鍋爐的高溫腐蝕主要發(fā)生在燃用高硫煤的鍋爐水冷壁管和過熱器管束上。鍋爐運行時在煙溫大于700℃的區(qū)域內(nèi),在高溫高壓條件下受熱面與含有高硫的腐蝕性燃料和高溫煙氣接觸,極易發(fā)生高溫腐蝕。高壓鍋爐水冷壁管的硫腐蝕主要是由于煤粉中的黃鐵礦(FeS2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子,產(chǎn)生腐蝕。通常高壓鍋爐水冷壁管向火側(cè)的正面腐蝕最快,減薄得最多,若發(fā)生爆管都在管子的正面爆開,管子的側(cè)面減薄得較少,而管子背火側(cè)幾乎不減薄,這種腐蝕給鍋爐水冷壁管造成很大威脅,嚴重時,往往幾個月就得更換部分管段,給鍋爐的安全經(jīng)濟運行帶來很大危害。而鍋爐過熱器管的高溫腐蝕主要是由于液態(tài)的灰黏結(jié)在過熱器管壁上而引起腐蝕。
　　1 高溫腐蝕的主要原因
　　1.1 燃燒不良和火焰沖刷
　　持續(xù)燃燒不良和脈動火焰沖擊爐墻時,導致燃燒不完全,在燃燒器區(qū)域附近的火焰中心處,當未燃盡的焰流沖刷水冷壁管時,由于煤粉具有一定的棱角,煤粉對管壁有很大的磨損作用,這種磨損將加速水冷壁保護層的破壞,在管壁的外露區(qū)段,磨損破壞了由腐蝕產(chǎn)物形成的不太堅固的保護膜,煙氣介質(zhì)便急劇地與純金屬發(fā)生反應(yīng),這種腐蝕和磨損相結(jié)合的過程,大大加劇了金屬管子的損害過程。
　　1.2 燃料和積灰沉積物中的腐蝕成分
　　燃用含硫量高的煤粉時,煤粉中的黃鐵礦(FeS2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子:FeS2→FeS+[S],而煙氣中存在的一定濃度的H2S與SO2化合,也產(chǎn)生自由硫原子:2H2S+SO2→2H2O+3[S]。自由硫原子與約350℃溫度的水冷壁管相遇,發(fā)生反應(yīng):Fe+[S]→FeS,3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2,產(chǎn)生腐蝕。
　　其次,燃料中的硫及堿性物會在爐內(nèi)高溫下反應(yīng)生成硫酸鹽,當這些硫酸鹽沉積到受熱面上后會再吸收SO3,生成焦硫酸鹽,如Na2S2O7和K2S2O7。焦硫酸鹽的熔點很低,在通常的鍋爐受熱面壁溫下呈熔融狀態(tài),與Fe2O3更容易發(fā)生反應(yīng),生成低熔點的復合硫酸鹽:3Na2SO4+Fe2O3+3SO3→2Na3Fe(SO4)3,3K2SO4+Fe2O3+
　　3SO3→2K3Fe(SO4)3,當溫度在550℃~700℃時,復合硫酸鹽處于融化狀態(tài),將管壁表面的Fe2O3氧化保護膜破壞,繼續(xù)和管子金屬發(fā)生反應(yīng),造成過熱器管的腐蝕。
　　另外,燃料中含有氯化物也是使爐管損耗的一個重要原因。它們與煙氣中的水、硫化氫等反應(yīng)生成硫酸鹽和Hcl氣體,由于Hcl的存在可以使金屬表面的保護膜遭到破壞,從而加大對管壁的腐蝕。燃料中含氯量增加,對金屬的腐蝕速率也隨之增加。當灰中含氯低于0.2%時,不致產(chǎn)生明顯的腐蝕;當含氯量達到0.6%時,將造成高的腐蝕率。
 2　腐蝕產(chǎn)物的礦物組成
腐蝕產(chǎn)物內(nèi)層的物相組成主要為鐵的硫化物和氧化物 ,中間層和外層為鐵硫化物 ,鐵氧化和鋁硅酸鹽 ;對各層的組成進行半定量分析發(fā)現(xiàn) :由內(nèi)而外鐵硫化物的含量降低 ,其含量分別為 74 %、64 %、54 %;鋁硅酸鹽含量增加 ,其含量分別為中間層 22 %、外層 28 %;鐵氧化
物內(nèi)層含量較高為 26 %,由于受到鋁硅酸鹽的影響 ,中間層和外層的含量有所降低 ,含量分別為 14 %、18 %,最外層受爐膛中氧氣的氧化其鐵氧化物的含量要比中間層高。鐵的硫化物和氧化物為腐蝕的產(chǎn)物 ,而硅鋁質(zhì)組分來自于粘附的燃煤飛灰顆粒 ,其腐蝕類型是硫化物型腐蝕。
腐蝕產(chǎn)物顯微特征和微區(qū)分析
1金相顯微和孔結(jié)構(gòu)特征
腐蝕產(chǎn)物具有明顯的分層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密，外層3疏松多孔，具有大量的孔隙。內(nèi)層礦物組成比較單一，分布比較均勻，為高溫乘積的結(jié)晶礦物，光性較強。外層礦物組成復雜，分布不均，高溫乘積的結(jié)晶礦物中分布大量來自煤中的高溫分解形成的球形非晶質(zhì)礦物。利孔隙的大量存在為腐蝕介質(zhì)的擴散提供了通道，使得其可以滲透到渣層內(nèi)部與管壁發(fā)生腐蝕管壁。推測腐蝕過程為 :首先腐蝕介質(zhì) H2S或原子硫與管壁金屬氧化膜發(fā)生反應(yīng) ,使得管壁失去保護層 ,然后進一步與管壁基體金屬反應(yīng)腐蝕管壁 ,生成鐵的硫化物。在腐蝕產(chǎn)物的最內(nèi)層主要為鐵硫化物 ,所以其它元素的含量很少 ,伴隨反應(yīng)進行的同時 ,飛灰顆粒不斷粘附到腐蝕產(chǎn)物的外層 ,在高溫條件下熔融 ,使腐蝕產(chǎn)物內(nèi)外溫差升高加速了腐蝕進程。

1.3 還原性氣氛
　　鍋爐的高溫腐蝕和還原性氣氛的存在有著密切相關(guān)的關(guān)系,CO濃度大的地方腐蝕就大。某些部位的空氣不足,使煤粉燃燒的過程拖長,未燃盡的煤粉在爐管附近分離,使碳和硫聚集在邊界層中,未燃盡碳進一步燃燒時又形成局部缺氧,使水冷壁附近的煙氣處于還原性氣氛。由于缺氧,硫的完全燃燒和SO2的形成發(fā)生困難,H2S便與受熱面金屬發(fā)生直接反應(yīng),因H2S是還原性介質(zhì),比氧化性介質(zhì)更具有腐蝕性,H2S的濃度越高,受熱面溫度越高,腐蝕速度越快,同時還原性氣氛導致了灰熔點溫度的下降和灰沉積物過程加快,從而導致受熱面管子的腐蝕。[S]腐蝕煤粉在燃燒過程中也會產(chǎn)生一定量的原子硫,其在 350～400℃時很容易與碳鋼直接反應(yīng)生成硫化亞鐵 (Fe + [S] →FeS)形成高溫硫腐蝕 ,并且從 450℃開始 ,其對爐管的破壞作用相當嚴重。生成的 [S]可以直接穿透管壁金屬表面保護膜 ,并沿金屬晶界滲透 ,進一步腐蝕鍋爐水冷壁并同時使氧化膜疏松 ,剝裂甚至脫落 金屬硫化腐蝕產(chǎn)物層相對基體金屬的體積比很大。 
2 防止高溫腐蝕的措施
　　2.1 調(diào)整燃燒并控制煤粉細度
　　調(diào)整燃燒器,避免火焰對側(cè)墻的直接沖撞,加強一次風煤粉氣流的調(diào)整,盡可能使各燃燒器煤粉流量相等,保證燃燒器出口氣流的煤粉濃度均勻分布;在磨煤機出口加裝動靜分離器,控制煤粉細度,減少腐蝕發(fā)生的概率,以降低腐蝕和磨損。
　　2.2 控制燃料中的硫和氯含量
　　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(fā)生向火側(cè)嚴重腐蝕。燃料是控制腐蝕速率的第一道關(guān)口,應(yīng)燃用含硫量低于0.8%的煤種,以降低腐蝕速率。
　　2.3 改善燃燒區(qū)的還原氣氛
　　合理配風并強化爐內(nèi)氣流的混合過程,同時降低空預器等設(shè)備的漏風;可以采用增加側(cè)邊風、貼壁風等技術(shù),在水冷壁附近形成氧化氣氛,以改善燃燒區(qū)的氧量,避免出現(xiàn)局部還原性氣氛,緩解高溫腐蝕的發(fā)生。
　　2.4 避免出現(xiàn)受熱面超溫
　　因為長期低負荷運行會造成過熱器管內(nèi)工質(zhì)流量過小,流速過低,嚴重影響了管子內(nèi)外熱交換,造成管壁溫度過高,而爐膛溫度不可能同時降低,造成管子短時間超溫。所以應(yīng)盡量避免長期低負荷運行,同時控制爐內(nèi)局部特別是燃燒器區(qū)域附近的火焰中心處的最高溫度及熱流密度,以避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過高,減輕高溫腐蝕。
　　2.5 改善受熱面狀況
　　對水冷壁、過熱器等受熱面管進行熱噴涂,噴涂耐腐蝕材料,也可對水冷壁管進行表面補焊或改用抗腐蝕性能好的鐵素體合金鋼管或復合鋼管,以改善爐管金屬表面狀況,提高金屬材料的耐腐蝕性能。
　　2.6 采用低氧燃燒技術(shù)
　　采用低氧燃燒,供給鍋爐燃燒室的空氣量減少,燃料中的硫在爐膛中與氧接觸時生成的二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低,而二氧化硫呈氣體狀態(tài),它隨著煙氣經(jīng)過脫硫排入大氣,由于三氧化硫的濃度低,發(fā)生高溫腐蝕的機會就會減少。同時,由于空氣量減少,燃燒后煙氣體積減小,排煙溫度下降,鍋爐效率提高。
　　3 結(jié)束語
　　鍋爐受熱面發(fā)生的高溫腐蝕是一個極其復雜的物理化學過程,常見于大型鍋爐中,為了更好地做好鍋爐受熱面高溫腐蝕的防止工作,我們應(yīng)綜合平衡影響鍋爐受熱面高溫腐蝕的各種因素,深入研究其產(chǎn)生的原因,在實踐中不斷探索、總結(jié) 和積累經(jīng)驗,制定完善的預防措施,保證鍋爐機組的安全經(jīng)濟 >運行。