（国电投宁夏能源铝业临河发电分公司& 宁夏银川市& 750411）
　　摘要：火力发电厂锅炉高温硫腐蚀是目前锅炉普遍存在的现象,它会引起水冷壁管壁腐蚀减薄,炉管强度降低失效,严重时引起锅炉爆管泄漏,造成机组停运。
　　关键词：锅炉；水冷壁；高温硫腐蚀
　　一、设备概况
　　国电投宁夏能源业临河发电分公司为全国首台350WM超临界直接空冷机组，两台锅炉型号为DG-II2，均于2011年投入商业运行。锅炉设计煤质硫份0.48%，机组投运后，随着煤炭市场的恶化，实际入炉煤一般在1%-2.5%之间，2014年机组检修期间发现#1锅炉水冷壁存在高温硫腐蚀现象，但腐蚀减薄比较轻微，对水冷壁进行了电弧喷涂。2015年和2016年对#2锅炉受热面检查过程中发现两侧墙水冷壁高温硫腐蚀情况严重，对超标的管子进行了大面积更换，并对水冷壁进行了电弧喷涂，#1、#2锅炉还在水冷壁上加装了贴壁风装置。
　　二、高沮硫腐蚀产生的机理
　　1高温硫化
　　高温硫化是指高温下金属与硫反应而导致的腐蚀，通常情况下是指高温下金属与气体硫、有机碱发生的反应。金属与硫反应的速度比氧化反应快得多。同时对大多数金属来说，硫是一种更强烈更具腐蚀性的氧化剂，硫化腐蚀危害更大。氧化性含硫环境中，虽有硫化腐蚀的发生，但是腐蚀以高温氧化为主。其主要原因为：①硫化物的扩散系数大于氧化物的扩散系数；②硫化物的稳定相的数目多。③硫化物的熔点比氧化物低，金属壳与这些硫化物形成低熔点的共晶物，进而导致加速硫化。④金属硫化物的分子体积大于氧化物。硫化物产生的应力比氧化物产生的应力大得多，易使硫化层破裂，从而加速金属的硫化。
　　2高温混合气氛下的硫化一氧化
　　高温混合气氛下的硫化一氧化腐蚀是在含氧和硫的混合气氛下，金属受到氧化、硫化或硫化一氧化为主的腐蚀。因为实际工业环境中往往是含氧和硫的混合气氛，因此这类腐蚀带有普遍性。可以分成以下几种情况①在气氛中的氧化分压高于氧化物的分解压时，反应主要是氧化形成的氧化物。②在气氛中硫分压高于硫化物分解压时，反应主要是硫化，形成硫化物。③当环境气氛的硫分压、氧分压正处在硫化物、氧化物的分解压时，同时发生硫化、氧化，硫化物和氧化物能平衡共存。
　　3硫酸盐沉淀热腐蚀
　　硫酸盐沉淀热腐蚀是指金属材料有高温环境因素反应在其表面沉积物形成熔融盐膜而加速腐蚀的现象。其腐蚀过程一般分五步。第一步，在水冷壁管壁生成氧化层Fe3O4。和极细灰粒沾污层。厚度很小，实际上是金属保护膜。第二步，冷凝在管壁上的碱金属氧化物与周围烟气中的SO4气体发生反应生成硫酸盐。第三步，硫酸盐层增厚，热阻加大，表面温度升高，灰渣融化，粘接飞灰形成疏松的渣层，硫酸盐融化时会放出SO4向内向外扩散。第四步，硫酸盐释放的SO3及烟气中SO3会穿过疏松的渣层向内扩散。第五步，运行中外层灰渣因清灰或灰渣过厚而脱落时Na3Fe(SO4)3等暴露在高温火焰辐射下发生分解，由此出现新的碱金属硫酸盐层，在SO3作用下不断地使管壁受到腐蚀。
　　三、水冷壁腐蚀
　　国电投宁夏能源铝业临河发电分公司两台机组于月投运。锅炉燃烧器布置方式为前、后墙对冲布置的轴向旋流燃烧器，前墙三层、后墙两层，前部从上向下为D、B、C，后墙从下向上为A、E，燃烧器上部为一层燃尽风(OFA)。锅炉设计煤质硫份0.48%，随着煤炭市场的恶化，实际入炉煤一般在1%-2.5%之间，2014年机组检修期间发现#1锅炉水冷壁存在高温硫腐蚀现象，对水冷壁进行了电弧喷涂。水冷壁下部螺旋管圈管子规格为￠38.1&7．5，材质为SA-213T2，管子较薄最严重处为4.2mm。腐蚀区域位于锅炉水冷壁两侧墙，高度在燃烧器燃尽风至下层吹灰器区域。硫腐蚀厚度在1．5-2mm之间，脱落明显，见图1和图2：
　　通过试验可以看出：
　　(1)一般认为H2S浓度达到100ppm以上便具有腐蚀性，浓度越高腐蚀速度越快，#4炉水冷壁腐蚀严重与该位置烟气中高浓度的H2S直接相关。
　　(2)H2S浓度随负荷升高而逐渐升高，270MW及以上负荷H2S浓度浓度偏高。
　　(3)A、B两侧的H2S浓度与锅炉磨煤机运行方式和控制氧量有关。
　　四、应对措施
　　1采用电弧喷涂防磨技术
　　通过对水冷壁管子表面进行喷砂除锈，在管子表面通过超音速电弧喷涂工艺，将熔化后的NiCr合金材料喷镀在管壁表面，形成管子表面的合金保护层，可以抵抗高温硫腐蚀，该技术在锅炉水冷壁上的应用比较广泛，短期内可以起到预防腐蚀的目的，但随着运行时间的增长，抗抵抗能力将逐渐消失甚至实效。
　　2严格控制入炉煤煤质
　　重点控制入炉煤发热量、挥发分含量以及含硫量等燃煤参数，由于电厂采购煤源较广，通过人炉煤掺烧，来确保燃煤参数达到或接近设计值。
　　3加强燃烧调整
　　通过一次风调平，尽可能保证各喷嘴燃烧器的煤粉流量均等，避免引起局部缺氧，着火困难，燃烧不稳定以及局部结渣等情况。另外，如果燃烧不稳，局部热负荷过高，即水冷壁壁温过高，将大大增加水冷壁结渣和高温硫腐蚀的几率。所以，在日常运行操作中，应加强锅炉燃烧的调整，尽量避免火焰偏斜，产生局部超温，降低受热面高温硫腐蚀的发生。
　　4增加贴壁风
　　在缺氧燃烧区域增加贴壁风，补充氧量，减少缺氧情况，同时可以缓解贴壁燃烧现象。
　　5加强锅炉防磨防爆管理
　　加强锅炉水冷壁防磨防爆管理，发现水冷壁发生高温硫腐蚀，及时采取措施，通过宏观检查及测厚手段，对因硫腐蚀较薄超标的管子进行更换，提高锅炉水冷壁运行的安全性。
　　随着国家对火力发电厂污染物排放标准的提高，烟气脱硝改造前先进行低氮燃烧器改造是普遍采取的方法。低氮燃烧后，水冷壁区域还原性气氛增加，对水冷壁高温硫腐蚀是不利的。因此，针对水冷壁存在的高温硫腐蚀情况，我们要提前预判，及早采取有效措施进行防范，对于防止锅炉&四管&泄漏或设备损坏具有重要意义。
　　参考文献
　　[1]宋凯,袁鹤,尤坤坤.1000MW机组炉内受热面腐蚀的原因以及治理方案[J].华电技术.2016.
　　[2]刘志平,范海陆,李辰.电站锅炉沾污结渣的处理方法比较[J].合成材料老化与应用.2015.
　　作者简介：
　　作者：杨小龙（），男，助理工程师，企业锅炉、金属专业主管，研究方向：火电厂锅炉四管防磨防爆管理。
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华能榆社发电有限责任公司 #3炉水冷壁喷涂技术协议
#3C修 ― 炉 ― B1408（W）
华能榆社发电有限责任公司
一、 前言： 甲方：华能榆社发电有限责任公司 乙方： 华能榆社发电有限责任公司（以下简称甲方）与
（以下简称乙方）就甲方的#3炉水冷壁喷涂项目中的技术部分，经双方友好协商，达成以下协议。 二、工程范围： 甲方委托乙方对甲方电厂#3炉水冷壁喷涂项目进行实施。喷涂内容具体如下： 1、水冷壁后墙：标高：16.2 ― 22.2米，高度6米。从左往右数从第11--158根,共计148根，长度11.3米。水冷壁管高温腐蚀面积11.3×6×1.3=88.14平米，剔除后墙卫燃带面积17.12，喷涂面积为71.02平米。 2、水冷壁左墙：标高：16.2―22.2米，高度6米。从右往左数从第10--154根,，共计144根，长度10.95米。水冷壁管高温腐蚀面积10.95×6×1.3=85.41平米剔除左墙卫燃带面积20.66，喷涂面积为64.75平米。 3、水冷壁右墙：标高：16.2―22.2米，高度6米。从左往右数从第10--154根,，共计144根，长度10.95米。水冷壁管高温腐蚀面积10.95×6×1.3=85.41平米剔除左墙卫燃带面积20.66，喷涂面积为64.75平米。 4、左、后、右三面墙合计腐蚀喷涂面积为200.52平米。 5、丝材选用： PS45镍铬钛合金丝，附出厂合格证及北工大检验报告原件。使用前必须经甲方金相检验合格。 三、技术要求： 1、投标方应满足（但不低于）下列规程的有关规定 《热喷涂涂层厚度的无损测量方法》GBll374―89 《热喷涂层结合强度的测定》GB8642―88 《热喷涂层抗拉强度的测定》GB8641―88 《金属热喷涂层表面洛氏硬度实验方法》GB8640―88 《热喷涂涂层间隙率实验方法》JB／T7509―94 《超音速电弧喷涂质量检验与验收》GB／YS03―1 1 《热喷涂金属件表面预处理通则》GB11373--89 《涂装前表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923--88
2、投标方应满足下列技术指标： （1）预处理表面粗糙度
清洁度达到Sa3.0级，粗糙度达到Rz80-120μm
（2）压缩空气压力
流量≥6m3/min
气压0.55-0.8 Mpa （3）合金涂层
涂层厚度：≥0.5mm 结合强度：>41.3Mpa； 硬度：≥60HRC； 平均磨损速度：≤0.13mm/年； 孔隙率：<2%； 膨胀系数： 与金属相近：8.8×10-6/K （4）LG-3高温耐磨防腐专用封孔剂
主要成分：纳米氧化锆、纳米氧化铝、氧化铝微粉、氮化硼微粉等 厚
度：0.1-0.2mm 工作温度：＞1000℃ 耐 磨 性：≤8mg/1000r 结合强度：：≥6 Mpa 3、投标方应满足下列技术规范 3.1
施工准备： 3.1.1 做好喷砂、喷涂前的（炉内、炉外）隔离工作，防止喷砂大面积污染环境。 3.1.2 清除水冷壁上的杂物等。 3.1.3 对管壁需实施喷涂的部位进行全面的质量检查，如发现需要修整补强的部位应及时提出。 3.2
表面预处理： 3.2.1 喷砂前，对非有效表面采用遮蔽带、硬木板或橡胶等物进行遮蔽保护。并预留过渡区域，以保证涂层边缘光滑过渡。 3.2.2 磨料选择及使用：喷砂材料应采用质坚有不规则棱角的特级石英砂、棕刚玉（按国家标准）必须净化，使用前应经筛选，砂内粘土及细粉尘含量不应大于5%，不得含有油污。喷砂前石英砂要晾晒干燥，含水量应不大于1%，并存放干燥，防止受潮、雨淋、砂内混入杂质。所用砂粒必须清洁、干燥，喷砂区域设围护及其它回收措施，确保不污染周围环境，经质量工程师确认后方可进行喷砂。 3.2.3 喷砂装置：采用压力式高效喷砂设备 3.2.4压缩空气：自备空压机，排气流量≥6m3/min，工作压力0.55-0.8Mp o 3.2.4 操作方法：喷砂距离200～3O0mm，喷砂角度与基体45～90度，每次喷砂5-6O。除锈应从下至上进行，将凹凸不平的受热面打磨光滑平整后立即喷砂。先用刚玉砂去除钢材表面的锈、氧化皮、结焦等附着物；喷棕刚玉作用仅仅是糙化基材表面，表面清洁度达到Sa3.0级，而不会对管壁厚度造成任何损伤，用粗糙度样块对照检验，喷砂后管壁表面应干燥，无灰尘、无油污、无氧化皮、无锈斑及其它杂物，其清洁度达到Sa3.0级，其粗糙度达到Rz80-120μm。 3.2.5 在喷砂后应检查预处理的表面，采用TR100袖珍式表面粗糙度测试仪进行检测，发现有锈蚀或部位不合格的应重新进行处理，合格后再用DC-2000B型智能超音波测厚仪对管壁进行第一次测厚δ1。喷砂完工后设备表面不得受潮、氧化及污染，应在2～4小时内必须进行电弧喷涂，以保持被喷表面较高的活化度。 3.2.6
除锈后须经甲方有关人员进行四级验收合格后方可进行喷涂施工。 3.3喷涂： 3.3.1丝材选用： PS45镍铬钛合金丝，附出厂合格证及北工大检验报告原件。使用前必须经甲方金相检验合格。 选用具有抗高温氧化、硫化及热腐蚀性能好的PS45镍铬钛合金丝（其中Cr45%,Ti0.3～1.0%，其它小于0.5%，Ni余量）对水冷壁腐蚀区域进行防腐喷涂，具有非常高的耐腐蚀性、耐热冲性，涂层厚度≥0.5mm，硬度≥60HRC，平均磨损速度≤0.13mm/年，膨胀系数与管子相近。 3.3.2 喷涂方式:采用井字型喷涂方式，分层、分区作业，每5-6O局部区域喷涂达到工艺设计厚度后再移换到其他区域，确保喷涂层的厚度均匀及结合力，防止出现漏喷现象。 3.3.3 喷涂完毕后，应进行涂层质量检验，并测量厚度δ2，若δ2-δ1≥0.5mm判定合格，可进入下一道工序，否则对不合格部位应进行补喷涂。 3.3.4 喷砂与喷涂每5-6O间隔循环进行，喷涂过渡区域宽度为100mm，边缘平滑过渡，无凹凸台阶。 3.4注意事项： 3.4.1
分块作业，局部区域喷涂达到设计厚度后再移换到其他区域，搭接部位设置辩认标志。操作时，层间温度不得高于80℃。 3.4.2 送丝盘及送丝情况设专人监护，以保证顺利送丝，防止丝材 “打结”，同时必须保证两丝间绝对绝缘，以免造成短路。 3.4.3 喷涂前应在试板上试喷，以便调节电压、电流、送丝速度、压缩空气流量，检查气路的活接头及软管接头，不得有漏气现象。如发现送丝不稳、电弧不稳定燃烧、严重漏气等特殊现场应及时检查、调整。调节电压时应断开主回路，以免损伤主喷涂电源。 3.4.4 喷涂过程中若发现送丝不稳、熔丝爆断、电弧时断时续现象，应先检查导电嘴使用状况，再次检查导丝管安装是否牢固，松动时应及时拧紧。 3.5刷封孔剂： 喷涂结束验收合格后在热喷涂层表面采用专用的LG-3高温耐磨防腐专用封孔剂封孔，厚度为0.1～0.2mm，耐磨性≤8mg/1000r。 3.6喷涂结束后对炉内、炉外及渣井、捞渣机的垃圾、杂物清理干净。 四、双方职责：
甲方职责 1、甲方负责提供施工用电源。 2、甲方负责监督投标方人员按照喷涂工艺进行施工。 3、甲方负责监督投标方安全施工，对有危害人身或设备安全的行为有权制止。 4、甲方负责对施工质量进行全过程监督。 6、甲方组织工程竣工验收。 乙方职责 1、乙方按照双方协商的喷涂的内容及施工工艺进行施工。 2、乙方在施工过程中设专职安全员，乙方对施工中出现的人身伤害事故,由乙方负责。
3、凡喷涂质量不符合规定，乙方应无偿返工，对因此而造成的一切损失，均由
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3秒自动关闭窗口&&&&：热喷涂在机械维修领域的典型应用：
&&&&一、电力系统：1、火电厂锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管、节煤（或油）器管，简称“锅炉四管”喷涂耐磨涂层；2、火电厂汽轮机缸盖结合面泄漏喷涂修复；3、火电厂吸、排风机叶轮及磨煤机系统喷焊修复与表面强化；4、水电站水轮机过流部位导中、闸门壳、排水减压管、转轮、导叶环、罩壳等抗气蚀冲刷喷焊层；5、柴油发电机曲轴磨损后的修复；6、风力发电底座的喷涂。
&&&&二、系统：1、各种轧辊修复与强化；2、无缝钢管生产企业采用喷焊工艺制造的复合轧顶代替铸钢轧顶，提高寿命4－5倍以上；3、高炉渣口、风口原材质为紫铜耐熔融铁水性差，采用等离子喷涂紫铜+Ni-Cr-AL+Ni/AL2O3陶瓷及物，提高寿命一倍以上；4、硅钢片连续脱碳退火机组，炉内托石墨碳套底辊使用极限温度为950℃，无法在更高温度下生产一次性冷轧高牌号硅钢片，采用等离子、超音速火焰、爆炸喷涂陶瓷及金属陶瓷涂层的新型炉底辊在920℃以上使用寿命达3个月以上，920℃以下平均使用寿命大于6个月，最长的达到一年多，新型炉底辊替代进口、节约外汇、创造上亿元的重大间接效益和社会效益；5、连铸机轧辊一根价值人民币拾几万元，由于处于高温连续作业，不断受到高温氧化而尺变形，我国宝钢、武钢等单位吸收国外先进经验，对连铸机轧辊采用自动埋弧焊、等离子喷涂或超音速火焰、燃气爆炸喷涂Ni-Cr-AL+复合陶瓷涂层修复与强化；6、修复与强化各种轴类、进口曲轴等。
&&&&三、有色金属工业系统：1、有色、冶金、石化千吨位以上水压机、油压机等大型挤压机柱塞等采用氧乙炔焰自熔性合金粉末喷焊方法，成功地修复φ850×5500柱塞一根原价28万元，被认为是“国宝”的大型柱塞几百根，收到了良好的经济效益；2、铜加工厂各种轧辊、铝厂碳素电极挤压成型咀的修复。
&&&&四、煤炭系统：1、煤矿井筒装备喷锌、铝、耐腐蚀涂层；2、采煤刮板机中部槽、柱塞采用合金喷焊耐磨涂层。
&&&&五、石油系统：1、炼油厂大型钢制油罐内采用热喷涂铝涂层厚度100-150μm，无机富锌涂料封闭层厚度为50-80μm，防腐年限可达15年以上；2、油田钻杆接头采用等离子喷焊比原35CrMo钻杆接头寿命高1倍以上；3、各种泵类、柱塞修复；4、修复与强化各种轴类、进口汽车曲轴等。
&&&&六、化工行业：1、金属涂层：化肥厂碳化塔、煤气柜、酿酒贮罐、啤酒发酵罐、蒸溜塔、各种化工容器等内表面喷铝、锌、锡、铅、不锈钢等防腐涂层及大型闸阀修复；2、陶瓷涂层：制药、生化、食品、化工企业新制反应釜内表面经喷砂除锈后喷涂AL2O3、Cr2O2、TiO2等陶瓷涂层取代搪玻璃釉涂层或反应釜局部脱落修补涂层；3、塑料涂层：体育馆网架结构件、公用设施、各类化工容器、大直径管道、陶瓷行业泸泥机板框、印染行业导布辊、煤碳行业皮带运输机铸铁托轮、印刷机各种导辊等表面喷涂尼龙的减摩耐磨涂层，以及喷涂聚乙烯、EVA树脂、氯化聚醚、环氧树脂等防腐涂层，弥补静电喷塑不足。
&&&&七、机械行业：1、一个大型碟阀价值一万多元，一个油田一年至少消耗20多个，按全国十大油田年消耗大型阀门在200个以上，如果考虑其它行业大型阀门年消耗量就更大了，采用1Cr18Ni9Ti材料喷涂修复，可在350℃环境下使用寿命提高1-2倍，仅此一项在石油部门年可获经济效益1000万元以上；除油田以外，对一些阀门生产企业和几大碱厂调查，一般国产2040铸铁闸阀实际使用寿命只有720小时，远远达不到国家标准使用3000小时，全国几大碱厂及其它化工行业对这种大型阀门年需求量上万只，由于寿命达不到要求，损失相当可观。实践证明，采用普通钢制造表面喷涂镍基碳化钨涂层，其寿命可提高3-4倍，如果全面推广按寿命提高一倍，年经济效益几千万元；2、各种进口汽车发动机曲轴、火车内燃机车曲轴、船用曲轴、矿山空压机曲轴、各种大型电机转子轴、萝茨风机轴修复；3、螺旋输送杆、各种压铸、注塑、橡胶模、玻璃模、冷冲、拉延、热锻、热挤、热压、热冲等模具修复；4、电弧喷涂快速制造模具。
&&&&八、造纸、印刷、包装行业：1、造纸烘缸喷不锈钢等防腐耐磨涂层；2、胸辊、压光辊喷铜代替电镀铜涂层；3、四色胶印机压印滚筒挤伤或磨损修复；4、纸箱厂四对瓦楞纸板压辊修复；
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