处理好的试片置于高温管式试验炉中进行气-固相腐蚀试验，腐蚀温度设定为666℃，每隔24h取出1组试片，试验分别进行144h。

2.3200kW试验台实炉腐蚀试验

试验台可以模拟锅炉不同受热面的管壁温度和烟气温度，从而对受热面腐蚀性能进行研究。试验炉入炉热量为200kW，采用倒L型布置，炉内燃烧状态和实际锅炉接近，在炉尾部形成3级过热器及3个试验温度段，通过在对应温度段布置管材，研究烟气对管材的腐蚀情况。

试验时，将试验管材固定在内置冷却水的套筒上，将其放置于200kW腐蚀试验台水平受热面，每隔24h取出1组试片，试验共进行120h。试片取出后，使用砂纸进行打磨，再用丙酮和超声波清洗，烘干后称重。

3试验结果

3.1模拟高温烟气腐蚀试验

3.1.1SO2体积分数对腐蚀的影响

在管壁温度666℃，（SO2）=1.50%、（SO2）=0.23%气氛中分别进行腐蚀试验，不同SO2体积分数下。

3.1.2不同相态下试验管材的腐蚀程度

在（SO2）=0.23%气氛、管壁温度666℃下进行不同相态腐蚀对比试验。气相腐蚀和气-固相腐蚀条件下4种试验管材的年减薄量。气相腐蚀时，HR3C、TP310、国产S30432、S30432的平均年减薄量分别为0.01、0.02、0.09、0.11mm/a；而气-固相腐蚀时，4种试验管材的平均年减薄量分别为0.12、0.26、0.88、1.08mm/a。气-固相腐蚀条件下4种试验管材的平均年减薄量约为气相腐蚀的10倍，气相腐蚀要远远弱于气-固相腐蚀，这与文献中的结论一致。

3.2实炉腐蚀试验

在200kW腐蚀试验台进行燃用不同硫分煤种（wt，ar（S）分别为2.36%、1.50%、0.50%）的腐蚀试验，得到不同含硫量腐蚀环境中6种试验管材的腐蚀情况。燃用硫分0.50%的煤时，6种试验管材年减薄量都很低；燃用硫分1.50%的煤时，TP310与HR3C的年减薄量基本无变化，均小于0.02mm/a，S30432与国产S30432的年减薄量略有增加，但仍小于0.08mm/a，12Cr1MoVG与15CrMoG的年减薄量则显著增大至0.64~0.83mm/a；燃用硫分2.36%的煤时，HR3C、TP310、国产S30432、S30432、15CrMoG以及12Cr1MoVG的年减薄量分别为0.03、0.04、0.14、0.18、0.91、1.04mm/a。将实炉腐蚀试验结果（wt，ar（S）=2.36%）与不同相态下的模拟烟气高温腐蚀试验结果（wt，ar（S）=1.50%和wt，ar（S）=0.50%）进行对比，可以看出试验管材的实际腐蚀情况基本介于高温烟气腐蚀试验的气-固相腐蚀与气相腐蚀之间

4高温腐蚀的防止措施

4.1非表面防护措施

这些措施的主要目的是避免热负荷集中在一个地方，导致温度过高和结焦。降低水冷管壁的温度。随着温度的升高，腐蚀效果增强，腐蚀速度加快。合理的空气分布，避免了火焰中心的倾斜，也防止了熔融后的硫酸盐粘附到水冷壁上，降低了现场的腐蚀速率。第一次风速减小，第二次风速增大。严格控制煤粉的细度，保证其完全燃烧。为了防止锅炉期间遭受缺氧燃烧，炉嘴的过剩空气系数应保持合理，防止发生缺氧燃烧，并防止冷却水管的还原反应，从而有效降低高温腐蚀的程度。

4.2表面防护措施

这种方法也是防止腐蚀的主要方法。在容易腐蚀的区域，主要是覆盖隔离层的水冷管壁，以达到防腐目的。涂层的必要性是防止腐蚀和层层剥落，在应用过程中可以不断改进工艺，提高工作质量，如采用电弧喷涂技术。从工艺上看，喷淋品种的蚕丝材料的生产已经成熟。丝绸材料采用特殊陶瓷元件，在喷涂过程中形成高硬度的塑料和硬金属相。两者结合形成了高质量的防腐涂层体系。

4.3针对燃烧系统进行改造

表面和非表面措施都使用其他物质或作用于其他物质以达到防腐效果。通过对燃烧系统的改造，也可以达到防腐效果。重建工作的总体思路是预先混合，改变二次风的风量比。应降低废气与二次空气的比例，在加强空气粉作用的同时，降低燃烧室的空气等级燃烧。二次空气流通面积适当增加，火焰稳定环肋肋是改善，主燃烧器二次风量的增加，这样夹杂空气粉可以增强的影响，和排气率需要适当降低，以提高美国商会的还原性气氛。

结束语：

高温腐蚀对锅炉造成严重后果，锅炉结构不同，高温腐蚀面积不同，原因不同。但在某些方面，它的原因是常见的，比如燃料，有些解决方案是常见的。工作人员需要及时发现问题并解决，以保证锅炉的正常运行。

参考文献：

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[2]林敏杜，刘亚明.600MW超临界锅炉高温腐蚀改造方案的数值模拟研究[J].广东电力，2013，26（08）：37-40.

[3]钟万里，吴奭登，曾凡云.超临界锅炉水冷壁高温腐蚀分析及对策[J].热力发电，2009，38（12）：106-108.