火电厂锅炉水冷壁管腐蚀和磨损，你知道多少？
火电厂锅炉水冷壁管腐蚀和磨损，你知道多少？
一、腐蚀与磨损的危害
火电厂锅炉水冷壁管的腐蚀和磨损是导致机组非计划停运的主要原因之一，其危害主要体现在：
- 管壁减薄：正常运行条件下，年平均减薄量约1mm，严重工况下可达5~6mm/年，直接降低管道承载能力。
- 突发性爆管：腐蚀与磨损交替作用导致管壁强度下降，易引发爆管事故，需紧急停炉抢修，造成日均30~50万元的经济损失。
- 安全隐患：管壁减薄后可能发生泄漏，威胁炉膛负压稳定及操作人员安全，同时增加检修工作量和劳动强度。
二、腐蚀与磨损机理
2.1 高温硫化物腐蚀
燃煤中的硫及硫化物在高温（>600℃）下与管壁金属发生化学反应，主要路径包括：
- 硫化氢腐蚀：烟气中的H₂S与铁反应生成FeS，导致金属晶格破坏：
- 硫酸盐沉积：不可燃硫生成的硫酸盐（如Na₂SO₄、K₂SO₄）熔敷于管壁，形成低熔点共晶物，加速腐蚀。
- 单原子硫侵蚀：高温下硫分子分解为活性单原子硫，与铁直接反应生成FeS，降低材料韧性。
2.2 灰分颗粒冲蚀
燃煤产生的灰分颗粒以8m/s的速度冲击管壁，长期切削作用导致机械磨损。冲蚀强度与以下因素正相关：
- 烟气流速（临界速度>6m/s时磨损加剧）
- 灰分浓度（高灰分煤种磨损速率提升30%）
- 颗粒硬度（SiO₂含量>20%时磨损量显著增加）
三、影响因素分析
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影响因素 |
作用机制 |
典型数据 |
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炉膛温度 |
温度升高加速硫化反应速率 |
>1000℃时腐蚀速率提升2~3倍 |
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燃煤硫含量 |
硫分每增加1%，腐蚀速率增加0.2mm/年 |
高硫煤（S>3%）机组需强化防护 |
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烟气流速 |
流速超过8m/s后冲蚀磨损急剧增加 |
临界流速控制在6~7m/s以下 |
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管壁材质 |
合金元素（Cr、Mo）提升抗腐蚀能力 |
T91钢较20G钢腐蚀寿命延长3~5年 |
四、防护技术对比
4.1 非表面防护法实施要点
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技术措施 |
操作方法 |
防护效果 |
局限性 |
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低氧燃烧 |
控制过量空气系数1.05~1.10 |
SO₃生成量减少40%~50% |
可能增加不完全燃烧热损失 |
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煤粉细度优化 |
R90=15%~20%，均匀度指数n>1.2 |
灰分颗粒平均直径降低至50μm以下 |
磨煤机电耗增加8%~12% |
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添加剂注入 |
每吨煤添加2~3kg CaO/MgO |
硫化物中和效率达60%~70% |
灰渣量增加15%~20% |
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烟气流速控制 |
炉膛出口烟速≤7m/s |
冲蚀磨损量降低30%~40% |
需改造导流板，增加系统阻力 |
4.2 表面防护法核心技术参数
4.2.1 电弧喷涂技术
- 涂层材料：Zn-Al伪合金（85%Zn+15%Al）、NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷
- 工艺参数：
电弧电压28~32V，电流150~200A，雾化气压0.5~0.6MPa
- 涂层性能：
厚度0.2~0.3mm，结合强度≥50MPa，耐温650℃，使用寿命6~8年
- 现场施工流程：
- 表面预处理（喷砂除锈达Sa2.5级）
- 电弧喷涂（喷枪距工件150~200mm，移动速度300~500mm/min）
- 封闭处理（有机硅密封剂涂覆，厚度20~30μm）
4.2.2 热喷复合涂层体系
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涂层结构 |
材料组合 |
耐蚀温度 |
适用场景 |
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单层金属涂层 |
1Cr13不锈钢 |
≤600℃ |
中硫煤机组（S<2%） |
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金属+陶瓷涂层 |
NiCr合金+Al₂O₃-TiO₂ |
≤800℃ |
高硫煤机组、循环流化床锅炉 |
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梯度功能涂层 |
NiCrAlY+YSZ陶瓷 |
≤1000℃ |
超临界机组高温区域（如燃烧器附近） |
4.3 防护方案选择建议
- 经济型方案：电弧喷涂Zn-Al涂层（初期投资约15~20万元/机组），适合服役年限<10年的亚临界机组。
- 长效方案：T91材质升级+NiCr-Cr₃C₂涂层（寿命延长至12~15年），推荐用于超临界高硫煤机组。
- 应急修复：局部激光熔覆（修复厚度0.5~2mm），适用于突发性腐蚀减薄区域（如管壁剩余厚度≥6mm）。
五、常用水冷壁管的材质
5.1 水冷壁管专用材质
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材质牌号 |
标准编号 |
主要合金元素 |
最高使用温度 |
适用场景 |
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12Cr1MoVG |
GB 5310 |
Cr1.0%、Mo0.3%、V0.2% |
580℃ |
超高压锅炉水冷壁、过热器 |
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SA-213T2 |
ASME SA-213 |
C0.25%、Mn0.9% |
450℃ |
中压锅炉（≤5.9MPa）受热面 |
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SA-213TP347 |
ASME SA-213 |
Cr18%、Ni10%、Nb0.8% |
700℃ |
超临界机组、高硫煤燃烧器区域 |
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12Cr1MoV |
GB 5310 |
Cr1.0%、Mo0.3% |
560℃ |
高压锅炉（≤10MPa）水冷壁 |
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SA-210C |
ASME SA-210 |
C0.35%、Mn0.8% |
425℃ |
低中压锅炉水冷壁（≤3.8MPa） |
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1Cr18Ni9Ti |
GB/T 14976 |
Cr18%、Ni9%、Ti0.5% |
650℃ |
耐腐蚀环境（如海水淡化锅炉） |
5.2 材质选用原则
- 压力等级匹配：
- 中低压锅炉（≤3.8MPa）优先选用SA-210C、20G
- 高压及以上选用12Cr1MoVG、SA-213T91
- 腐蚀环境适配：
- 高硫煤（S>3%）机组推荐SA-213TP347、1Cr18Ni9Ti
- 燃用生物质燃料选用添加Nb、Ti的稳定化不锈钢
- 标准体系选择：
- 国内机组常用GB 5310材质，出口机组优先ASME SA-213系列
2025-09-06唐玥编辑
