电厂锅炉受热面腐蚀及预防措施
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作者: 杨军
摘要：锅炉受热面腐蚀问题长期以来一直是导致国内外火电机组强迫停机的主要原因。我国火电事故的统计表明电站锅炉受热面管子由于腐蚀爆漏约占全部锅炉事故的70%，其中过热器再热器约占35%。而且随着旧机组服役时间的增加及新机组投产量和参数的提高，这类事故还有逐年上升的趋势，是影响安全发供电的主要因素。本文分析了锅炉高温腐蚀的成因和特点，提出一些预防锅炉高温腐蚀的措施，以求对锅炉的安全经济运行有所裨益。
关键词：电厂锅炉 受热面腐蚀 预防措施
锅炉受热面主要是指锅炉的水冷壁，过热器，省煤器，再热器，其中再热器只存在于大容量锅炉上。水冷壁、过热器、省煤器、再热器主要由各种直径的管子组成，其外部是高温火焰和烟气，通过辐射或对流将热量传递给内部流动的高压汽水介质，火电厂一旦发生受热面泄漏就只有采取强迫停炉，进行抢修，严重影响火力发电厂的正常生产，造成巨大的经济损失。因此，锅炉受热面的安全稳定运行，直接与电厂的安全稳定经济运行联系在一起，有效地减少和防止锅炉受热面泄漏可以为企业带来巨大经济利益和社会效益。
1 锅炉腐蚀的成因和特点
锅炉停用期间，因空气进入锅内发生结露、锅水与空气中的氧气对锅炉钢材产生的侵蚀叫停炉腐蚀。当下列三个因素同时存在时，停炉腐蚀就有可能发生：
①锅炉金属表面没有足够的保护膜（包括水垢、油漆或疏水性烷基化合物）使之与空气、水隔离；
②停炉期间锅炉压力低于大气压力，空气侵入锅炉内时氧气作为钢材腐蚀的氧化剂；
③锅炉内有水或空气中的水蒸汽在锅内结露产生水滴，成为腐蚀的中间介质。当锅内的水为酸性或强碱性时可单独构成腐蚀，水中有较高浓度的CL-、SO42-时，可加速停炉腐蚀。与自然环境中的钢材在水中腐蚀不同的是，在锅炉内，由于水难以蒸发干燥，而水蒸汽（包括空气中的水蒸汽）极易结露形成水滴，所以产生的腐蚀大多数为局部腐蚀或氧浓差电池腐蚀，与一般腐蚀相比，破坏性更大。
2 锅炉受热面腐蚀及预防
锅炉受热面腐蚀减薄损坏，因涉及范围较大，一旦暴露，常导致重复爆漏停炉，而且修复工作量大，因此预防及保护设备不受腐蚀是提高机组可用率必须解决的基本任务之一。汽、水侧腐蚀按其机理分，包括苛性腐蚀、氢损害、氧腐蚀、垢下腐蚀及应力腐蚀。烟气侧腐蚀包括水冷壁向火侧腐蚀、高温煤灰（油灰）腐蚀和低温腐蚀。国内电厂曾因垢下腐蚀，水冷壁氢损坏及向火侧腐蚀，导致大面积换管。曾有一台锅炉由于斜顶棚内的下降管外壁腐蚀爆破造成一死六伤的重大人身事故。国外一些超临界机组曾发生因过热器管内壁氧化皮脱落，被蒸汽带入汽机而引起喷嘴、叶片的固体硬粒侵蚀。
2.1 水冷壁管的垢下腐蚀的预防
水冷壁管垢下腐蚀是以紧贴管壁的垢下管壁为阳极，外围表面为阴极所构成的局部电池作用引起的电化学损害，严重时可导致鼓包或腐蚀穿孔。一台1025t/h炉在半年内先后停炉3次处理水冷壁管鼓包、穿孔。主要原因是凝汽器铜管泄漏，给水硬度长期严重超标（标准是2Epb，最大竞达392Epb，超标时间占运行时间25％左右），其次是停炉保养效果不好；基建酸洗质量不好；与给水含铁量超标；分析认为采用Na3PO4炉内处理时大量向炉内加入Na3PO4调节炉水的pH值也不够妥当等。当前防止垢下腐蚀最主要的防范措施是解决凝汽器泄漏后给水硬度超标问题；要加强给水含铁量的检测与控制；对已结垢的水冷壁进行化学清洗。总之，要加强化学监督工作。
对于超临界直流炉由于给水水质纯度较高组必须采用挥发性处理。所以美国通常采用氨－联氨方式，而德国和前苏联推荐采用氨－氧处理和中性水加氧的方式。前苏联试验肯定了中性水加氧的方式。我们推荐采用加氧处理方式。当然，采用何种方式还与汽水系统中管道、阀门所用的材料有关，需综合考虑。
2.2 水冷壁管氢损坏的预防
水冷壁管氢损坏原因是受热面内壁结垢，加以炉水处于低pH值状态。当时入凝结水系统的酸性盐类在水冷壁管垢下浓缩，氢原子进入管壁金属组织中与碳化铁作用生成甲烷，使钢材晶间强度下降。发生氢损害时，管壁几乎没有明显减薄，有时发生“开窗式”破裂。所以一般的超声探伤技术难以发现发生氢损害使金属变脆的位置，使故障处理复杂化。
鉴于一些火电厂热力设备腐蚀、结垢严重，甚至导致有些锅炉频繁爆管的情况，中电联出了一本《火电厂化学监督及水处理技术资料选编》，提出了加强化学监督，特别是从基建到生产全过程执行部颁规程的意见十分重要。
已投产电厂一旦发生管壁很少减薄的脆性破坏，宜割管检查，通过多相或宏观侵蚀试验，判断是否是氢损坏。若经确认是氢脆损坏，则其对策是化学清洗并更换已发生材料强度下降或管壁减薄的管子。
由于氢损坏是属于垢下发生的二次腐蚀，所以防范措施应补充：①严格控制锅水质量，不使管内壁腐蚀结垢；②发现腐蚀时要采取措施清洗管壁防止结垢；③防止凝汽器管泄漏，特别要控制锅炉水中酸性盐类，如Mgcl2等盐类存在；④监测饱和蒸汽中含氢量。
2.3 水冷壁向火侧腐蚀及其预防
水冷壁向火侧腐蚀是指水冷壁外壁在还原性气氛中，挥发性硫、氯化物及熔融灰渣作用下，使管壁减薄引起的故障。水冷壁向火侧腐蚀不可能发生在燃烧区域的氧化气氛中。一氧化碳，包括未燃烧的煤粒冲刷管壁，在硫酸盐和氨氯化物的作用下加速腐蚀，导致管壁减薄，当其腐蚀速度超过25μm/103h时，表示已有明显腐蚀。此外低熔点的钠、磷的焦硫酸盐甩落在水冷壁管外表，能熔掉管外表的氢化铁保护层，也使金属受到腐蚀。超临界压力锅炉因其布置特点及壁温相对较高，容易发生圆周方向的沟槽或裂纹。
由于水冷壁向火侧腐蚀涉及燃烧器区域附近一批管子的安全问题，严重时1～2万小时就要更换一批水冷壁管，所以应予以重视。
预防水冷壁向火侧腐蚀的措施是：
①控制喷燃器喷射角度与烟气氧量，避免未燃煤粉与还原性气体冲刷水冷壁；
②采用渗铝管或火焰喷涂的方法提高水冷壁管的抗腐蚀能力；
③在降低烟气含氧量采用低氧燃烧或为降低NOX而采用二次燃烧法时，要注意可能出现的向火侧腐蚀。
2.4 低温腐蚀
低温腐蚀是烟气中的硫酸、亚硫酸在低于露点的受热面上凝结，使受热面腐蚀的一种现象。煤、油含硫量高、壁面温度低是产生低温腐蚀的主要原因，大容量电站锅炉低温腐蚀主要发生在空气预热器。一般情况下，空气预热器低温腐蚀并不构成事故，但影响机组的长期安全可靠运行，增加检修工作量，并降低锅炉经济性。个别情况下，由于不均匀的堵灰、腐蚀，使烟、风压随回转式空气预热器的旋转而周期性变化，当影响燃烧稳定及自动控制质量时，可能成为锅炉强迫停用的因素之一。采用低硫煤、炉内脱硫等措施有利于防止低温腐蚀；采用耐腐蚀材料、改变传热元件型线，采用玻璃管预热器、热管式空气预热器，加装暖风器等都是防止低温腐蚀的措施。
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