摘 要：針對某電廠鍋爐發生的水冷壁向火側大面積腐蝕現象，對腐蝕管進行了宏觀、微觀檢查，對外壁腐蝕產物進行了成分分析，確認了腐蝕成因，提出了提高爐內燃燒區的氧量、調整燃燒器及提高煤粉細度等可行的改進措施。
關鍵詞：電廠鍋爐；水冷壁；向火側；腐蝕
某電廠1號鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環汽包爐，採用固態排渣和平衡通風。前後牆水冷壁均為4×4排，鍋爐設計最大連續出力為1 189.96 t/h，燃燒方式為對沖懸浮，共32隻低NOX雙調風旋流燃燒器(DRB)布置在前後牆，鍋爐設計煤種為山西晉北煙煤。
在1號機組運行12萬h后的大修中，發現鍋爐水冷壁管向火側存在嚴重的腐蝕。腐蝕區域位於鍋爐左右側牆，高度方向位於燃燒區域，水平方向在自后牆數第60～130根水冷壁管的範圍內(側牆水冷壁管共179根)，愈靠近水冷壁中心，腐蝕愈為嚴重；至燃燒器上部的吹灰器層，水冷壁管的腐蝕明顯減輕，前後牆燃燒器周圍無腐蝕，燃燒器下部及冷灰斗區域也未發現有腐蝕現象。為了查明水冷壁管向火側腐蝕原因，對典型的腐蝕管段採取割管，進行失效分析；在查明腐蝕原因的基礎上，尋求改進措施。
1 腐蝕區域的宏觀檢查
該電廠水冷壁管選用SA213T2鋼，其規格尺寸為57.2 mm×6.35 mm，10頭內螺紋管。圖1為腐蝕后水冷壁管屏斷面照片；圖2為兩根割管管壁減薄的宏觀照片。圖2中1號樣的向火側在焊接鰭片和管壁金屬相交處形成明顯的深弧形減薄條帶；2號樣的向火側全範圍減薄，最薄處也位於與鰭片鄰近部位，測其壁厚為2.6 mm。對1，2號樣宏觀檢驗，在外壁均未觀察到由於磨損作用而留下的犁削條紋或點坑、切片等痕迹，表明管壁的減薄主要是腐蝕作用的結果。
2 腐蝕管微觀組織和腐蝕形貌
腐蝕管段金相組織均為鐵素體＋珠光體，珠光體無擴散，為片層塊狀，表明管壁無超溫現象。
減薄段外壁有小蝕坑存在，蝕坑內金屬界面不規則，蝕坑底部組織無變化，無脫碳或沿晶腐蝕裂紋特徵。圖3為掃描電鏡下觀察的腐蝕后外壁特徵形貌。其特徵與磨損減薄不同，有深入到金屬基體內的腐蝕發生，這表明是由於向火側外壁腐蝕導致了管壁減薄。
3 向火側腐蝕產物成分分析
取向火側外表面腐蝕產物(圖4為外壁腐蝕產物宏觀形貌)，應用EDAX DX-4型X-Ray能譜儀進行半定量成分分析，結果(見表1)表明：腐蝕產物中Na，S，K元素異常高，尤其在貼管壁一側的白色垢樣上，S含量較高。Na，K，S易形成複合硫酸鹽，它們對金屬的腐蝕，與其存在的形態，對金屬表面的粘附性、浸潤性相關，以液態形式存在時，會顯著地加速金屬的腐蝕速率。
4 腐蝕原因分析
(1) 靠近側牆或后牆運行功率較小的燃燒器，往往燃燒不均，造成局部缺氧，這時靠近水冷壁一帶的CO含量可高到10％。在不完全燃燒形成的CO還原氣氛中，未經完全燃燒的煤粒飛向水冷壁管時，會釋放出揮發性硫和氯化物，對金屬產生硫化作用加速腐蝕。
(2) 持續燃燒不良或脈動火焰衝擊爐牆時，由於產生高溫和燃燒不完全，易產生熔點為427℃的鈉和磷的焦硫酸鹽，加速了金屬的腐蝕。
(3) 燃料中含有氯化物也是使爐管損耗的一個重要原因。煤中含氯量增加，對金屬的腐蝕速率也隨之增加。當灰中含氯低於0.2％時，不致產生明顯的腐蝕；當含氯量達到0.6％時，將造成高的腐蝕率。
5 改進措施
5.1 降低腐蝕速率
控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蝕速率。國外研究顯示，水冷壁管常在燃料品種變化時發生向火側嚴重腐蝕。燃料是控制腐蝕速率的第一道關口，應燃用含硫量低於0.8%的煤種。
5.2 提高爐內燃燒區的氧量
水冷壁向火側腐蝕又稱為「還原氣氛腐蝕」，因為燃燒器燃燒區供氧不足是腐蝕得以發展的主要因素。因此，降低空預器等設備的漏風，提高燃燒區的氧量，可以緩解向火側腐蝕的發生。
5.3 燃燒調整
調整燃燒器，可以避免火焰對側牆的衝撞，減少腐蝕發生的幾率。在保證低NOX排放的前提下，改善燃燒區的還原氣氛，降低腐蝕速率。
5.4 提高煤粉細度
縮短磨煤機檢修間隔，在磨煤機出口加裝動靜分離器，保證煤粉細度，也可以降低腐蝕速率。
5.5 改善爐管狀況
對水冷壁管進行表面補焊、熱噴塗，改用抗腐蝕性能好的鐵素體合金鋼管或複合鋼管，以改善爐管金屬表面狀況。
6 結論與建議
水冷壁管向火側減薄主要是由還原性氣氛下高溫硫腐蝕造成的。還原性氣氛是水冷壁發生硫腐蝕的必要條件，局部缺氧、不完全燃燒均會形成還原性氣氛，建議採取改善燃燒的措施。比如改進位粉，調整各燃燒器的燃料分配，增加二次風量，改變風煤配比和對部分側牆供給局部熱風。
另外控制燃料中的氯和硫的含量可降低腐蝕速率，電廠應控制進廠燃料的質量以保證鍋爐安全運行。 對於已發生減薄的管段，建議在超聲測厚的基礎上，進行表面熱噴塗或選用抗腐蝕性能好的合金鋼管。
