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【摘 要】 本文详述了火电厂锅炉受热面高温腐蚀机理，针对不同的腐蚀原因提出了防护措施;对几种表面防护方法及优缺点进行了重点叙述。
【关键词】 锅炉;受热面;高温腐蚀;防护措施
【Abstract】 The mechanism of high temperature corrosion on boiler heating surface is presented in detail， and preventive measures is put forward against different causes of high temperature corrosion; the disadvantages and advantages of several preventive measures are emphatically narrated.
【Key Words】 boiler; heating surface; high temperature corrosion; preventive measures
引言：
在电厂锅炉中，锅炉管道工作在高温、高压、腐蚀、磨损及疲劳的恶劣环境中，容易产生高温腐蚀和磨损，造成“四管”泄漏爆管事故。因此，采用适当的防腐技术来降低“四管”的高温腐蚀与磨损，有效延长锅炉管使用寿命，具有重要的经济意义。
1 锅炉“四管”失效的一般形式及发生位置
锅炉工作时，“四管”的工况存在着区别，从而使得锅炉“四管”的失效形式存在着差异，主要存在着高温硫化腐蚀与高温冲蚀磨损两种形式。
1.1高温硫化腐蚀的一般机理
高温硫化腐蚀是燃烧高硫煤锅炉“四管”的主要失效形式之一，主要发生在锅炉内部还原性气氛区域，即燃烧器附近水冷壁区域，过热器、再热器也有发生的可能，目前关于锅炉的硫化腐蚀主要存在以下几种理论：
1）煤在燃烧过程中，煤中黄铁矿（主要成分为FeS2和SiO2）发生反应生成游离态的硫，形成硫化气氛。由于锅炉结构参数、运行状况、煤种等问题都会在水冷壁周同形成还原性气氛，致使其保护性氧化膜无法生成或不稳定。同时，气体成分中含有大量的H2、CO、CO2、H2O、H2S，使腐蚀过程进一步复杂化。
2）锅炉燃烧过程中，燃料中大部分硫都氧化成SO2，其中大约有0.5%～5%氧化成SO3，SO2、SO3在高温状态下均呈气态，SO3和水结合生成对受热面有腐蚀作用的H2SO4。
3）煤粉中含有少量的金属氧化物Na2O、K2O等，高温下会升华与烟气中的SO3反应生成硫酸盐沉积在管壁。当积灰中钾和钠的比例很高时，SO3和硫酸盐的混合物形成液态硫酸盐，使腐蚀反应加速。运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使碱类金属硫酸盐暴露在火焰高温辐射下，生成新的硫酸盐层，在SO3作用下不断使管壁受到腐蚀。
上述的高温硫化腐蚀的失效形式主要发生在锅炉内部还原性气氛聚集的区域，即燃烧器附近的水冷壁管壁上。
1.2高温冲蚀磨损
锅炉工作时，炉膛内部以及烟道受热面会形成气流场，气流中会夹杂着燃烧产生的灰渣，同时由于吹灰器的作用，在锅炉“四管”的迎风面会产生高温冲蚀磨损，从而导致管壁的磨损减薄甚至爆管。这是锅炉过热器、再热器、省煤器以及部分区域水冷壁的主要失效形式之一。
2 提高锅炉“四管”抗腐、抗磨的主要方法
目前对锅炉受热面的主要防腐蚀方法有两类，一类是非表面防护方法，即对易腐蚀区域加炉衬防护、采用低氧燃烧技术、合理的配风及强化炉内的湍流混合等;一类是表面防护方法，即采用堆焊、电镀、热喷涂等方法，主要有表面涂料、金属喷涂以及表面堆焊技术等。
2.1高温涂料
即在锅炉“四管”表面预先刷上或喷上一层防腐或防磨的涂料，来提高锅炉“四管”的服役性能，其原理主要是通过将混有各种需要元素的涂料喷涂到管材表面，经室温固化后，随炉温升高烧结，预先加入的各个物相相互反应，形成陶瓷质结构，从而达到高温抗磨损效果。
2.2金属喷涂
金属喷涂可以分为金属冷喷涂与金属热喷涂两种。金属冷喷涂由于喷涂温度低，可以保持喷涂材料性质基本不变地附着于基体表面，其喷涂材料与基体材料的结合强度不高，不适应实际的生产环境。热喷涂技术是以气体、液体燃料以及电弧、等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，利用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体（零件）表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基体（零件）形成结合层，赋予工件以耐磨、耐腐蚀、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘等特性，以达到提高工件性能、延长设备使用寿命的一种技术。金属热喷涂按照热源可分为普通电弧喷涂、超音速电弧喷涂、普通火焰喷涂、超音速火焰喷涂以及等离子喷涂等。
2.2.1普通电弧喷涂
电弧喷涂的原理是将两根金属丝端部送到某一点，在两丝端部间加以维持直流电弧（或交流电弧），使丝材熔化，再用压缩空气穿过电弧和熔化的液滴使之雾化，以一定的速度喷向基体（零件）表面形成连续的涂层。金属丝通过电弧放电融化，再通过气流喷射于基体表面形成涂层。普通电弧喷涂具有较高的生产率、成本低廉，适合大规模生产，但是普通电弧喷涂得到的涂层孔隙率较高，不利于锅炉“四管”的高温防腐条件。
2.2.2超音速电弧喷涂
超音速电弧喷涂系统是传统电弧喷涂的进一步发展，是通过超音速的高速气流将熔融的金属丝喷向基体表面形成金屬涂层，这种喷涂过程所得的涂层结构具有相对较高的致密性和不渗透性。同时，也具有普通电弧喷涂技术生产率高，成本较低的特点，但对碳化物等硬质材料的喷涂效果不甚理想。
2.2.3普通火焰喷涂
火焰喷涂主要是通过燃气（乙炔、丙烷等）及助燃气体（氧）混合燃烧作为热源，喷涂粉末从料斗通过，随着输送气体在喷嘴出口处遇到燃烧的火焰被加热熔化，随焰流喷射在零件表面，形成涂层的一种工艺。粒子温度较低，速度低从而导致涂层的结合强度较低，气孔率高，成本较高，所以不利于电厂的高温防腐应用。
2.2.4超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂是基于超音速喷管的原理，产生高速的燃气流，加速粒子，获得高速的粒子流，碰撞基体后获得结合强度高、组织致密的涂层，超音速火焰喷涂由于其原理，生产过程将消耗大量的燃气以及氧气，而且对粉材的粒度要求严格，所以超音速火焰喷涂的生产成本大大高于超音速电弧喷涂，适合于腐蚀与磨损均非常严重的工件。
2.2.5超音速等离子喷涂
等离子喷涂是通过将惰性气体通过喷枪体的正负两极间的直流电弧中，加热激活后产生电离而形成离子弧流，离子弧流的温度非常高，通常可达10000℃以上，当粉末材料被径向送入等离子体焰流后，立即被熔化，被高速喷射到预先处理好的零件表面上形成涂层的工艺。采用此种工艺几乎可以喷涂所有的材料，且具有极高的致密度，但是成本较高。等离子喷涂对环境要求较高，生产率低下，暂时并不能大规模的在实际生产中推广。
2.3表面堆焊处理
表面堆焊处理是新兴的锅炉高温防腐抗磨处理工艺，通过特殊堆焊工艺将抗腐蚀磨损材料堆焊于锅炉“四管”表面，从而提高其高温抗腐蚀磨损性能。目前，国内没有堆焊工艺的电厂应用实例。
3 结束语
综上，超音速电弧喷涂生产的涂层质量较好，且基本不影响锅炉运行的热效率，是性价比较高的处理方法;涂料成本最为低廉，有利于对工程成本的整体上的控制，节约成本，所以超音速电弧喷涂与涂料将可能是实际工程中主要采用的两种处理方法。
作者简介：丁慧芳（1981-），女，工程师，2007年毕业于华中科技大学热能工程专业，从事锅炉设计工作。
【关键词】 锅炉;受热面;高温腐蚀;防护措施
【Abstract】 The mechanism of high temperature corrosion on boiler heating surface is presented in detail， and preventive measures is put forward against different causes of high temperature corrosion; the disadvantages and advantages of several preventive measures are emphatically narrated.
【Key Words】 boiler; heating surface; high temperature corrosion; preventive measures
引言：
在电厂锅炉中，锅炉管道工作在高温、高压、腐蚀、磨损及疲劳的恶劣环境中，容易产生高温腐蚀和磨损，造成“四管”泄漏爆管事故。因此，采用适当的防腐技术来降低“四管”的高温腐蚀与磨损，有效延长锅炉管使用寿命，具有重要的经济意义。
1 锅炉“四管”失效的一般形式及发生位置
锅炉工作时，“四管”的工况存在着区别，从而使得锅炉“四管”的失效形式存在着差异，主要存在着高温硫化腐蚀与高温冲蚀磨损两种形式。
1.1高温硫化腐蚀的一般机理
高温硫化腐蚀是燃烧高硫煤锅炉“四管”的主要失效形式之一，主要发生在锅炉内部还原性气氛区域，即燃烧器附近水冷壁区域，过热器、再热器也有发生的可能，目前关于锅炉的硫化腐蚀主要存在以下几种理论：
1）煤在燃烧过程中，煤中黄铁矿（主要成分为FeS2和SiO2）发生反应生成游离态的硫，形成硫化气氛。由于锅炉结构参数、运行状况、煤种等问题都会在水冷壁周同形成还原性气氛，致使其保护性氧化膜无法生成或不稳定。同时，气体成分中含有大量的H2、CO、CO2、H2O、H2S，使腐蚀过程进一步复杂化。
2）锅炉燃烧过程中，燃料中大部分硫都氧化成SO2，其中大约有0.5%～5%氧化成SO3，SO2、SO3在高温状态下均呈气态，SO3和水结合生成对受热面有腐蚀作用的H2SO4。
3）煤粉中含有少量的金属氧化物Na2O、K2O等，高温下会升华与烟气中的SO3反应生成硫酸盐沉积在管壁。当积灰中钾和钠的比例很高时，SO3和硫酸盐的混合物形成液态硫酸盐，使腐蚀反应加速。运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使碱类金属硫酸盐暴露在火焰高温辐射下，生成新的硫酸盐层，在SO3作用下不断使管壁受到腐蚀。
上述的高温硫化腐蚀的失效形式主要发生在锅炉内部还原性气氛聚集的区域，即燃烧器附近的水冷壁管壁上。
1.2高温冲蚀磨损
锅炉工作时，炉膛内部以及烟道受热面会形成气流场，气流中会夹杂着燃烧产生的灰渣，同时由于吹灰器的作用，在锅炉“四管”的迎风面会产生高温冲蚀磨损，从而导致管壁的磨损减薄甚至爆管。这是锅炉过热器、再热器、省煤器以及部分区域水冷壁的主要失效形式之一。
2 提高锅炉“四管”抗腐、抗磨的主要方法
目前对锅炉受热面的主要防腐蚀方法有两类，一类是非表面防护方法，即对易腐蚀区域加炉衬防护、采用低氧燃烧技术、合理的配风及强化炉内的湍流混合等;一类是表面防护方法，即采用堆焊、电镀、热喷涂等方法，主要有表面涂料、金属喷涂以及表面堆焊技术等。
2.1高温涂料
即在锅炉“四管”表面预先刷上或喷上一层防腐或防磨的涂料，来提高锅炉“四管”的服役性能，其原理主要是通过将混有各种需要元素的涂料喷涂到管材表面，经室温固化后，随炉温升高烧结，预先加入的各个物相相互反应，形成陶瓷质结构，从而达到高温抗磨损效果。
2.2金属喷涂
金属喷涂可以分为金属冷喷涂与金属热喷涂两种。金属冷喷涂由于喷涂温度低，可以保持喷涂材料性质基本不变地附着于基体表面，其喷涂材料与基体材料的结合强度不高，不适应实际的生产环境。热喷涂技术是以气体、液体燃料以及电弧、等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，利用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体（零件）表面，依靠喷涂材料的物理变化和化学反应，与基体（零件）形成结合层，赋予工件以耐磨、耐腐蚀、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘等特性，以达到提高工件性能、延长设备使用寿命的一种技术。金属热喷涂按照热源可分为普通电弧喷涂、超音速电弧喷涂、普通火焰喷涂、超音速火焰喷涂以及等离子喷涂等。
2.2.1普通电弧喷涂
电弧喷涂的原理是将两根金属丝端部送到某一点，在两丝端部间加以维持直流电弧（或交流电弧），使丝材熔化，再用压缩空气穿过电弧和熔化的液滴使之雾化，以一定的速度喷向基体（零件）表面形成连续的涂层。金属丝通过电弧放电融化，再通过气流喷射于基体表面形成涂层。普通电弧喷涂具有较高的生产率、成本低廉，适合大规模生产，但是普通电弧喷涂得到的涂层孔隙率较高，不利于锅炉“四管”的高温防腐条件。
2.2.2超音速电弧喷涂
超音速电弧喷涂系统是传统电弧喷涂的进一步发展，是通过超音速的高速气流将熔融的金属丝喷向基体表面形成金屬涂层，这种喷涂过程所得的涂层结构具有相对较高的致密性和不渗透性。同时，也具有普通电弧喷涂技术生产率高，成本较低的特点，但对碳化物等硬质材料的喷涂效果不甚理想。
2.2.3普通火焰喷涂
火焰喷涂主要是通过燃气（乙炔、丙烷等）及助燃气体（氧）混合燃烧作为热源，喷涂粉末从料斗通过，随着输送气体在喷嘴出口处遇到燃烧的火焰被加热熔化，随焰流喷射在零件表面，形成涂层的一种工艺。粒子温度较低，速度低从而导致涂层的结合强度较低，气孔率高，成本较高，所以不利于电厂的高温防腐应用。
2.2.4超音速火焰喷涂
超音速火焰喷涂是基于超音速喷管的原理，产生高速的燃气流，加速粒子，获得高速的粒子流，碰撞基体后获得结合强度高、组织致密的涂层，超音速火焰喷涂由于其原理，生产过程将消耗大量的燃气以及氧气，而且对粉材的粒度要求严格，所以超音速火焰喷涂的生产成本大大高于超音速电弧喷涂，适合于腐蚀与磨损均非常严重的工件。
2.2.5超音速等离子喷涂
等离子喷涂是通过将惰性气体通过喷枪体的正负两极间的直流电弧中，加热激活后产生电离而形成离子弧流，离子弧流的温度非常高，通常可达10000℃以上，当粉末材料被径向送入等离子体焰流后，立即被熔化，被高速喷射到预先处理好的零件表面上形成涂层的工艺。采用此种工艺几乎可以喷涂所有的材料，且具有极高的致密度，但是成本较高。等离子喷涂对环境要求较高，生产率低下，暂时并不能大规模的在实际生产中推广。
2.3表面堆焊处理
表面堆焊处理是新兴的锅炉高温防腐抗磨处理工艺，通过特殊堆焊工艺将抗腐蚀磨损材料堆焊于锅炉“四管”表面，从而提高其高温抗腐蚀磨损性能。目前，国内没有堆焊工艺的电厂应用实例。
3 结束语
综上，超音速电弧喷涂生产的涂层质量较好，且基本不影响锅炉运行的热效率，是性价比较高的处理方法;涂料成本最为低廉，有利于对工程成本的整体上的控制，节约成本，所以超音速电弧喷涂与涂料将可能是实际工程中主要采用的两种处理方法。
作者简介：丁慧芳（1981-），女，工程师，2007年毕业于华中科技大学热能工程专业，从事锅炉设计工作。