堆焊熔敷技术应用于电站锅炉防腐蚀磨损

堆焊(熔敷)技术应用于电站锅炉防腐蚀&磨损应用于电站锅炉防腐蚀&磨损博盈焊接---锅炉防磨损&防腐蚀方案解决者！2016-5-25～26中国·宁夏公司介绍---概况江门市博盈焊接工程有限公司（简称“博盈”)，是一家专注于焊接技术服务和高端专业焊接制造的现代化企业；成立于2007年，位于珠三角西端广东省江门市鹤山市共和镇共盈路8号，沈海高速路旁边，交通运输极为便利。公司现有员工160余人，其中专业技术人员30余人，拥有一支优秀的技术、管理和制造团队，能够为各企业输出各类公司现有员工160余人，其中专业技术人员30余人，拥有一支优秀的技术、管理和制造团队，能够为各企业输出各类焊接制造产品和提供焊接工艺技术支持。博盈自成立起，一直围绕着以焊接技术核心进行研究、开发、应用、转化，坚持以焊接技术为支撑，发展焊接工艺技术服务和焊接技术制造服务；主要产品有锅炉制造、锅炉管子和管排防护堆焊、压力容器制造、核电管道堆焊，服务于电力、能源、石油化工、冶金、环境保护、造纸、医药等行业，年产能力达8000多吨。目前，博盈是中国国内唯一的锅炉管子和管排堆焊制造商，所采用MIG堆焊技术为博盈独立自主开发，该技术已在中国、北美等地区十几个国家取得专利权。电站锅炉高温腐蚀问题腐蚀是影响锅炉正常安全运行的重要因素之一，腐蚀爆管泄漏往往会造成生产事故，经济损失重大。高温腐蚀主要发生在燃烧劣质煤的锅炉上，如贫煤、褐煤，燃煤中的S、高温腐蚀主要发生在燃烧劣质煤的锅炉上，如贫煤、褐煤，燃煤中的S、Cl、K、Na等物质的存在是发生高温腐蚀的内在根源。同时采用低NOx燃烧方式的锅炉，其燃烧器附近CO、H2S等还原气氛下腐蚀。电站锅炉高温腐蚀问题广东某电厂超临界机组低Nox燃烧水冷壁腐蚀平均水冷壁管腐蚀量可达1.8-2.6mm/a，局部腐蚀速度可达5mm/a以上。电站锅炉高温腐蚀问题美国某电厂超临界机组水冷壁腐蚀电站锅炉高温腐蚀问题美国某电厂超临界机组末级过热器腐蚀锅炉腐蚀位置炉膛水冷壁腐蚀1）四角切圆燃烧方式锅炉：水冷壁的腐蚀部位大致在：沿一次风气流流向，在炉膛中心线附件及下游水冷壁壁面。2）前后对冲燃烧方式锅炉水冷壁的腐蚀部位一般在两侧墙。过热器、再热器、省煤器腐蚀部位主要在过热器、再热器、省煤器上部或迎烟气冲刷面的积灰、结渣腐蚀。腐蚀类型在燃煤锅炉中，高温腐蚀分主要有：1）硫化物型腐蚀，主要发生在大型锅炉水冷壁管上。2）硫酸盐型腐蚀，主要发生高温受热面上；3）氯化物型腐蚀，主要发生在大型锅炉燃烧器高温区域的水冷壁管上；4）还原性气氛导致高温腐蚀，在近些年来采用低NOx燃烧技术后炉膛一定区域特别严重；实际的锅炉受热面的高温腐蚀通常是由这三种类型腐蚀复合作用的结果。这些高温腐蚀主要发生在燃烧劣质煤的锅炉上。硫腐蚀过程分析(1)SO2和SO3的生成锅炉燃料普遍含S，在燃烧过程中S几乎都氧化成SO2，其中约有6%～7%的SO2进一步氧化成SO3。在高温状态下，SO2和SO3均呈气态。由于SO2不易和高温水蒸汽结合，对锅炉受热面的危害不大，但SO3能与水蒸汽结合生成H2SO4，对受热面有较强的腐蚀作用。SO3生成量与锅炉结构、燃烧室容积热强度、过剩空气系数及燃料品种等有关。锅炉型式不同，煤的燃烧率不同，生成SO2和SO3的量亦不同。链条炉约70%、煤粉炉约85%～90%、旋风炉约95%以上的S燃烧生成SO2和SO3。SO2生成量高，则SO3的含量随之升高。烟气中含O是生成SO3的基本条件，含O量越高，SO3生成量越多。此外，管壁温度对SO3的形成也有影响，且烟气中的飞灰对SO2氧化能起催化作用，在700℃～800℃温度范围内尤为强烈。硫腐蚀又可分为硫化物型腐蚀和硫酸盐型腐蚀硫腐蚀过程分析(2)硫化物型腐蚀当管壁附近氧量不够，存在着还原性气氛，并出现有H2S气体时，就会产生硫化物腐蚀。这种腐蚀过程可以分为三步来说明。第一步：燃料中的黄铁矿(FeS2)随灰粒和未燃尽煤粉一起冲到管壁上，受热分解出自由原子硫和硫化亚铁，此外，当管壁附近存在H2S和SO2时也可能生成[S]。FeS2→FeS+[S]FeS2→FeS+[S]2H2S+SO2→2H2O+3[S]第二步：在还原性气氛中，由于缺氧，原子硫有可能单独存在，当管壁温度达350℃时，就发生如下反应。Fe+[S]→FeS第三步：硫化亚铁进行缓慢氧化而生成黑色磁性氧化铁Fe3O4，这一过程使管壁受到腐蚀。3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2硫腐蚀过程分析(3)硫酸盐型高温腐蚀硫酸盐腐蚀主要有两种方式：一是复合硫酸盐腐蚀，另一种是焦硫酸盐腐蚀复合硫酸盐腐蚀过程可以分为五步来说明：第一步：受热面生成一层薄的氧化铁(Fe2O3)铁锈和极细灰粒的沾污层，其厚度是有限的，实际上是金属的保护膜。有限的，实际上是金属的保护膜。第二步：在火焰高温作用下而升华的碱土金属氧化物(如Na2O和K2O等)，冷凝在管壁的沾污层上，如果周围烟气中有SO3，则会发生反应形成硫酸盐。Na2O+SO3→Na2SO4K2O+SO3→K2SO4第三步：硫酸盐层增加，热阻加大，表面温度升高而开始发粘、熔化并开始粘结飞灰，形成疏松的渣层，硫酸盐熔化时会放出SO3。硫腐蚀过程分析第四步：所放出的SO3及烟气中的SO3会通过疏松的渣层向内扩散，并产下反应。3K2SO4+Fe2O3+3SO3→2K3Fe(SO4)3管壁Fe2O3铁锈层被破坏，而K3Fe(SO4)3，在584℃下就会熔化，进一步氧化而使金属耗损。Na2SO4或K2SO4的循环作用使腐蚀不断进行。10Fe+2Na3Fe(SO4)3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4第五步：运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使K3Fe(SO4)3等暴露在火炬高温辐射下，第五步：运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使K3Fe(SO4)3等暴露在火炬高温辐射下，产生如下反应。K3Fe(SO4)3→K2SO4+Fe2O3+SO3↑Na3Fe(SO4)3→Na2SO4+Fe2O3+SO3↑出现了新的碱土金属硫酸盐层，在SO3的作用下，不断使管壁受到腐蚀。硫腐蚀过程分析焦硫酸盐腐蚀过程焦硫酸盐存在的温度范围为400℃～590℃，受气氛中SO3含量的影响当SO的浓度低其存在度所要求的浓度时焦硫酸。SO3于温，盐不会存在。在400℃～480℃的温度范围内，烟气侧的腐蚀以焦硫酸盐为主。焦硫酸盐与金属表面的氧化膜反应形成相应的硫酸盐，而硫酸盐在此温度分解为不具保护性的金属氧化物。外露的金属进一步氧化而导致腐蚀加速.3Na2S2O7+Fe2O3→3Na2SO4+Fe2(SO4)33Na2S2O7+Fe2O3→3Na2SO4+Fe2(SO4)34Na2S2O7+Fe3O4→4(Na2SO4)(FeSO4)+Fe2(SO4)3Fe2(SO4)3→Fe2O3+3SO33Fe+2O2→Fe3O4碱金属硫酸盐，特别是M3Fe(SO4)3对管壁的腐蚀起主要作用。(M指各种碱金属)硫腐蚀过程分析(4)硫化氢气体腐蚀当炉内燃烧过程组织不良造成局部供氧不足时会产生大量的H2S气体。H2S除能促进硫化物型腐蚀外，还会对管壁直接产生腐蚀作用，是水冷壁管腐蚀的另一主要因素。其腐蚀反应为：H2S+Fe→FeS+H2H2S+Fe→FeS+H2H2S+FeO→FeS+H2O生成的硫化亚铁又进一步氧化形成氧化亚铁。硫化亚铁与氧化亚铁的混合物是多孔性的，不起保护作用，可使腐蚀继续进行。氯化物腐蚀过程分析HCl气体腐蚀燃用高氯化物燃料时，炉内存在氯化物型腐蚀，燃煤中的氯在燃烧过程中是以NaCl的形式释放出来的，NaCl易与H2O、SO2和SO3反应，生成Na2SO4和HCl气体，在炉内造成氯化氢腐蚀。2NaCl+H2O→Na2O+2HClNaCl+H2O→NaOH+HCl2NaCl+H2O+SO2→Na2SO3+2HCl2NaCl+H2O+SO2→Na2SO3+2HCl2NaCl+H2O+SO3→Na2SO4+2HCl2NaCl+H2O+SO2+0.5O2→Na2SO4+2HCl2NaCl+H2S→Na2S+2HCl2NaCl+H2O+SiO2→Na2SiO3+2HCl上述反应在炉膛温度和环境条件下是可能发生的。这些反应释放出来的氯化氢是活性很强的气态腐蚀介质，在高温条件下会积极参与对Fe、FeO、Fe3O4和Fe2O3的腐蚀氯化物腐蚀过程分析受热面表面氧化铁腐蚀过程如下：Fe+2HCl→FeCl2+H22Fe+6HCl→2FeCl3+3H24FeCl3+3O2→3Fe2O3+6Cl24FeCl2+3O2→3Fe2O3+4Cl2Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O4FeCl3+O2→2FeCl3+2FeOCl(氧基氯化铁)4FeCl3+O2→2FeCl3+2FeOCl(氧基氯化铁)4FeOCl+O2→2Fe2O3+2Cl2FeO+2HCl→2FeCl2+H2OFe3O4+2HCl+CO→2FeO+FeCl2+H2O+CO2以上一系列化学反应表明，氯化氢的存在可以使金属表面的保护膜(FeO、Fe3O4、Fe2O3)遭到破坏，从而加大了气态腐蚀介质Cl2、O2、SOx还有HCl等向基体界面的传递速率而直接腐蚀基体金属。除此之外，由于生成的FeCl3具有较低的熔点(303℃)和高的蒸汽压(1670Pa)，所以在炉管表面温度下极易挥发。因而使保护膜层中产生空隙，使之变得疏松，从而大大降低了活性气态腐蚀介质向基体金属界面的传递阻力，同时使腐蚀产物更易脱落，从而更加速了金属的腐蚀进程。氯化物腐蚀过程分析另外，通过上面一系列反应的分析还证实了一种现象，即氯的腐蚀可能是重复性的。从上列反应式中可以看到，有些反应中还生成了氧化性很强的Cl2，这些氯可以和铁及FeCl2继续发生反应：2Fe+3Cl2→2FeCl32FeCl+Cl2→2FeCl32FeCl+Cl2→2FeCl3生成的FeCl3在一定条件下又可以重复上述的反应而生成Cl2。在这种循环中，不断对铁及其化合物造成腐蚀，因此，高温氯腐蚀具有重复性的特征，只要有HCl和Cl2不断补充，腐蚀反应就会一直进行下去。氯化物腐蚀过程分析不仅如此，当有硫化物共存时，氯化物的影响会更大。可见，当氯化物和硫化物共存时并借助于O2和H2O，不仅可以加速硫酸盐的生成，也有利于HCl和Cl2的形成，这就更加加速了高温腐蚀的进程。2NaCl+SO3+H2O→Na2SO4+2HCl2NaCl+SO2+O2→Na2SO4+Cl24NaCl+2SO2+2H2O+O2→2Na2SO4+4HCl国内外的研究发现，煤中所含的氯在锅炉管的高温腐蚀中起着很重要的作用。当煤中含氯量达到一定值时，它的作用远远超过了硫的作用。当煤中氯含量大于0.3%时，与氯有关的高温腐蚀倾向严重。研究还发现，在锅炉管的高温腐蚀中，硫的腐蚀是一次性的，而氯的腐蚀很可能是重复性的。因此其危害性更不容忽视。氯化物型腐蚀发生的条件，一是有足够高浓度的HCl存在，一般应≥0.35%；二是近壁处是还原性气氛，存在CO和H2。氯化物型腐蚀单独存在的可能性不大，主要是HCl作为一种破坏氧化膜的腐蚀性气体，起到加速其它类型腐蚀的作用。受热面处为氧化性气氛可减轻氯化物型腐蚀。还原性气氛导致腐蚀还原性气氛导致高温腐蚀目前超(超)临界锅炉普遍采用了低NOx燃烧技术，在一定炉膛区域内，送入的空气量要小于煤粉完全燃烧所需要的氧量，导致煤粉不能完全燃烧，存在较强的还原性气氛(CO、H2S、H2)等。特别是前后对冲旋流燃烧锅炉，对冲气流容易冲刷侧墙，当壁面附近缺氧时，近壁的还原性气体(CO、H2S、H2)含量就很高，在一定的炉内条件下，这些还原性气体会对水冷壁的氧化铁保护膜Fe3O4产生破坏作用，将致密的氧化铁保护膜还原成疏松的氧化亚铁FeO。主要化学反应机理如下：3Fe3O4+H2S=SO2+H2O+FeO；Fe3O4+CO=CO2+3FeO：Fe3O4+H2=H2O+3FeO；腐蚀的本质问题一台燃烧劣质煤的锅炉的经济性和可用率在很大程度上取决耐腐蚀程度。锅炉的耐腐蚀程度最主要取决于锅炉管材的耐腐蚀性，因此，从材料学上讲