按腐蚀发生的部位区分,可分为烟气侧腐蚀和水侧腐蚀爆管。
1) 烟气侧腐蚀
烟气侧腐蚀因产生的部位和条件不同,可分为高温腐蚀和低温腐蚀。低温腐蚀主要发生在尾部烟道烟气温度较低的部位,而水冷壁布置在炉膛高温区域,不会发生低温腐蚀,故此处不做具体分析。
高温腐蚀是炉内高温烟气与金属壁面相互作用的一个复杂的物理化学过程,按其机理通常可分为三大类:硫化物(FeS2、H2S)型腐蚀、焦硫酸盐型腐蚀和氯化物型腐蚀。多年研究表明,水冷壁管发生高温腐蚀的区域是有规律的:通常多在燃烧高温区,即局部热负荷较高,管壁温度也较高的区域,如燃烧器区附近,其余区域的高温腐蚀明显减弱或根本不发生高温腐蚀;发生高温腐蚀的管子向火侧正面的腐蚀速度最快,管壁减薄量最大,背火侧则不发生高温腐蚀。
a) 影响高温腐蚀的主要原因
(a) 火焰冲墙和还原性气氛的存在是造成水冷壁高温腐蚀的主要原因。炉内空气动力场倾斜,燃烧器区域出现火焰冲墙和还原性气氛,从而发生高温腐蚀。
i. 高温火焰直接冲刷水冷壁
当含有较大煤粉浓度的高温火焰直接冲刷水冷壁管时,将大大加剧高温腐蚀的发生。其一,高温辐射热可加速硫酸盐的分解,加快腐蚀速度;其二,火焰中含有未燃尽的煤粉,在水冷壁附近缺氧燃烧,产生还原性气体;其三,未燃尽的煤粉颗粒随烟气冲刷水冷壁管时,磨损将加速水冷壁管上保护膜的破坏,加快金属管壁高温腐蚀的过程。
ii. 存在还原性气体
由于煤粉输送多或配风不足等原因,煤粉在水冷壁附近发生化学不完全燃烧,形成缺氧区,使炉膛壁面附近处于含有还原性气体(CO、H2)和腐蚀性气体(H2S)的烟气成分之中,没有完全燃烧的游离硫和硫化物与金属管壁发生反应,引起管壁高温腐蚀。
研究表明,烟气中CO浓度越大,高温腐蚀就越严重;H2S的浓度大于0.01%时,就会对钢材产生强烈的腐蚀作用;而当含氧量大于2%时,基本上不会发生高温腐蚀。
(b) 燃煤品质差是水冷壁高温腐蚀的必要条件。
燃煤中硫、碱金属及其氧化物含量越大,腐蚀性介质浓度越大,出现高温腐蚀的可能性就越大。高硫煤产生的大量H2S、SO2、SO3、原子硫[S]不仅破坏管壁的Fe2O3保护膜,还侵蚀管子表面,致使金属管壁不断减薄,最终导致爆管事故。燃用不易引燃的无烟煤和贫煤时,因着火点温度相对较高,燃烧困难,容易产生不完全燃烧,并使火焰脱长,在金属壁面附近形成还原性气氛,增加对管壁的腐蚀性。煤粉的颗粒越大,也就越不易燃尽,比较容易形成还原性气氛,产生高温腐蚀。同时,颗粒越大,对壁面的磨损也越严重,破坏了水冷壁管外氧化保护膜,使烟气中腐蚀介质直接与管壁金属发生反应,使腐蚀加剧。
(c) 过高的水冷壁管壁温度促进了水冷壁高温腐蚀的发生。
研究表明,H2S等腐蚀性介质的腐蚀性在300℃以上逐步增强,即温度每升高50℃,腐蚀程度将增加一倍。对于大型电站锅炉,燃烧器区域的水冷壁管内汽水温度约在350℃左右,烟气侧水冷壁管温度多在420℃左右,正处于金属发生强烈高温腐蚀的温度范围之内。同时,管子局部壁面温度过高,易使具有腐蚀性的低熔点化合物粘附在金属表面,促进了管壁高温腐蚀的发生。
(d) 运行因素的影响
当锅炉负荷发生变化时,若运行不当(如燃烧器投停不当),就容易引起燃烧不稳定,产生还原性气氛,或造成烟气冲墙,继而发生高温腐蚀。因此,运行不当也是引起高温腐蚀的一个主要因素。