W火焰炉防止燃烧器区域水冷壁高温硫腐蚀的措施

1、预防“W”火焰锅炉燃烧器区域水冷壁管防高温硫腐蚀措施研究华能珞璜电厂 张 树摘要：简述燃用高硫无烟贫煤锅炉燃烧器区域水冷壁产生高温硫腐蚀的机理，提出预防高温硫腐蚀的措施，实践证明采用电弧喷涂FM7245CT高铬、高镍合金涂层是防止燃用高硫煤锅炉水冷壁高温硫腐蚀的有效手段。关键词：”W”火焰锅炉、高硫贫煤、高温硫腐蚀、爆管、喷涂、喷砂、自动喷涂线、涂层、涂层测厚仪、FM72-45CT、预合金材料、热膨胀系数1 设备概况华能珞璜电厂装机容量为2640MW，分三期建设。一、二期分别均建设为两台360MW机组，配锅炉为STEIN公司生产的亚临界参数、强制循环，双拱炉膛、，“W”形火焰燃煤，中间再热，平

2、衡通风，露天布置的固态排渣汽包煤粉炉；三期为两台600MW国产机组，配套锅炉为东方锅炉厂生产的DG2030/17.45-II亚临界参数、自然循环、双拱形单炉膛”W”火焰燃煤汽包炉火焰燃煤汽包炉。一期分别于1991年9月、1992年2月投产，二期于19988年12月投产，三期分别于2006年12月、2007年1月投产。锅炉设计燃煤为重庆松藻高硫无烟贫煤，煤质见表1。表1 原煤工业分析与元素分析及灰特性成分分析表项目设计值校核值（1）工业分析（应用基，%）挥发分VY9.315.410.21固定碳CY55.9454.861.86灰分AY30.5325.5335.53水分WY4.222.58.00（2

3、）元素分析（应用基，%）碳CY56.0354.8961.95氢HY2.22.142.71氧OY2.140.683.24氮NY0.940.881.15硫SY4.023.505.00灰分AY30.4524.4535.45水分WY4.222.58.00挥发分VY9.315.410.21低位发热量QYDW（kJ/kg）21604k1992423279一、二期锅炉每台炉配36只直流缝隙式燃烧器，燃烧器标高为30.8米，前后拱从21m米标高开始至拱顶（29.725m）均敷设卫燃带。侧墙与靠近前后墙交界处敷设4米宽卫燃带，标高与前后墙相同。该区域水冷壁管公称尺寸为38×4.77mm，实际壁厚为5.

4、3mm，材质为15CD2.05/15Mo3。#1炉从1995年12月燃烧器区域水冷壁发生第一次爆管开始，就出现频繁爆管，最多时一个月出现过爆管6次。1号机组从投产至1996年6月底，累计运行时间26658h，期间爆管共发生 次。2 爆管及检查情况2.1 #1炉爆管及检查情况#1炉从1995年12月18日燃烧器区域水冷壁发生第一次爆管开始，发生频繁爆管，最多时一个月爆管4次，一周爆管两次。1号机组从投产至1996年6月底，累计运行时间26658h。1995年12月18日，#1炉从1995年12月8日燃烧器区域水冷壁发生第一次爆管（敷设卫燃带的水冷壁管）。，当时由于经验不足，没有引起重视，只是将爆

5、管的水冷壁管予以更换。检修以后的两个月内连续发生三次爆管，爆管区域集中在前后墙敷设卫燃带的水冷壁区域。频繁爆管敲响了警钟，。电厂立即对燃烧器区域水冷壁进行大面积检查，发现情况远比预料的更为严重。情况如下：1995年12月18日，炉内检漏装置第4号测点检测到炉内泄漏信号，经停炉检查，发现后墙水冷壁左起第230根管在标高23.803mm处，壁厚减薄形成长约30mm，宽约10mm的破口，这次检修共更换换了相邻管子5根，换管单管长度约换管单根长度约3.3m。对更换换下来的管子进行检查，其观察向火侧管壁腐蚀严重，爆口所在管子的残余壁厚仅为1.21.8mm，其余管子的管壁剩余管壁厚度在3.13.7mm。，

6、爆破的那根管，壁厚仅为1.21.8mm。1996年12月18日，炉内检漏装置第4号测点又检测到泄漏信号，停炉检查，发现前后墙水冷壁左起第262根管，在标高25.830mm处爆破，破口长约20mm，宽约5mm，这次又更换了相邻3根水不冷壁管，换管单根管长度约3.3mm，破口附近130mm区域内残余壁厚约12mm，其余管子的管壁剩余厚度约3mm左右。为了全面检查#1炉炉爆管区域，管壁减薄范围，分析减薄原因并提出处理意见，1996年6月，我们对以上述两次爆管部位分为起点向两侧延伸割管检查，从左起第102根至187根共割管86根，单管长约3m，标高范围为22.69026.900m。检测割下的管子，最小

7、壁厚都在2.9mm以下，其中0.7mm至2mm以下的管子有32根，22.5mm的管子有50根，2.62.9mm的有4根。2.2 #2炉检查情况2机组从投产至1996年64月底，累计运行26054h，。燃烧器区域水冷壁鉴于#1炉卫燃带区域水冷壁大面积减薄一共发生过四次高温硫腐蚀爆管。，#2炉在1996年5月14日6月8日停炉期间对该炉燃烧器区域水冷壁进行了重点检查，发现后墙B右侧侧上三次风口至乏气风口处卫燃带脱落较多，去掉水冷壁表面的焦渣和残留的卫燃带后进行了管壁测厚和割管检查，割管检查35根，最小壁厚为3.1mm，割管标高21.64028.146m。2.3 水冷壁卫燃带的检查情况#1、#2炉燃

8、烧器设计布置在炉膛的前后拱上，、拱下（含侧墙）从标高29.72521.00m处设计敷有30mm厚的SIC（碳化硅）材料卫燃带，水冷壁上焊有6×25mm的耐热不锈钢（SICROMAL）抓销钉，起固定卫燃带和传热作用。经过几年运行后检查发现，部分卫燃带已烧损，剩余厚度为510mm，销钉严重烧损，剩余长度约10mm。2.4 基本评估针对#1、#2炉卫燃带区域的检查结果，我厂进行了认真研究、分析，。初步认为：两台锅炉燃烧器区域的水冷壁管爆管原因为都存在硫腐蚀腐蚀，而非磨损或其它原因引起的爆管。腐蚀发生在前、后墙水冷壁燃浇器以下标高为2128m敷设卫燃带的区域，标高2128m区段，沿整个炉膛宽

9、度上都存在腐蚀。#1炉比#2炉腐蚀严重。#2炉查到的最小壁厚为3.1mm，相应的最大腐蚀严重。#2炉查到的最小壁厚为3.1mm，相应的最大腐蚀速度为0.84mm/104h，而#1炉最大腐蚀速度为1.99mm/104h，前墙中部86根管子的平均腐蚀速度为1.24 mm/104h 。沿高度方向腐蚀最严重的区域是标高2326.5m这一段，沿宽度方向，中间比两侧更为严重，无论该区域的卫燃带是否脱落，都存在腐蚀。3 试样分析及腐蚀原因针对根据#1、#2炉燃烧喷燃器下方（拱下）卫燃带区域水冷壁管大面积腐蚀、爆管现象爆管这一问题，电厂多次分析后认为是系高温硫腐蚀所引起的。为进一步查明腐蚀产生的原因、过程及机

10、理并提出可靠的解决措施，1996年电厂委托四川电力试验研究院及美国麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）对爆管原因做了深入的进一步分析研究，同时，ALSTOM STEIN公司也取样进行了深入研究。现将分析情况及结论简述如下。3.1 四川电力试验研究研院的分析、试验情况电厂向该院提供了#1炉1996年51月18日发生爆管水冷壁管附近的样管，具体割管部位在炉前墙A146147，标高23.724.4m的管段。试样除水冷壁管外还包括抓钉销钉、向火面附着物剥离片，融化物等。3.1.1 使用的试验仪器及、试验项目试验采用了X-600扫描电子显微仪、PV9100X射线能谱仪、JCXA-733电子探针仪、JW

11、-1840菲利普X射线衍射仪以及化学成分分析设备等。试验项目：包括水冷壁管、抓钉销钉材质化学成分；水冷壁向火面、背火面金相组织分析；水冷壁管向火面外壁剥离片、融化物中含有的元素分析（半定量）及所含晶体的化合物类型；融化物中所含Fe、S、AlL、Si四种元素成分分析等。3.1.2 试验结果（1） 外观特征：水冷壁内壁无腐蚀。背火侧外壁有轻微锈蚀，壁厚未减薄。向火侧卫燃带耐火材料部分脱落，销抓钉裸露并且烧损严重，抓钉销钉长不足10mm。管外壁无论是否有无附着的融化物层，腐蚀均较严重。抓钉销钉之间管壁减薄尤为严重，但减薄程度不同。试验割取的管段壁厚最薄处仅为2.6mm。（2） 金相组织：向火面、背火

12、面金相组织正常，为铁素体+珠光体。靠近腐蚀前沿的组织正常，没有明显的腐蚀介质沿晶界浸入现象，也未发现机械、热应力腐蚀疲劳裂纹。（3） 半定量分析元素成分（利用电子探针），结果如下：1）水冷壁管向火面外壁富有元素由多到少依次为：Fe、O、S、Cr等，其中Fe、O、S为主要含有元素。2）剥离片富有元素由多到少次依次为：Fe、O、S、Cr、Si、Ni等。3）融化物富有元素由多到少依次为：Fe、S、Si、Al、Ca、Mg、Na等，其中Fe、S为主要元素，Si、Al、Ca、Mg、Na等为FeS基本体的硅酸盐组成含量。（4）利用X射线衍射仪分析化合物类型1）向火面外壁表面晶体化合物由CSr5S6和FeS组

13、成，CSr5S6高于FeS。2）剥离片层晶体化合物类型同“1）”，但含量（或结晶度）更多多于“1）”。3）融化物中所含化合物以FeS为主，含很少量CSr5S6。（ 45）融化物中Fe、S、Al、Si四种元素化学分析：Fe、S为富有元素，Si具有一定含量（4.50%），此外还有Al等总含量4.5%的其它元素。5（6）水冷壁管、抓钉销钉材质分析水冷壁管材质分析结果：Cr-Mo低合金钢;。抓钉销钉材质分析结果：25Cr-19Ni高合金耐热不锈钢。3.2 麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）分析、试验情况电厂向该公司提供了两段#1炉水冷壁爆管区域的样管，该样管取自锅炉标高2128m处。即燃烧区域的管

14、段，其中样管1，卫燃带耐火材料（SiC）已全部损坏已全部脱落，样管2耐火材料部分损坏耐火材料部分脱落，鳍片区耐火材料未损坏鳍片部位耐火材料未脱落。试验项目包括：样管的总体特性；锈皮分析；管子腐蚀情况；抓钉销钉腐蚀情况；焊接材料腐蚀情况；耐火材料分析；管子过热分析。（1）样管总体特性：样管1仅在鳍膜片上的一些区域有耐火材料层的痕迹，在抓钉销钉周围和膜片鳍片上有很厚的表面锈皮残余物，向火侧的管壁厚度损失很严重，实测各点厚度（mm）为下列值：1.84，2.64、2.43、2.35、2.92、2.36等。在样管2的所有表面都覆盖着厚度不正常的锈皮。样管鳍膜片的锈皮下有耐火材料残余物，样管外表面覆盖着厚

15、达1/2英寸（12.7mm）的锈皮，在耐火材料下层也有管子腐蚀产物的锈皮，向火侧管壁厚度（mm）降至4.01、2.15、2.90、4.16，这说明腐蚀也很仍严重，但不如样管但比样管1稍好。两个样管的抓钉销钉和焊接材料属高铬奥氏体不锈钢，与原始成分（Fe-20Ni-25Cr）相比较，抓钉销钉材料受腐蚀较严重。（2）锈皮分析：对沉积物和腐蚀产物层锈皮的表面重金属锈皮、管子界面进行了分析。根据分析数据，样管1、和样管2表面的沉积物和腐蚀产物大致相同。锈皮表面主要含有Fe、S，并带有K、Ca、A1、Si及Zn、Pb的沉积物，某些区域还有Cu的并的沉积物，A1和Si主要以氧化物A12O3t、 SiO2的

16、形式出现。在锈皮的界面区域几乎仅含有Fe和S。在两个样管的该区域还发现少量的氯离子气，众所周知氯离子气将加快钢材的硫腐蚀。两个样管溶于水中的化合物有微弱酸性，pH值为56，对于燃煤锅炉应属正常。锈皮横断面和点分析结果如下：锈皮可分为三层，外层主要含硫化铁和氧化铁、硫化铅、氧化铅，某些区域还有硫化锌，这层被认为是产生“活性”硫化物的活性层，中间层主要由硫化铁形成，氧化铁通过该层沉积在空隙内，同时这层也发现氯气同时这层也发现氯离子。内层主要由不同种类的氧化铁及一些硫化铁沉积物构成，这三层均相当厚，中间层厚度可达几毫厘米。（3）管子腐蚀：两个样管屏表现出相同的腐蚀特性。光管表上面和耐火材料层下面的腐

17、蚀产物包租疏通有些不同。首先光管上的锈皮特别厚，厚达710mm，其内层主要含氧化铁，外层主要由硫化铁及一定数量的合金硅组成，这表明该层的主要部分是管子钢材腐蚀产物，该层外部的一些黑点含有从烟气中沉积下来的硅、钠和钾。耐火材料层下的腐蚀产物锈皮远比管子上面的薄，其厚度随耐火材料层厚度的减少而增大，锈皮包括氧化铁内层，接着是氧化铁、硫化铁交织层，然后是硫化铁层。氧化铁（黑灰色）形成结点，甚至与硫化铁层形成延续膜，这几层被认为是钢材腐蚀的产物。耐火材料减少了硫进入钢材表面的几率，耐火材料上的硫化物锈皮被认为是被腐蚀管材子和烟气的沉积物。耐火材料下的腐蚀产物使耐火材料与管子分隔，这迟早会引起耐火材料的

18、损坏，同时管子腐蚀肯定减弱了耐火材料与管子表面的粘接。在管屏两个试样中某些区域钢材的腐蚀产物里有铜、磷成分及其他化合物，同时少数区域发现碱性成分化合物硫化钠、硫化钾等，在该区域水冷壁管腐蚀更为严重。（4）抓钉销钉腐蚀：尽管抓钉销钉是由高镍铬不锈钢制造，但从两个试样中仍发现有严重腐蚀现象，抓钉销钉高度由25mm腐蚀到10mm左右，抓钉销钉顶部腐蚀最为严重，锈皮不很厚，但容易产生裂纹和剥落。抓钉销钉侧面发现了相同的损坏情况。所发现的抓钉销钉腐蚀是奥氏体钢极典型的腐蚀现象。奥氏体钢过热导致珠光体结构的形成和铬的分离，从而在金属表面出现了贫铬区，显然，这就大大加快了腐蚀过程。（5）焊接层腐蚀：焊接材料

19、含微量铬和镍，尽管抗腐蚀能力较抓钉销钉差，但比水冷壁管好。当焊接材料与管子焊接形成合金时，富铁区受到严重硫化作用腐蚀，从而发现合金焊缝的一些区域已有腐蚀孔洞出现。另一方面，受水冷壁管焊接的热影响，焊缝处管子的腐蚀较无焊缝处严重。（6）耐火材料：由于耐火材料颗粒大小以及，施工工艺（如水灰比，密实度等）的影响（如水灰比，光实度等），使形成卫燃带存在有较大空隙存在，从而腐蚀介质剂有可能渗透过耐火材料腐蚀管子。选择较好的耐火材料及施工工艺能够自然会降低钢材水冷壁管的腐蚀速度。被损坏的耐火材料显微图显所示：损坏是通过碳化硅和氧化铝微粒间的缝隙裂缝发产生的，裂纹内充满硫化铁和氧化铁并形成空隙，管子和抓钉表

20、面通常覆盖着腐蚀产物的两层锈皮，而外层产物穿过耐火材料。（7）管子过热分析：样管向火侧、水侧结构显微图表明管子材料晶粒大小无变化，因此，锅炉运行期间水冷壁样管无过热现象。在管子内表面发现约50um厚的沉积物层，这也是很正常的现象。3.3 法国ALSTOM STEIN公司分析、试验情况法国ALSTOM STEIN公司也从珞璜电厂现场割取样管送回公司的实验室进行分析，得出的分析结果论与美国麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）的结果论一致。3.4 腐蚀爆管原因分析根据#1、#2炉卫燃带区水冷壁管腐蚀现象及样管检验结果，电厂我们多次与四川省电力试验研究院、美国麦特斯普瑞公司、法国斯坦因（STEIN）

21、公司讨论并分析腐蚀原因，最终一致我们认为华能珞璜电厂卫燃带区水冷壁大面积腐蚀爆管主要原因是因燃用高硫无烟贫煤造成的硫化物型的高温硫腐蚀，同时，伴随有碱金属和硫酸盐反应所发生的硫酸盐型高温硫腐蚀。一般产生高温硫腐蚀应同时具备四三个条件：其一是燃煤中含硫量高；其二是燃烧器区域炉膛温度高；其三是炉内燃烧器区域烟气处于还原性气氛；四是腐蚀性的气流与被腐蚀对象（水冷壁管）发生直接接触。华能珞璜电厂设计燃用重庆松藻高硫贫无烟煤，设计含硫量为4.02%，实际含硫高达4%5.5%，极端情况超过6%。为保证该煤种（高硫无烟贫煤）稳定燃烧，炉型采用“W”型锅炉，燃烧区域采用抓钉和以碳化硅为主要成分的材料制作的卫燃

22、带燃烧器区域敷设卫燃带，其主要成分为碳化硅，。在由于燃烧器区域附近火焰温度高达14001600，因此煤中的矿物成分容易分解产生SO2、SO3、H2S等气体挥发出来。，造成这一区域烟气中SO2、SO3、H2S等腐蚀性气体成分较浓多，同时这个该区域的烟气还处于还原性气氛，它导致了灰熔点温度下降和灰沉积过程加快大，大大强化了结渣现象。炉膛火焰温度越高，焦渣对耐火层的侵蚀作用也越强，卫燃带中热应力增大，其表面便会产生裂纹、裂缝和破损现象。焦渣对耐火材料的侵蚀是极其复杂的物理一化学过程。这种过程包括耐火层在焦渣中的熔解，同时，高温下耐火材料层与焦渣反应一起生形成易熔化合物，以及流动的灰渣对耐火层的破坏等

23、。对于熔解过程及化学反应速度影响最大的，首先是温度，其次还有耐火层的气孔率，焦渣的黏度等。随着温度的提高，熔解物化学反应的速度更均会加快，熔解和易熔物的形成是沿着焦渣与耐火层相接触的表面产生的，这种表面包括被焦渣渗入到耐火层气孔的内部表面，而且焦渣的黏度小时，就相当于焦渣有高的流动性，焦渣便能很深地渗入耐火层，促使其腐蚀，同时，热应力产生的裂纹，使液矿业熔渣渗入其中，也增加了焦渣与耐火层的接触面积，因而加强了焦渣的腐蚀作用。流动的熔渣对于耐火层的机械破坏，也会使焦渣的腐蚀作用加剧，致使耐火层新的表面暴露出来不断减薄。，一旦抓钉销钉裸露，很容易被即被高温火陷烧损，从而使得抓钉销钉对炉衬卫燃带的冷

24、却程度不够，表面的炉衬便往下流淌表面的卫燃带便往下流淌，熔化到溶渣中，。耐火层不断露出新的表面和抓钉，再加之焦渣的不断浸蚀，这种周而复始的共同作用，便造成了使卫燃带的逐步损坏损坏。腐蚀介质最终与水冷壁管直接接触。这样，在燃烧器区域的还原性气氛下和高温下，燃料受到可粘附的燃料颗粒的浸蚀，因燃料燃烧所需要的氧，从燃烧室空间无法满足，只能由因体表面反应所产生的氧去弥补，导致碳化硅炉衬被烧损或减薄。在这种强烈的还原性气氛下，当燃用然用高硫分的煤时，煤粉中的黄铁矿FeS2将发产生如下反应：FeS2+2CO+O2FeS+2CO2+(SS)当S原子与水冷壁管直接接触，就发生下列反应：Fe+SFeS，以上反应

25、的FeS2熔点很低（1195），在常见的烟温条件下即会熔化，加上它的密度较大，所形成的熔融小球阻力小，惯性大,很容易进入焦渣与耐火层相接触的表面，包括耐火层气孔和热应力裂缝。而且实践中已发现，灰渣中的某些元素能大大强化结渣现象，这些元素是S、Ca、C1、Na。煤粉中的黄铁矿（FeS2）在高温下分解FeS2FeS+S，以及煤粉中的可燃物在氧量不足的情况下得不到完全燃烧产生的S，这些自由的硫原子不仅大大强化了结渣现象，使焦渣对耐火层的浸融加剧，同时硫一旦浸入水冷壁管壁，便与铁发生反应，生成FeS，从而造成水冷壁管的腐蚀。从华能珞璜电厂#1、#2炉水冷壁爆管及大面积腐蚀发生的部位来看，的特性即腐蚀发

26、生在炉膛热负荷较高的燃烧器区域（前、后拱下），超过这个区域腐蚀明显减弱或者无腐蚀。同时，根据割管试验的各项结果综合分析，认为这种腐蚀主要是在由于燃用高硫煤的情况下，加之缺氧该区域处于还原性气氛，由不同途径产生的S与高温的水冷壁管相遇，生成的FeS是主要反应产物，即称之为硫化物型的形象垢高温硫腐蚀。管外壁附着的融化物（大约58mm）为焦渣对耐火层的浸蚀作用所形成的一种以硫化亚铁为基体并含有少量硅酸盐的易熔化合物。在含碱金属化合物的部位同时伴随有硫酸盐型的高温硫腐蚀。4 防止水冷壁高温硫腐蚀的措施从发生高温硫腐蚀的四个条件来分析，只要能够有效的阻止其中任何一个条件的形成，就能够有效防止华能珞璜电厂

27、电厂锅炉燃烧器卫燃带区域水冷壁爆管发生高温硫及大面积腐蚀。因此，要使管壁减薄的原因为燃用高硫煤，加之该区域烟气中有还原气氛存在。从而造成硫化物型的高温硫腐蚀。问题查定后，我们对防腐措施做了如下探讨：要彻底消除高温硫腐蚀，最好的办法是改烧含硫低的燃料，或燃煤入厂前经过精选或洗煤，降低入厂，煤含硫量，釜底抽薪，从根本上消除腐蚀源，但这不是电厂自己能够办到的事不现实的。其次是将燃烧器区域炉膛温度降低到发生高温硫腐蚀的下限温度，但这也是不现实的。只能研究适当的方法来保护燃烧器区域水冷壁管，同时研究三是如何通过运行操作尽量避免燃烧器区域出现还原性气氛，这在实际运行中无法实现。因此，只能采取措施阻止腐蚀气

28、流与被腐蚀对象燃烧器区域水冷壁直接接触。我国西南地区高硫煤产量大，过去很多不少电厂积累了不少防腐经验，有的电厂采用水冷壁管壁外表面渗铝的工艺来防腐就是一例一例。由于珞璜电厂与ALSTOM的合同谈判时规定要求主要承压部件的使用寿命为30年，因此电厂多次与法国ALSTOM STEIN公司交涉，要求STEIN公司承担责任并提出预防高温硫腐蚀的切实可行靠措施。针对防高温硫腐蚀工艺，电厂与法国ALSTOM STEIN公司进行了充分的讨论、论证工作。4.1 方案选择防止水冷壁管高温硫腐蚀的主要常用方法有渗铝工艺和热喷涂工艺两种。1、上世纪九十年代前后，渗铝工艺在国内广泛应用于燃用高硫煤锅炉水冷壁防高温腐蚀

29、。在使用过程中，出现两个十分突出的问题，一是焊口的腐蚀，二是渗铝层的层下腐蚀。随着渗铝钢专用焊条的开发，基本上解决了现场焊接的焊口腐蚀问题，但渗铝层的层下腐蚀始终未能解决，且随着使用时间的延长，层下腐蚀越来越严重，且此种腐蚀常规方法无法进行检查(只能割取管样检查)，一旦发生因腐蚀爆管，将会是大面积、灾难性的。基于上述原因，原大量使用渗铝钢的发电用户，纷纷寻找其他替代工艺热喷涂工艺。2、现场应用方便成熟的热喷涂工艺主要有火焰喷涂和电弧喷涂两种。根据国外和国内的实际应用效果比较，麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）喷涂FM72-45CT效果最好。从，1984年以来，全世界600多台锅炉喷涂了FM

30、72-45CT，喷涂面积超过300万英尺2，对锅炉保护，增加利用小时，减少维修，延长运行周期均有突出效果。为了确保工艺选择的正确、可靠。ALSTOM STEIN 公司提供了四个1m×1m尺寸的试验销钉管屏，两个管屏进行渗铝，两个管屏进行FM72-45CT喷涂。喷涂后的试样全部送至ALSTOM实验室进行涂层结合强度、传热系数检测，同时将式样放进模拟炉内进行耐高温硫腐蚀检测。经过近三个月的试验，ALSTOM STEIN的最终结论是喷涂FM72-45CT合金涂层能够有效阻隔腐蚀烟气介质对水冷壁管的腐蚀，是防止锅炉高温硫腐蚀的有效方法。唯一的缺点是价格较高。3、麦特斯普瑞公司（METALSP

31、RAY）喷涂FM72-45CT工艺：FM72-45CT是由含45%铬、14-4%钛且，且以镍为基体的高合金材料，FM72-45CT的金相设计是专门为在高温下，硫化环境中运行锅炉抗化学腐蚀而作的。FM72-45CT通过给整个管子表面和抓钉销钉喷上铬、镍合金保护层物来对水冷壁进行保护，涂层中不含铁，FM72-45CT保护层物不会与锅炉烟气中的硫化腐蚀环境介质发生化学反。因此应能有效的阻止硫渗入基底水冷壁管。因此FM72-所以45CT不是一个消耗性涂层，而是阻挡腐蚀以也止锅炉水冷壁管变薄。实践和研究表明经过此涂层处理后水冷壁管在高温硫化还原气氛中能有效抗阻腐蚀，电喷涂FM72-45CT是采用自动喷涂

32、设备进行喷涂，且保证95以上的被检测点涂层厚度在0.300.40mm范围内（用磁性涂层测厚仪测量），喷涂效率约为50 m2/（24h）。其特点是：1）实际应用中，FM72-45CT能在平均710年中可靠的保护管子正常工作。2）涂层平均耗失小于每年13um。3）FM72-45CT涂层比碳钢的抗腐蚀能力高60倍以上。4）铬是抗硫化腐蚀最重要元素，在有镍的情况下，铬含量达到40%以上，在高温硫化环境最为有效。由于涂层合金，在喷涂过程中形成了稳定的氧化铬，它能阻碍在涂层中形成不稳定的氧化铁、氧化镍、硫化铁、硫化镍，这就是保持高铬的原因（40%以上）。氧化铬有很致密的晶格结构，比腐蚀元素硫质点更紧密，这

33、种紧密结构作为屏障限制了硫渗透穿过涂层。镍则加强了涂层的机械性能，镍具有超附着特性，使FM72-45CT对基体的附着非常牢固外，镍还具有可延伸性，这一特性使FM72-45CT具有与碳钢水冷壁管基体几乎同样的热膨胀系数比，因此能够抵抗锅炉周期性的应力变化，如果涂层与水冷壁管基体的热膨胀率不同，将导致涂层机械脱落。钛进一步加强45CT的附着强度，在雾化过程中，钛与氧反应协助氧化铬的形成，钛使质点的温度达到最高，从而提高喷涂效率。FM72-45CT也是预合金材料，抗腐蚀涂层要预合金来保证涂层的均一的金相组织，在FM72-45CT中预合金保证了在涂层100%的任何部位地方都具有同样的抗高温硫腐蚀所需的

34、铬含量。非预合金涂层由于其金相组织分布不均匀，有些部位会地方产生贫铬，致至使硫分子得以通过这些区域，形成一条到达水冷壁管体的腐蚀通道，非预合金涂层。金相组织分布不均，还将使涂层变脆及至脱落。FM72-45CT涂层保证57年内不变薄脱落，否则厂家将负责免费维修补作喷涂。5）由于能够有效阻止腐蚀介质与被腐蚀对象接触，FM72-45CT涂层对硫化物型和硫酸盐型高温硫腐蚀均有效。电弧喷涂45CT喷涂价格约750美元/，喷涂时间约为50m2/（24h）。4.1 方案选择华能珞璜电厂锅炉卫燃带区水冷壁爆管及大面积腐蚀使管壁减薄的原因为燃用高硫煤，加之该区域烟气中有还原气氛存在。从而造成硫化物型的高温硫腐蚀

35、。问题查定后，我们对防腐措施做了如下探讨：要彻底消除高温硫腐蚀，最好的办法是改烧含硫低的燃料，或燃煤入厂前经过精选或洗煤，降低入厂煤含硫量，从根本上消除腐蚀源，但这不是电厂自己能够办到的事。只能研究适当的方法来保护燃烧器区域水冷壁管，同时研究如何通过运行操作尽量避免燃烧器区域出现还原性气氛。我国西南地区高硫煤产量大，过去不少电厂积累了不少防腐经验，有的电厂采用管壁外表面渗铝的工艺来防腐就是一例。合同谈判时要求主要承压部件的使用寿命为30年，因此电厂多次与法国ALSTOM STEIN公司交涉，要求STEIN公司提出预防高温硫腐蚀的切实可靠措施。同时，电厂将与麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）

36、接触的情况向法方通报，也提供了渗铝防腐的情况；鉴于麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）喷涂FM72的成本很高，法方提出分别向两个防腐工艺公司提供两个1m×1m的销钉管屏按照各自的工艺进行处理。处理完后将试样全部送到ALSTOM STEIN公司的实验室进行检测。主要检测涂层与母材的结合强度、涂层空隙率，同时将试样送进模拟高硫煤燃烧的试验炉内检测其耐高温硫腐蚀的能力，为了在较短的时间内得出结论，模拟炉内为强还原性气氛。经过近三个月的研究，ALSTOM STEIN的结论如下：1、麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）采用FM72（45CT）涂层的效果最好，该涂层能够有效阻隔腐蚀介质与水冷

37、壁管的接触。但是价格在三种工艺中最高。当时价格为750USD/m2，青铜喷涂次之。与法国斯坦因公司进行研究后，确定了以下综合防腐技术改进措施：2、渗铝工艺3、经过 增加方案比较内容（1）更换前墙已腐蚀的水冷壁管屏。在与法方讨论中，我方提出在二期工程（含#1、#2炉）采用耐腐性能更高的高合金管材，但法方对高合金管材没有应用经验，加之现场焊接，热处理工艺困难，在技术上还不成熟，因此，只好继续采用原有管材材质，但管子表面必须作防腐处理。（2）抓钉更换：新更换的水冷壁抓钉改用防腐性能更好的抓钉。材质由X15CNS25.20高合金耐热不锈钢改为SiCrA110铝铬硅合金钢，抓钉规格由6×25m

38、m改为10×12mm，密度由1220颗/提高到2450颗/ ，达到提高抗腐能力，改善卫燃带冷却效果，延长卫燃带、抓钉寿命。（3）选用更好的SiC涂层材料：提高炉膛拱部及前、后墙卫燃带SiC涂层材料，改善施工工艺，增加SiC细度、纯度及卫燃带的密实度。新的碳化硅材料选用SiCA90，其耐磨耐腐性能远高于原设计的卫燃带材料。另外，锅炉大修时，必须重点检查卫燃带的完好情况、损坏区域应及时修复，使之处于完好状态，确保对水冷壁的有效保护。（4）调整燃烧，消除炉内存在还原性气氛的存在：进一步对锅炉进行燃烧调试，为此斯坦因公司将免费提供调试所需的仪器、设备及工具，华能将配合斯坦因公司完成这一调试工

39、作，以期达到炉膛内无还原性气氛，燃烧稳定的效果。（5）水冷壁管表面防腐处理：目前国内、外普采用表面渗铝或热喷涂工艺作防腐处理（热喷涂又分电弧喷涂和火焰喷涂）。我们调研了一些厂家，比较了他们产品的优劣，就使用寿命，加工条件而言，喷涂都均优于渗铝，但费用比渗铝高，最终我们选择了喷涂，即锅炉水冷壁管采用电弧喷涂45CT。喷涂厂选择美国麦特斯普瑞公司（METALSPRAY），该公司于1984年开始使用热喷涂工艺保护锅炉不被冲蚀和腐蚀，1984年以来，全世界600多台锅炉喷涂了45CT，喷涂面积超过30m2，对锅炉保护，增加利用小时，减少维修，延长运行周期均有突出效果。（6）电弧喷涂45CT锅炉管子保护

40、涂层：45CT是由45%铬、4%钛，且以镍为基体的高合金材料，45CT的金相设计是专门为在高温下，硫化环境中运行锅炉抗化学腐蚀而作的。45CT通过给整个管子表面和抓钉喷上铬、镍合金保护物来对水冷壁进行保护，涂层中不含铁，45CT保护物不会与锅炉中的硫化环境发生化学反应能有效的阻止硫渗入基底。所以45CT不是一个消耗性涂层，而是阻挡腐蚀以也止锅炉水冷壁管变薄。实践和研究表明经过此涂层处理后水冷壁管在高温硫化还原气氛中能有效抗阻腐蚀，电喷涂45CT是采用自动喷涂设备进行喷涂，喷涂效率约为50 m2/（24h）。其特点是：1）实际应用中，45CT能在平均710年中可靠的保护管子正常工作。2）涂层平均

41、耗失小于每年13um。3）45CT涂层比碳钢的抗腐蚀能力高60倍以上。4）铬是抗硫化腐蚀最重要元素，在有镍的情况下，铬含量达到40%以上，在高温硫化环境最为有效。由于涂层合金，在喷涂过程中形成了稳定的氧化铬，它能阻碍在涂层中形成不稳定的氧化铁、氧化镍、硫化铁、硫化镍，这就是保持高铬的原因（40%以上）。氧化铬有很致密的晶格结构，比腐蚀元素硫质点更紧密，这种紧密结构作为屏障限制了硫渗透穿过涂层。镍则加强了涂层的机械性能，镍具有超附着特性，使45CT对基体的附着非常牢固外，镍还具有可延伸性，这一特性使45CT具有与碳钢水冷壁管基体几乎同样的热膨胀比，因此能够抵抗锅炉周期性的应力变化，如果涂层与水冷

42、壁管基体的热膨胀率不同，将导致涂层机械脱落。钛进一步加强45CT的附着强度，在雾化过程中，钛与氧反应协助氧化铬的形成，钛使质点的温度达到最高，从而提高喷涂效率。45CT也是预合金材料，抗腐蚀涂层要预合金来保证涂层的均一的金相组织，在45CT中预合金保证了在涂层100%的地方都具有同样的抗硫所需的铬含量。非预合金涂层由于其金相组织分布不均匀，有些地方产生贫铬，至使硫分子得以通过这些区域，形成一条到达水冷壁管体的腐蚀通道。金相组织分布不均，还将使涂层变脆及至脱落。45CT涂层保证7年内不变薄脱落，否则厂家将负责免费维修补作喷涂。电弧喷涂45CT喷涂价格约750美元/，喷涂时间约为50m2/（24h

43、）。4.2 实施情况 增加方案比较内容在与法国斯坦因公司进行研究后，最终确定采用麦特斯普瑞公司（METALSPRAY）喷涂45CT涂层为主要手段，再辅助其他方法的综合防护措施。实施情况如下。（1）STEIN公司在#1炉燃烧器一次风喷口与前后墙水冷壁之间设计引入一股二次风作为风帘以防止腐蚀气流贴壁。从改造后的运行情况看，没有实际效果。两年以后拆除。（2）更换#1、#2炉前、后墙已腐蚀的燃烧器区域的所有水冷壁管屏（标高2128m）。在与法方讨论中，我方提出在二期工程（含#1、#2炉）采用耐腐性能更高的高合金管材，但法方对高合金管材没有应用经验，加之现场焊接，热处理工艺困难，在技术上还不成熟，因此，

44、只好继续采用原有管材材质，但管子表面必须作防腐处理。（2）抓钉销钉更换：新更换的水冷壁抓钉改用防腐性能更好的抓钉。材质由X15CrNiS25.20高合金耐热不锈钢改为SiCrA110铝铬硅合金钢，抓钉销钉规格由6×25mm改为10×12mm，密度由1220颗/提高到2450颗/ ，达到提高抗腐能力，改善卫燃带冷却效果，延长卫燃带、抓钉销钉寿命。（3）选用更好的SiC涂层材料：提高炉膛拱部及前、后墙卫燃带SiC涂层材料，改善施工工艺，增加SiC细度、纯度及卫燃带的密实度。新的碳化硅材料选用SiCA90，其耐磨耐腐性能远高于原设计的卫燃带材料。另外，锅炉大修时，必须重点检查卫燃

45、带的完好情况、损坏区域应及时修复，使之处于完好状态，确保对水冷壁的有效保护。（4）调整燃烧，消除炉内存在还原性气氛的存在：进一步对锅炉进行燃烧调试，为此斯坦因公司将免费提供调试所需的仪器、设备及工具，华能将配合斯坦因公司完成这一调试工作，以期达到炉膛内无还原性气氛，燃烧稳定的效果。（5）水冷壁管表面防腐处理：锅炉燃烧区域水冷壁管采用电弧喷涂FM72-45CT。喷涂施工单位选择美国麦特斯普瑞公司（METALSPRAY），涂层厚度0.230.405mm。为了确保其结合强度，喷涂前喷砂形貌处理必须采用16#棕刚玉，喷砂后用粗糙度仪进行测量，基体的表面粗糙度必需在35mil之间方可进行喷涂作业。由于是

46、换管，我们选择的是在地面进行电脑控制自动喷涂以确保涂层的稳定性和均匀性，同时提高效率；安装以后再对对接焊缝以及鳍片焊缝进行补喷。下图是自动喷涂作业情景。华能重庆珞璜发电有限责任公司水冷壁管屏自动喷涂现场 （4）鉴于一期锅炉的腐蚀情况，二期锅炉在安装前对燃烧器区域水冷壁管（含炉拱）按照一期工艺进行防高温硫腐蚀喷涂。4.3、喷涂后的效果 #1、#2炉于1997年完成水冷壁更换、喷涂工作后投运，至今已安全运行近12年约9万小时，喷涂部位从未发生过爆管。#3、#4炉自1998年12月投产以来，从未发生过高温硫腐蚀爆管。喷涂以后每年检修时均对每台炉的涂层厚度进行检测，其减薄速度低于10微米/a，目前剩余的涂层厚度为0.200.30mm，但是一、二次风喷口部位