锅炉水冷壁的介绍及腐蚀

1.水冷壁的定义

水冷壁，顾名思义就是用水冷却墙壁。

早期的锅炉，炉膛内没有受热面，后来为了保护炉墙不被高温烟气烧坏和冷却燃烧产物而布置了水冷的管子。

这些布置在炉膛四周的，管内流动介质一般为水或者汽水两项混合物，主要用水冷却的受热面，称为炉膛水冷壁。

水冷壁的主要作用是：

（1）吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，将水加热成饱和蒸汽；

（2）保护炉墙，简化炉墙结构，减轻炉墙重量，这主要是由于水冷壁吸收炉内辐射热，使炉墙温度降低的缘故； （3）吸收炉内热量，把烟气冷却到炉膛出口所允许的温度，这对减轻炉内结渣，防止炉膛出口结渣都是有利的；

（4）水冷壁在炉内高温下吸收辐射热，传热效果好，故能降低锅炉钢材消耗量及锅炉造价。

2、水冷壁的分类

水冷壁主要有2类，即光管式水冷壁和膜式水冷壁。2.1光管水冷壁，通过锅筒及集箱连接起来的一排布置在炉墙内侧的光管受热面。

光管式水冷壁由普通的无缝钢管弯制而成，一般是贴近燃烧室炉墙内壁，互相平行的垂直布置，上端与锅筒或上集箱连接，下端与下集箱连接。

这是构造简单的水冷壁，管子排列越密对炉墙保护效果越好。优点是可以采用一般的无缝钢管，更换水冷壁管比较方便，缺点是炉墙的漏风较大，导致炉墙温度仍会较高，需要采用耐火砖重型炉墙，锅炉的钢架要加强。老式高压锅炉和中、小型锅炉采用较多。

2.2、膜式水冷壁，就是各光管之间用鳍片或者扁钢焊接成的一组管。

膜式水冷壁是用扁钢把钢管连接成一个整体。它的优点是对炉墙的保护最好，炉墙的重量，厚度大为减少，膜式水冷壁的炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，因此可以采用轻型炉墙。

除此之外，膜式水冷壁的气密性好，大大减少了炉膛漏风，提高锅炉热效率。管屏外侧仅需敷以较薄的保温材料，炉膛高温烟气与炉墙不直接接触，有利于防止结渣；管屏可在制造厂成片预制，便于工地安装。

大容量，高温高压锅炉多采用膜式水冷壁

3、锅炉水冷壁的腐蚀

#百家新收益#锅炉受热面的烟气侧的腐蚀进行相当的快，有的运行一年都要换管子，锅炉的受热面所产生的腐蚀严重影响锅炉的安全性和经济性，影响电站机组的可用率。

腐蚀通常发生在燃烧器中心线位置标高上下，对于管子来说，向火侧的正面点腐蚀最快，侧面较好，背面几乎不发生腐蚀，腐蚀速度高达2㎜/a，一般情况下为1.1—1.5㎜/a，研究表明，腐蚀的管壁附近都是还原性气氛，当管壁温度超过300℃时，才发生腐蚀，温度越高，腐蚀越严重。

根据发生腐蚀区的烟温高低，可分为高温腐蚀和低温腐蚀。而炉膛水冷壁烟气侧腐蚀主要是高温腐蚀。

烟气侧高温腐蚀而引起的爆管，主要是以下这两种腐蚀引起的，其腐蚀机理为：

（1）硫化物型的高温腐蚀

当管壁附近氧量不够，存在还原性气氛，并出现有H2S 气体时，就会产生硫化物腐蚀。

燃煤中的硫化物，如黄铁矿（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

FeS2→［S］+ FeS（黑褐色）

此外，当管壁附近存在H2S 和SO2时也可能生成［S］

H2S＋SO2→2H2O＋3［S］

在还原性气氛中，由于缺氧，原子硫有可能单独存在，当管壁温度达到350 ℃时，会发生如下反应

Fe+［S］→ FeS（黑褐色）

硫化亚铁进行缓慢氧化而生成 黑色磁性氧化铁Fe3O4

3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

（2）硫酸盐型的高温腐蚀；

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（因铁锈的氧化速度是较慢的）；

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，如周围烟气中有SO3则会发生反应形成硫酸盐（Na2SO4或K2SO4等）

Na2O+SO3→Na2SO4

K2O+SO3→K2SO4

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；

所放出的SO3及烟气中的SO3会通过疏松的渣层向内扩散，发生如下反应：

3K2SO4（或Na2SO4）+ Fe2O3+3 SO3→2K3Fe（SO4）3［或Na3Fe（SO4）3］

此时管壁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。

此时铁的腐蚀为10Fe+2Na2Fe（SO4）3→3Fe3O4+3FeS+3Na2SO4

Na2SO4或K2SO4的循环作用而使腐蚀不断进行。

运行中因清灰或灰渣过厚而脱落，使得K3Fe（SO4）3或Na3Fe（SO4）3等暴露在高温火炬的辐射下而发生分解反应生成新的碱土金属硫酸盐层，在SO3作用下，不断使管壁受到腐蚀。

水冷壁腐蚀产生的原因很多，保证水冷壁正常的工作，需要为水冷壁制备涂料形成的涂层，来保护水冷壁，延长使用时效。可以用ZS-1061耐高温远红外辐射涂料来保护。