300MW煤粉炉高温受热面的腐蚀与防护--毕业设计论文.doc

毕业设计论文姓 名： 张皓 学 号： 1201100145学 院： 吉林电子信息职业技术学院 专 业： 热能动力工程 题 目： 300MW煤粉炉高温受热面腐蚀与防护 指导教师： 皮林江 高级工程师 (姓 名) (专业技术职务) 2014年 6月摘 要摘 要能源是国民经济的重要物质基础，我国的电站锅炉主要以燃煤为主，随着火力发电厂大容量、高参数机组的投运，热力设备的腐蚀与防护问题越来越受到重视。因此，做好防腐蚀工作，对电厂来说具有重要意义。本设计通过研究大连华能电厂300MW煤粉炉高温受热面腐蚀（高温腐蚀，应力腐蚀，汽侧腐蚀）问题，发现腐蚀后其面积减小。进而进行过热器腐蚀前后的热力计算及比较，总结经验。并通过检测样品，发现问题产生的原因，并找到解决的方案。本设计探讨热力设备腐蚀与防护的目的是利用金属腐蚀的原理，分析热力设备的各种腐蚀形态特点，产生条件，以便提出有效的防止方法，减少不必要的事故和损失，为锅炉工业的发展服务。关键词：煤粉炉，腐蚀，过热器，热力计算35ABSTRACTTitle: Analysis of 300MW boiler high thgh temperature heating surface corrosion and superheater thermodynamic calculationABSTRACTEnergy is an important material basis for the national economy, Chinas main coal-fired utility boilers mainly with large-capacity thermal power plant, high parameter units put into operation, thermal equipment corrosion and protection issues more and more attention. Therefore, to do anti-corrosion work on the plant is of great significance. In this paper, Huaneng Dalian Power Plant by calculating the rated operating conditions the heat Superheater calculated, and then by studying the heating surface corrosion (hot corrosion, stress corrosion, steam side corrosion) found that heating surface area is reduced, after conducting corrosion thermal calculation, and compare its rated operating conditions, summarized harm. By testing samples and found the problem why, and find solutions. Objective: To investigate the thermal equipment corrosion and protection of the objective is to use the principle of metal corrosion, analysis of thermal equipment features a variety of corrosion patterns, conditions in order to propose effective ways to prevent and reduce unnecessary accidents and loss of industrial development for the boiler service.Keywords: Boiler，Corrosion， Superheater，Thermal calculation目 录目 录摘要IABSTRACTII1.1 选题背景及研究意义11.1.1 燃煤锅炉在电力工业中的重要地位11.1.2 燃煤锅炉中的高温受热面21.1.3 研究意义31.2 国内外的研究现状31.3 本论文的主要工作4第2章 高温受热面的腐蚀62.1高温受热面腐蚀的简介62.2高温腐蚀62.2.1 高温腐蚀类型及腐蚀机理62.2.2 硫酸盐型高温腐蚀62.2.3 原子态硫引起的腐蚀72.2.4 气体引起的腐蚀82.2.5 氯化物型高温腐蚀82.2.6 还原性气体引起的高温腐蚀92.2.7 影响高温腐蚀的因素102.3 应力腐蚀122.3.1 应力腐蚀的简介122.3.2 应力断裂122.3.3 高温蠕变122.3.4 短时过热142.3.5 异种钢焊接蠕变断裂152.3.6 石墨化152.4 汽侧腐蚀162.4.1 冲蚀162.4.2 低温腐蚀16第3章 屏过热器腐蚀前后热力计算173.1 锅炉基本特性173.1.1 锅炉简介173.1.2 锅炉主要规范173.1.3 燃料特性183.1.4 锅炉主要设计数据一览183.2 屏过热器腐蚀前热力计算193.2.1 屏过热器腐蚀前结构尺寸计算193.2.2 屏过热器腐蚀前热力计算203.3屏过热器腐蚀后热力计算233.3.1 屏过热器腐蚀后结构尺寸计算233.3.2屏过热器腐蚀后热力计算25第4章 腐蚀检测程序及防护措施294.1 检测程序294.1.1 现场调查294.1.2 测算腐蚀的方法294.1.3 综合分析304.2 高温腐蚀解决办法304.2.1 腐蚀原因分析304.2.2 治理方案及相应效果304.3 应力腐蚀的防护措施314.3.1 高温蠕变腐蚀的原因314.3.2 高温蠕变腐蚀防止措施314.2.3 短时过热失效原因314.3.4 短时过热防止措施324.4 汽侧腐蚀防护的措施32结 论33致 谢34参考文献35第1章 绪 论第1章 绪 论1.1 选题背景及研究意义1.1.1 燃煤锅炉在电力工业中的重要地位电力工业是国民经济的支柱产业之一。90年代以来，电力工业得到快速发展，在电力工业中，燃煤电站占据主导地位，燃煤火电站的装机容量和发电量都占总装机容量和总发电量的70以上。1992年底全国发电设备总装机容量达16500万千瓦，年发电量为7447亿千瓦时，其中火电占84；1993年底装机容量提高到17800万千瓦，年发电量达8150亿千瓦时。1996年以来我国发电量和装机容量一直位居世界第二位；截止2003年底，全国发电装机容量已达到38500万千瓦，其中，煤电机组占全部装机容量的74，全国发电量达到1.89万亿千瓦时，其中火力发电量占全国发电量的82.9。据预测，我国燃煤发电站的比例即使到2015年仍高达70。表1-1 至2030年的我国电力和能源生产总量预测项目1990年2000年2015年2030年总装机容量MW1250002400005000001040000煤电装机容量MW90000187000350000780000发电量108kWh/a6300125002600054100发电煤耗g/kWh400350310280电力生产折合煤耗量108t/a2.54.48.114.1一次能源总需量108t/a10.014.621.830.7电能占一次能源比重%26303746电力生产年均增长率%7.15.05.04.0能源生产年均增长率%4.32.72.32.0煤电所占的比重%70787060电站锅炉庞大、复杂、技术性强，作为火力发电厂的三大主机之一，我国的电站锅炉制造业经历了初建、发展、技术引进、自主开发的阶段。50年代，从仿制入手掌握设计制造电站锅炉的基本技术，“七五”期间从美国西屋公司(WH)和燃烧工程公司(CE)成套引进了300兆瓦和600兆瓦火电亚临界机组技术，第一台超临界600兆瓦火电机组于1992年7月在上海石洞口二厂投入运行。目前，我国已从高压、超高压锅炉发展到以亚临界和超临界压力大容量锅炉作为主力机组，这些机组既有从世界各国引进的设备，又有由国内厂家按引进技术制造的设备，种类和型式很多，运行特性各异。表1-2是我国电站锅炉的容量和参数系列。表l-2 我国电站锅炉的容量、参数系列蒸汽压力Mpa蒸汽温度给水温度容量Kg/s（t/h）发电功率MW2.54001055.56（20）83.9450145-155165-1759.72（35）18.06（65）36.11（130）612259.9540202-22561.11（220）113.9（410）5010013.9540/540（1）220-250116.7（420）186.1（670）12420016.8540/540（1）250-280284.7（1025）30017.5540/540（1）260-290284.7（1025）557.8（2003）300600扩大单机容量可使发电能力迅速提高以适应生产发展的需要，同时可使基础建设投资下降，设备费用降低，减少运行费用，节约金属材料消耗，减轻环境污染。目前，在世界范围内，应用较多的是300800兆瓦的发电机组，近几年，我国投运的火电机组也以300兆瓦和600兆瓦机组为主。1.1.2 燃煤锅炉中的高温受热面锅炉本体主要是由“锅”与“炉”两大部分组成。“锅”是指容纳锅水和蒸汽的受压部件，包括汽包、对流管束、水冷壁、集箱(联箱)、蒸汽过热器、省煤器和管道等组成。 “炉”是指锅炉中使燃料进行燃烧产生高温烟气的场所，是包括煤斗、炉排、炉膛、排渣板、送风装置等组成的燃烧设备。而作为“锅”的重要组成部分，水冷壁和过热器又称为锅炉的高温受热面。水冷壁是锅炉的主要受热部分，它由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。它的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。 水冷壁最初设计时，目的并不是受热，而是为了冷却炉膛使之不受高温破坏。后来，由于其良好的热交换功能，逐渐取代汽包成为锅炉主要受热部分。水冷壁的主要作用是：（1）吸收炉膛内辐射热，将水加热成饱和蒸汽； （2）保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，这主要是由于水冷壁吸收炉内辐射热，使炉墙温度降低的缘故； （3）吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度，这对减轻炉内结渣、防止炉膛出口结渣都是有利的； （4）水冷壁在炉内高温下吸收辐射热，传热效果好，故能降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。过热器的作用是将饱和水蒸气加热到额定(即设计的)温度的过热蒸汽。他是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。过热器按传热方式可分为对流式、辐射式和半辐射式；按结构特点可分为蛇形管式、屏式、墙式和包墙式。它们都由若干根并联管子和进出口集箱组成。管子的外径一般为3060毫米。对流式过热器最为常用，采用蛇形管式。它具有比较密集的管组，布置在4501000烟气温度的烟道中，受烟气的横向和纵向冲刷。烟气主要以对流的方式将热量传递给管子，也有一部分辐射吸热量。屏式过热器由多片管屏组成，布置在炉膛内上部或出口处，属于辐射或半辐射式过热器。前者吸收炉膛火焰的辐射热，后者还吸收一部分对流热量。在10兆帕以上的电站锅炉中，一般都兼用屏式和蛇形管式两种过热器，以增加吸热量。敷在炉膛内壁上的墙式过热器为辐射式过热器，较少采用。包墙式过热器用在大容量的电站锅炉中构成炉顶和对流烟道的壁面，外面敷以绝热材料组成轻型炉墙。1.1.3 研究意义锅炉受热面是将烟气中的热量传递给汽、水的界面，多由管子组成。受热管工作环境复杂而恶劣，虽围绕使用合适材料和改善工作条件做了大量工作，但是电厂热力设备运行时，接触的介质有各种品质的水、蒸汽和烟气，部位不同，介质的特性不同，设备的运行工况变化，介质的特性也随之变化，随之而来的介质中各种腐蚀性成分也会对设备产生严重的腐蚀。随着火力发电厂大容量、高参数机组的投运，热力设备的腐蚀与防护问题也越来越受到重视。电力生产要求电厂必须把安全生产放在第一位，而由于水质与腐蚀原因常常会导致机组的故障停机，从而带来很大的经济损失。近年来，由于燃烧煤质的下降和煤种的多变，导致高温腐蚀现象普遍发生：轻则导致锅炉壁减薄、传热效能降低、锅炉排烟热损失增加，影响汽水正常工况；重则引起烟道堵塞、工质泄漏甚至爆管停炉，严重影响机组的安全稳定运行。因此，探讨热力设备腐蚀的目的，就是要分析热力设备腐蚀的特点，找出腐蚀的原因，掌握腐蚀的防止办法。做好防腐工作，搞好水质的化学监督是电力安全生产的重要保障。1.2 国内外的研究现状国外早在20世纪40年代就提出了高压大容量锅炉受热面的腐蚀问题，并进行了分析和试验研究。随着大容量、高参数锅炉的应用，高温受热面腐蚀现象更加明显，严重地影响电厂的安全运行，是造成发电机组非正常停机的一个重要因素。据不完全统计，国内燃煤电站锅炉受热面的腐蚀问题自60年代发现以来，己有40多个大型电厂的发电锅炉存在着较严重的腐蚀，机组容量从25MW到300MW,蒸汽参数有次高温高压、高温高压、超高温高压和亚临界压力，涵盖全国各大电网，使用的燃料有无烟煤、半无烟煤和贫煤，国外使用褐煤的机组也存在着类似的情况。 对于燃煤电站锅炉高温受热面的腐蚀问题，长期以来，国内外进行了大量的试验研究工作，并普遍认为受热面腐蚀主要是煤中硫和氯的腐蚀行为：硫主要是以硫酸盐为主要成分的熔盐腐蚀和及硫氧化物造成的气态腐蚀；氯主要是以造成的气态腐蚀，研究表明当煤中氯的含量超过0.3时，与氯有关的高温腐蚀倾向严重，且氯的腐蚀很可能是重复性的。氯与硫的协同作用进一步加速腐蚀的进程。从理论和实践经验出发，发现影响受热面腐蚀的主要因素是管壁温度和烟气成分。由于燃烧器附近火焰温度高达14001600，煤中矿物质成分挥发出来使得该区域腐蚀气体较多；同时水冷壁附近为还原性气氛，其导致灰熔融温度下降和灰沉积过程加快，从而引起受热面腐蚀。另一方面燃烧器附近水冷壁管热流密度很大（约200500MW/m2），温度梯度很大。管壁的温度一般在350450，而管壁附着物和燃烧工况又导致管壁温度升高，烟气中腐蚀性气体在高温下与管壁金属发生反应，促使炉管腐蚀爆裂。国内外学者对、等气体形成过程和腐蚀机理进行深入研究，将腐蚀分为：硫酸盐型腐蚀、氯化物型腐蚀和硫化物型腐蚀，并提出防止高温受热面腐蚀的措施和减少高温腐蚀的运行经验。硫酸盐型主要发生在高温受热面上，如锅炉的过热器和再热器上；氯化物主要发生在小型锅炉的过热器上和大型锅炉燃烧器区域的水冷壁上；硫化物型腐蚀大多发生在炉膛水冷壁上。只要能控制水冷壁附近氧气含量高于1.5，则基本不会发生高温腐蚀。目前在国内外对受热面腐蚀的防治，一般都采用渗铝管、喷防磨涂层、布置贴壁风及改造燃烧器等有效办法。但采用渗铝管将提高受热面管的成本，并且使使用寿命缩短；采用贴壁风则会降低锅炉的效率，且系统布置复杂，在实际运行中风量不易控制。这些还不能很好的解决受热面腐蚀问题。目前国内针对防止腐蚀，在引进WR燃烧器的基础上采用一、二次风同心双切或一、二次风同心正反双切燃烧技术，即一、二次风假想切圆直径不同，一次风在风里，二次风在外，一、二次风或同向或反向。在高温受热面腐蚀的测量与监视上，通常进行氧量和浓度分析。迄今为止尚无经过科学论证的有关判定受热面腐蚀的氧量和浓度的极限值。其原因是烟气的成分、烟气的流动情况以及腐蚀的机理错综复杂。此外燃烧的边界条件也对受热面腐蚀起着重要的作用。焦庆丰等运用灰色系统理论对水冷壁高温腐蚀倾向进行判别，将高温腐蚀原因综合概括为标煤折算硫分、壁面附近含量、当量切圆直径、管壁温度四大影响因素，基于灰色聚类法获得了可定量判别高温受热面腐蚀程度的技术方法。随着测试仪器和实验手段的日益先进以及计算机的飞速发展和计算机辅助实验方法的不断完善，人们开始模拟炉内实际状况进行综合预报。国内一些研究人员进行冷热态实验模拟，同时采用数值计算方法，对炉内的气固两相流场、温度场、气氛场、颗粒温度变化、高温腐蚀以及结渣状况进行数值实验，并取得实验与数值模拟结果定性一致的预报结果。1.3 本论文的主要工作本文的主要内容为：（1）以大连华能电厂300MW机组锅炉作为原型，对其过热器进行热力计算及分析；（2）研究这一类型锅炉高温受热面的腐蚀特征；（3）研究受热面管三种腐蚀的形成原因；（4）研究高温受热面腐蚀检测的方法及预防措施。第2章 高温受热面的腐蚀第2章 高温受热面的腐蚀2.1高温受热面腐蚀的简介水冷壁、过热器、再热器等高温受热面，常常因高温氧化、腐蚀而早期失效。随着大容量、高参数锅炉的应用，这种高温腐蚀现象更加明显，严重地影响着电厂的安全运行，是造成发电机组非正常停机的一个重要因素。本文介绍的高温腐蚀主要有以下几种:（1）高温腐蚀（2）应力腐蚀（3）汽侧腐蚀2.2高温腐蚀2.2.1 高温腐蚀类型及腐蚀机理根据高温腐蚀发生的原因及腐蚀产物的成分差别，煤粉锅炉水冷壁高温腐蚀一般有以下几种形式:硫酸盐型高温腐蚀、硫化物型高温腐蚀、氯化物型高温腐蚀以及由还原性气体引起的高温腐蚀。2.2.2 硫酸盐型高温腐蚀对发生水冷壁高温腐蚀的腐蚀产物进行分析，发现部分锅炉的高温腐蚀积灰中含有大量的硫与碱金属元素，它们通常以硫酸盐、焦硫酸盐以及二硫酸铁钠等复合硫酸盐存在。这种腐蚀产物的成分呈现规律性的变化，由表及单碱金属元素和硫元素的含量逐渐递增1。碱金属硫酸盐的形成：对上述的规律性变化，国外的许多学者都作了自己的解释:一种是2，碱金属氧化物首先沉积在水冷壁管子的表面，然后与燃烧产生的硫的氧化物发生反应(在铁的氧化物的催化作用下)，生成硫酸盐与亚硫酸盐，然后这种硫酸盐或亚硫酸盐与金属铁(铝)或铁(铝)的氧化物发生反应生成二硫酸铁钠等复合硫酸盐。在液态条件下，这些反应大大加剧，从而导致严重的高温腐蚀。另一种普遍为大家所接受的说法是3，燃烧产生的碱金属氧化物与反应生成气态的碱金属硫酸盐，在温度梯度作用下向较冷的管子表面扩散，沉积在水冷壁管子上，随着灰层的增厚，灰层中的温度升高，其温度梯度也比较大，从而使碱金属元素在沉积物中沿温度梯度向管子表面进行扩散。同时，燃烧产物中的硫的氧化物也在灰中扩散，其最终结果是:在金属表面的灰中含有大量的碱金属硫酸盐。酸性硫酸盐的形成：燃烧产生的硫的氧化物穿过疏松多孔的表面熔渣和浮灰层与沉积在水冷壁管表面的碱金属硫酸盐反应，生成熔点较低的酸性硫酸盐亚硫酸盐:复合硫酸盐的形成：碱金属硫酸盐和亚硫酸盐与管子表面的铁的氧化物（）以及气体反应生成复合硫酸盐碱金属三硫酸盐: 复合硫酸盐不像那样在管子表面形成稳定的保护膜，当混合物中钾与钠的摩尔比值在1:1与1:4之间时，熔点降低至4。水冷壁的积灰中经常发现有少量金属元素锂的存在，它会大大降低灰的熔点(甚至可以降低到)5。这样，当硫酸盐沉积厚度增加，表面温度升高至熔点温度时，氧化保护膜被复合硫酸盐溶解破坏，使管子继续腐蚀。这种硫酸盐型高温腐蚀一般发生在温度较高的换热面上，国外有些煤粉锅炉水冷壁也发生比较严重的硫酸盐型腐蚀，特别是当煤质中碱金属与氯元素含量较高时，更容易引起这种型式的高温腐蚀。硫化物型高温腐蚀：我国许多不同容量、燃用不同煤种的煤粉锅炉，都出现了水冷壁的高温腐蚀现象。经过试验和研究发现，这些水冷壁高温腐蚀大多属于硫化物型腐蚀，其腐蚀原因基本上都与气体以及腐蚀区域的还原性气氛有关，腐蚀产物主要是铁的氧化物与硫化物。宝鸡电厂腐蚀产物中硫化铁含量最高甚至达68.82%及77.54%，而硫酸盐含量较少6。经过分析发现:硫化物型高温腐蚀产生的根源在于煤粉在缺氧条件下燃烧时生成了硫化物（)，它和金属基体铁及铁的氧化物发生反应生成铁的硫化物。2.2.3 原子态硫引起的腐蚀煤粉在燃烧过程中生成一定量的原子态硫，在一定条件下这些游离的硫原子会与金属铁发生反应生成硫化铁，从而腐蚀管壁。其反应机理如下:(1)黄铁矿粉末随未燃尽的煤粉到达管壁上，受热分解放出自由原子硫与硫化亚铁：(2)当管子附近有一定浓度的和时，也可以生成自由的原子硫:(3)硫化氢与氧气也会发生反应生成自由的原子硫:(4)与碳的混合物在有限的空气中燃烧时发生如下反应: 在还原性气氛当中，单独的原子硫，在管壁温度达到350时，便发生硫化作用: 尽管碳钢烟气侧由于高温氧化形成3层连续的由外向内依次。的具有保护性的氧化膜，但对金属氧化膜仍具有破坏作用，它可以以直接渗透的方式穿过氧化膜，并沿金属边界渗透，促使内部硫化，同时使氧化膜疏松、开裂甚至剥落。2.2.4 气体引起的腐蚀煤在燃烧过程中生成的硫化氢也会破坏氧化物保护膜，可以透过，与磁性氧化铁层中复合的发生作用:保护膜破坏后，硫化氢还会与基体铁发生反应：由于具有较强的还原性，在还原性气体中能保持稳定，当烟气中氧化性气体达到一定分压时，则会被氧化成单质硫或更高价的氧化物，反应如下:生成的原子硫又进一步腐蚀管壁。2.2.5 氯化物型高温腐蚀煤中存在一定量的，其熔点(801)和蒸发点远低于火焰温度，进入炉膛以后即迅速汽化，以气态的形式存在，在炉膛内可能发生如下一些反应:生成的气体使管壁的氧化膜受到严重的破坏，生成汽化点很低的，马上完全挥发，从而使管壁金属直接受到的腐蚀，同时由于氧化膜受到破坏，使也能达到金属表面，加速管壁金属的腐蚀速度。气体对管壁可能发生的腐蚀反应如下:上述反应在400600范围内最为活跃。当煤质中氯的含量较高时(大于0.35%)才可能发生比较严重的氯化物型高温腐蚀，一般情况下这种腐蚀发生的可能性不是很大7。2.2.6 还原性气体引起的高温腐蚀在煤粉喷入炉膛以后，在一定区域内煤粉(包括挥发份)还没有完全燃烧，存在一定的还原性气氛，一般情况下，此时氧量也较高。因此，不会发生还原性气氛的高温腐蚀。但是，当燃烧组织不良或局部缺氧时，近壁的还原性气体(等)的含量将很高(同时氧量很低)，在一定的炉内条件下，这些还原性气体(这里以为例)会对水冷壁的氧化铁保护膜产生破坏作用，把致密的氧化铁保护膜还原成疏松多孔的氧化亚铁8.同时，硫与硫化氢等腐蚀性气体能够渗透进入氧化膜，对之产生腐蚀作用，而目还会大大加快其腐蚀速度。2.2.7 影响高温腐蚀的因素在我国发生高温腐蚀的保护中，其腐蚀类型基本上都属于还原性气氛下的硫化物型高温腐蚀。经过诊断分析可知:影响腐蚀的因素主要有以下几个方面:燃煤品质(特别是硫含量)、腐蚀区域的还原性气氛、煤粉近壁燃烧、水冷壁温度条件以及煤粉细度等。(1)燃煤品质无烟煤与贫煤的挥发份较低，着火温度较高，燃烧困难，容易产生不完全燃烧和火焰冲墙，从而在近壁处形成还原性气氛，导致水冷壁高温腐蚀的发生。对山东电网的调查表明:该电网的10台燃用贫煤的1000t/h锅炉无一例外地发生了高温腐蚀现象，而燃用烟煤的同级锅炉未发现严重的高温腐蚀现象9。燃煤中硫的含量也是一个相当重要的因素。硫的含量越高，燃烧过程中产生的游离态硫与腐蚀性硫化物()含量越高，产生高温腐蚀的可能性也大。我国发生高温腐蚀锅炉的燃煤中硫含量大多数大于1%，有的甚至高达2%4%。图2-1表示壁温为500时，水冷壁腐蚀速度与烟气中含量的关系(材料钢)。由图2-1可知:腐蚀速度和烟气中的浓度几乎成正比。图2-1 壁温为500度时腐蚀速度与浓度的关系 (2)腐蚀区域的还原性气氛对我国高温腐蚀区域的气氛分析结果表明:腐蚀区域存在很强的还原性气氛，表2-1所示为某些电厂腐蚀区域的气氛分析。从表中可知:腐蚀区域近壁烟气中CO含量大于3.5%，含量大于0.5% ,氧量水平较低。而目，随着还原性气体的增加(大于3%)，气体的含量也相应迅速增加(图2-2)。理论和试验研究表明:氢气的存在会大大加快硫化氢对铁的腐蚀10。表2-1 腐蚀区域的烟气分析电厂%谏壁电厂2.9/3.50.7/马头电厂1.113.33.60.9/黄台电厂0.4/3.5/0.030.03华德电厂0.10.8/67/0.030.07(3)煤粉近壁燃烧煤粉近壁燃烧十分容易造成水冷壁的高温腐蚀。一方面使水冷壁表面温度升高；另一方面煤粉气流冲刷水冷壁壁面，从而使腐蚀产物不断脱落，使腐蚀得以不断进行。如果配风或运行调整不当，就会形成后期风粉混合不佳，使水冷壁的壁面附近缺氧，形成较强烈的还原性气氛，为水冷壁的高温腐蚀提供条件。(4)水冷壁温度条件图2-3所示为水冷壁管壁温度对硫化氢腐蚀的影响。从图中可以看出:随着水冷壁管壁温度的升高，硫化氢腐蚀速度大大加快。在某台300兆瓦锅炉实际运行中测得的水冷壁的腐蚀速度表明:在管壁温度为420480的范围内。每当温度增高10时，腐蚀速度平均增加0.40.5。对该电厂水冷壁的管壁温度测量结果表明:对于高温腐蚀较严重的区域，平均温度高于449，个别点达到470490，而在高温腐蚀不太严重的区域，平均温度则低于44911。在机组的运行过程中，由于水冷壁的内部结水垢，导致水冷壁管壁温度的升高，这样会加速水冷壁的腐蚀。图2-2 近壁烟气中H2S平均与(CO+H2)平均的关系 (5)煤粉细度煤粉的粗细程度，对腐蚀也有较大的影响，煤粉越粗，燃尽越困难。因而火焰较长，进一步燃烧时，由于缺氧而形成还原性气氛，使水冷壁发生腐蚀；同时粗大碳粒动量较大，容易产生冲刷水冷壁而产生磨损，破坏水冷壁的氧化性保护膜，加剧腐蚀。由宝鸡电厂的燃烧调整试验得到，随着煤粉细度的增加，还原性气体、以及的含量同时升高，特别是对水冷壁面附近的气氛状况影响相当大12。图2-3 腐蚀速度与壁温的关系（H2S浓度为0.120.16%）2.3 应力腐蚀2.3.1 应力腐蚀的简介应力腐蚀常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中。常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏,破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大，进一步腐蚀已破坏的表面。加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。2.3.2 应力断裂应力断裂分为:高温蠕变、短期过热、异种钢焊接蠕变断裂、石墨化。2.3.3 高温蠕变锅炉受热面管在正常的设计温度和压力下运行，其使用寿命能达10-15万小时以上。但如果管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，则会发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，直至最终爆管。管子的使用寿命便短于设计寿命，超温程度越高，寿命越短。主要发生在高温过热器管、高温再热器管，但在不正常的运行状态下，在低温过热器、再热器、水冷壁的向火侧均可发生高温蠕变。(1)腐蚀的机理受热面管在高温下运行时所受的应力主要是由过热蒸汽(或他和蒸汽)内压力所造成的对管子的切向应力。在这种应力的作用下，使管径发生胀粗。当过热器管在正常的设计应力作用下并于额定温度下运行时，管子以相当于10毫米/时速度数量级的蠕变速度发生管子的正常的晶向蠕变。当管子由于超温而长期过热时，由于运行温度提高，既使管子所受应力不变，管子也会以加快了的蠕变速度而发生管晶胀粗。蠕变速度的加快程度与超温的温度的水平有关。随着超温幅度的提高，蠕变速度也会增加。于是，随着超温运行时间的增加，管晶就越胀越大，慢慢地在各处产生晶间裂纹；晶间裂纹的继续积聚并扩大就成为宏观轴向裂纹，最后以比正常温度正常压力下小得多的运行时间而开裂爆管。蠕变晶间裂纹沿晶界发展，所以都是弯弯曲曲的。正因为长期过热爆管的破口是由这些弯弯曲曲的晶间裂纹发展而成，因而破口断裂面呈现出粗糙而不平整、边缘是钝边的宏观形貌。蠕变就是金属在一定温度和应力作用下，随着时间的增加慢慢地发生塑性变形的现象，温度越高，应力越大，蠕变速度也就越快。蠕变可以用蠕变曲线即变形与时间的关系曲线来表示，见图2-4,蠕变的变形过程可以分为三个阶段13。第一阶段ab，是蠕变的不稳定阶段，金属以逐渐减慢的变形速度积累塑性变形，蠕变速度很大。第二阶段bc,是蠕变的稳定阶段，金属以恒定的蠕变速度进行变形，蠕变速度很小。第三阶段cd，是蠕变的最后阶段，蠕变速度增加，直至d点发生断裂。图2-4 蠕变曲线受热面管在设计温度及应力下，出现少量的蠕变对正常的运行影响不大，其原因是蠕变的第二阶段将持续很久；相反，如果提高温度和应力，第二阶段将会大大的缩短，短时间内就将发生爆破。在受热面管应力的最高处既弯头部位，晶粒因出现了滑移层而变长了，在高温的作用下产生再结晶，同时晶粒之间发生了相对位移，在蠕变的过程中，塑性变形与再结晶交替出现，晶粒之间不断的相对位移，就在晶粒的交界处产生了蠕变孔洞，随着运行时间的增加，蠕变孔洞逐渐聚集长大，形成晶间蠕变微裂纹，在继续的蠕变过程中，蠕变裂纹逐步发展成为宏观裂纹，因此在破口(破口也是裂纹之一)附近常常有为数众多的轴向裂纹。这种裂纹很像一些老树的树皮，从它们的形象可以使人想象到这些过热器管在长期过热时的高温和应力作用下，慢慢地耗净了“变形能力”而“衰老”，直到爆破为止的过程。(2)受热面管在长期高温高压下运行中的组织性质变化14。1)珠光体球化和碳化物聚集以为例，钢原始状态的金相组织为铁素体加片状珠光体，高温高压运行过程中，金相组织随着使用温度的高低，时间的长短发生相应的变化，主要是珠光体形态的变化，珠光体由片状变成球状，碳化物在晶界聚集长大，球化级别的增加，相应的机械性能、合金元素的分配、剩余寿命等也随着相应的变化，球化级别的增加也反映了钢材性能的老化程度。2)合金元素在固溶体和碳化物之间产生再分配。高温高压运行过程中，合金元素在固溶体和碳化物之间产生再分配，这种合金元素的转移，势必使钢的持久极限降低.对于受热面管，当钢中的碳化物含量占钢中总含量的比值大于某一数值(如钢达65%)时，应扩大检查范围，增做有关试验，分析原因，制定安全措施。3)随着高温高压运行时间的增加，珠光体球化会使钢的室温强度和屈服点降低。4)珠光体球化会使钢的蠕变极限和持久强度下降。5)随着高温高压运行时间的增加抗氧化性降低，温度愈高，时间愈长，气体介质中氧的分压愈高、流速愈快，则金属的氧化发展速度愈快。锅炉高温过热器和再热器，只允许采用1级完全抗氧化性材料，腐蚀率0.001毫米/年。2.3.4 短时过热锅炉受热面管在运行过程中，由于冷却条件的恶化等原因，使管壁温度急剧上升，在短期内发生腐蚀。(1)腐蚀的机理短时过热腐蚀是锅炉水冷壁或过热器的部分管壁的温度在短时间内突然上升很高，有时达到了该管钢材的下临界点人，甚至达到了上临界点点以上的温度，管子在这样高的温度下运行，其抗拉强度在很短的时间内将会急剧下降，此时，在介质压力作用下，受热面管中温度最高的向火侧首先产生塑性变形，管子腐蚀爆破时，由于管内介质对炽热的管壁产生激冷作用，使得爆口处显微组织中出现相变或不完全相变的组织结构，并导致爆管的性能也发生一系列的变化。(2)失效的特征宏观特征:腐蚀爆破时爆口张开很大，呈喇叭状，爆口边缘锐利，减薄较多，其爆口断裂面较为光滑，呈撕裂状，远离爆口管子胀粗不大；在短时过热爆管爆口内壁由于爆管时管内汽水混合物或气流的急速冲击，而显得十分光洁，管子弯曲变形，外壁氧化不明显。组织性能特征：腐蚀爆口处的金相组织根据过热温度的不同，常是淬硬组织或铁素体加淬硬组织，钢的强度大幅度下降，爆口处的硬度明显高于其它部位。可以很明显地看出，短期过热和长期过热爆管的爆口特征之所以有这样明显的区别，主要原因就在于超温温度水平不同，在一定的内压力作用下，当超温温度水乎较低，钢的强度因而较高时，只能产生蠕变变形，表现出整个爆管过程的时间很长，成为长期过热爆管。当超温温度水平较高时，钢的强度因而较低，可以产生较快速度的拉伸变形时，就表现出整个爆管过程时间很短的特点，成为短期过热爆管。2.3.5 异种钢焊接蠕变断裂在大型机组中，为了提高过热器和再热器的可靠性，在壁温较高的区域采用奥氏体钢，而在壁温较低区域采用低合金钢，不可避免的存在异种钢焊接，在低合金钢和奥氏体合金钢锅炉管之间的焊口上，由于各区之间的化学成分、导热系数和热膨胀系数的不同，易造成焊接接头薄弱环节开裂。(1)腐蚀机理由于奥氏体合金钢的导热系数低，热膨胀系数大，使异种钢焊接的焊接处存在结构应力，应力大易造成蠕变损伤，另外，奥氏体钢特别不耐氯离子腐蚀，容易形成应力腐蚀裂纹。(2)腐蚀特征宏观特征：产生环形裂纹，呈脆性断口特征.微观特征：在熔合线上，蠕变疲劳相互作用产生裂纹。发生在熔合线上或铁素体钢和奥氏体钢焊缝热影响区低合金钢一侧，由于碳原子扩散形成的富碳带上，蠕变诱导裂纹。氧化物生成缺口，脱碳区域有沿晶孔洞。(3)失效原因导热系数与热膨胀系数的不同使焊缝的结构应力大，易产生蠕变损伤；受热面管超温；在过热器或再热器管束上安装台架时，安装在有异种金属焊缝的管件上，造成焊缝应力过大。(4)预防措施改用基合金焊条，提高蠕变寿命；进行应力分析，查明应力的最大部位；进行无损探伤，及时发现缺陷；严格温度控制，防止超温。2.3.6 石墨化石墨化常发生在碳钢或低碳铝钢上，在长期服役过程中，钢中的渗碳体分解为铁和游离态的碳，并逐渐以石墨形式析出，形成石墨“夹杂”的现象。部件石墨化后的最终失效方式为脆性开裂15。(1)失效的机理碳钢在450700钥钢在480700渗碳体会发生分解，(石墨)，钢在高温下长期运行，由于原子活动能力的增加，在渗碳体分解的同时产生一些石墨的核，然后在渗碳体不断的分解下，