一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，所述的分析方法是通过宏观检查、金属金相检查和X射线衍射物相分析三种手段的结合，综合诊断火力发电机组锅炉水冷壁结垢的类型和原因，主要包括：水冷壁管样结垢的宏观形貌观察、切割、剥皮、对剖、清洗、清洗后的形貌观察、金相分析、垢质组分的X射线衍射物相分析等等。本发明专利技术的方法可准确、系统的诊断火力发电机组锅炉水冷壁结垢的类型和原因，为制定预防措施和优化热力设备运行方式提供依据。本发明专利技术得到的诊断结果准确，可应用于电厂的化学技术监督工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，属于金属材料保护

技术介绍
锅炉是火力发电厂重要的热力设备之一，水冷壁管结垢是影响锅炉健康状况的重要因素。水冷壁管结垢不仅会降低锅炉效率，增加能耗，同时结垢引起的垢下腐蚀和炉管局部过热，还会造成水冷壁存在爆管的风险。目前，关于锅炉水冷壁结垢的分析方法主要以垢量和垢成分分析为主，其只能判断水冷壁的结垢类型，用于除垢，但不能准确诊断结垢的成因。经检索，目前关于水冷壁结垢类型的诊断和分析方法多是作为水冷壁除垢的依据，尚无可以准确诊断火力发电机组锅炉水冷壁结垢成因的综合方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，该方法能够准确诊断火力发电机组水冷壁结垢的类型和原因，为采取有效措施控制水冷壁结垢提供了依据。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，所述的分析方法是通过宏观检查、金属金相检查和X射线衍射物相分析三种手段的结合，综合诊断锅炉水冷壁结垢的类型和原因，具体包括以下步骤：(1)割取锅炉水冷壁管样，观察结垢的情况；(2)将割取的锅炉水冷壁管样进行剥皮处理，对剖，再进行化学清洗，观察清洗后锅炉水冷壁管样金属基体的形貌；(3)对化学清洗前和化学清洗后的锅炉水冷壁管样进行金相检测；(4)对锅炉水冷壁管样表面垢进行X射线衍射物相分析；(5)通过步骤(1)-(4)的观察和分析结果，确定结垢的类型和原因。水冷壁管朝着锅炉内的一侧，与火焰接触，传热率高，叫做向火侧；另一侧朝向锅炉外，不与火焰接触，无传热，叫做背火侧。优选的，所述的对剖是按向火侧、背火侧对剖。所述的化学清洗的具体方法为：将剥皮、对剖后的管样称重后浸泡于质量分数5～10％的盐酸溶液中，并加热至55℃，保温直至表面结垢完全溶解，取出烘干、称重。所述的分析方法还包括对炉前热力系统几何结构变化较大部位进行内窥镜检查。所述的炉前热力系统几何结构变化较大部位为弯头、三通、容器端板。所述的分析方法还包括对省煤器入口处进行垢量试验和检查。由于水冷壁管较厚，不方便进行试验，将水冷壁管壁削薄(剥皮处理)，再进行后续处理、分析。本专利技术的原理(水冷壁结垢类型和原因的判断依据)：结合火力发电机组锅炉水冷壁结垢的多种原因，通过对原位腐蚀(垢下腐蚀、氧腐蚀)、腐蚀产物和杂质迁移沉积、停机期间的空气腐蚀等造成水冷壁结垢因素的化学机理及表征分析，总结不同结垢类型在表面形貌、对金属基体的影响、垢质化学物相组成等方面的特征，提出运用宏观检查、金属金相检查、X射线衍射物相分析等手段诊断火力发电机组锅炉水冷壁结垢原因的技术要点，具体如下：1、原位腐蚀对水冷壁结垢速率影响较大的腐蚀主要有垢下腐蚀和氧腐蚀，这些腐蚀类型所表现的特征与水冷壁管内腐蚀情况密切相关。1.1垢下腐蚀水冷壁垢下腐蚀主要有氢腐蚀、碱腐蚀、磷酸盐腐蚀三种类型。(1)氢渗入金属内部与碳化物发生下面的反应：Fe3C+4H→3Fe+CH4↑该反应使管子内壁组织脱碳，又在钢材内部形成局部压力，使晶间开裂，形成沿晶界的微裂纹，降低钢的强度、韧性，这就是氢损伤。氢是由酸性沉积物释放或蒸汽腐蚀产生的，因此酸性腐蚀是形成氢损伤的关键因素，而酸腐蚀又与氯根、硬度偏高密切相关。介质中的Cl-容易被金属表面所吸附，并置换金属氧化膜中的氧，与溶解下来的Fe3+形成可水解的氯化物(FeCl3)。同时，介质中如有硬度存在，氯化镁或氯化钙在高于180℃环境下发生水解反应生成酸，进一步破坏金属表面氧化膜和基体，其反应过程如下式：Fe3++3Cl-→FeCl3Ca2++2Cl-→CaCl2Mg2++2Cl-→MgCl2FeCl3+3H2O→Fe(OH)3↓+3HClCaCl2+2H2O→Ca(OH)2↓+2HClMgCl2+2H2O→Mg(OH)2↓+2HClFe3O4+8HCl→FeCl2+2FeCl3+4H2OFe+2HCl→FeCl2+H2↑此过程大大提高了金属的腐蚀、结垢速率，直至造成金属氢损伤发生爆管。(2)碱腐蚀是在管子内表面有过度沉积时发生的局部腐蚀。由于过度沉积导致与管壁相接触的水流减弱，沉积层下的炉水沸腾和浓缩，造成局部pH>13，Fe3O4和金属基体在此环境发生如下反应：Fe3O4+4NaOH→2NaFeO2+Na2FeO2+2H2OFe+2NaOH→Na2FeO2+H2↑碱腐蚀一般发生在水冷壁向火侧，目视形貌为坑状或沟状，坑内腐蚀产物主要是磁性氧化铁(Fe3O4)，呈黑色，由不稳定的FeO氧化而成的。碱腐蚀具有明显的选择性及沿晶粒发展的倾向，因此在碱腐蚀较严重部位，金相分析能发现由内壁向外壁发展的晶间裂纹。由于碱性件下氢离子少，不会渗入基体中造成脱碳，这是碱腐蚀区别于氢腐蚀的主要特征。(3)磷酸盐腐蚀多发生在炉水采用磷酸盐处理的机组，而目前运行在磷酸盐水工况下的大多数机组有磷酸盐隐藏现象，隐藏发生时析出的固体除以正磷酸或焦磷酸钠盐的形式存在外，还和水冷壁腐蚀产物发生反应。在炉水温度环境下，磷酸盐和反应产物随炉水中Na/PO4比值为1，大于1.5和大于2.5时，分别发生如下反应：由上式可见，Na/PO4小于2.5时反应产物有NaFePO4，大于2.5时，Na3-2xFex(PO4)2代替了NaFePO4。此外，反应产物中还有Na2Fe(HPO4)PO4、Na4FeOH(PO4)2·1/3NaOH。由此可知，磷酸盐隐藏发生时，反应产生了NaOH，使pH升高产生碱腐蚀；而再溶出时反应产物溶解到水中产生了Na/PO4比值低于2的酸性溶液，pH升高产生氢腐蚀。因此，磷酸盐腐蚀兼具氢腐蚀和碱腐蚀两种特征，但特定的腐蚀产物NaFePO4使其明显区别于氢腐蚀和碱腐蚀。1.2、氧腐蚀氧腐蚀是一种电化学腐蚀。铁和溶解氧形成两个电极，在受热面形成无数个微电池。坑底裸露的金属是阳极遭到腐蚀，氧作为去极化剂，引起氧去极化腐蚀。其机理如下：阳极反应：Fe→Fe2++2e阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-铁受到氧的腐蚀后生成Fe2+，在炉水环境下生成Fe(OH)2。当有足够的氧存在时又生成三价铁沉淀，进一步反应，最终腐蚀产物为Fe3O4。此过程反应式如下：Fe2++2OH-→Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓Fe(OH)2+2Fe(OH)3→Fe3O4+4H2O氧腐蚀的典型特征为溃疡腐蚀，表面不规则分布有小型鼓包，单纯的氧腐蚀金相组织无变化。由于腐蚀产物由不同化合物组成，鼓包外层为富氧条件形成的棕褐色，内层为缺氧条件形成的黑色粉末，清洗后鼓包位置会呈现大小深浅不等的腐蚀坑。2、腐蚀产物和杂质迁移沉积上游热力热备的腐蚀产物和基建期残留杂质进入锅炉系统，即给水携带杂质，在受热面沉积，也是造成水冷壁结垢的重要原因。给水电导率和含铁量高是给水携带杂质的最直接表现，严重者可表现为给水、炉水浑浊。基建期残留杂质对给水质量影响随机组运行时间逐渐减弱，不会长期影响给水水质，给水长期携带杂质应为上游热力设备的腐蚀产物。研究表明，在还原性条件下，铁质金属表面的氧化物防护层主要由Fe3O4组成，其溶解度相对较大且机械性能较差，在热力系统几何结构变化较大、局部湍流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，其特征在于，所述的分析方法是通过宏观检查、金属金相检查和X射线衍射物相分析三种手段的结合，综合诊断锅炉水冷壁结垢的类型和原因，具体包括以下步骤：(1)割取锅炉水冷壁管样，观察结垢的情况；(2)将割取的锅炉水冷壁管样进行剥皮处理，对剖，再进行化学清洗，观察清洗后锅炉水冷壁管样金属基体的形貌；(3)对化学清洗前和化学清洗后的锅炉水冷壁管样进行金相检测；(4)对锅炉水冷壁管样表面垢进行X射线衍射物相分析；(5)通过步骤(1)‑(4)的观察和分析结果，确定结垢的类型和原因。

【技术特征摘要】
1.一种火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，其特征在于，所述的分析方法是通过宏观检查、金属金相检查和X射线衍射物相分析三种手段的结合，综合诊断锅炉水冷壁结垢的类型和原因，具体包括以下步骤：(1)割取锅炉水冷壁管样，观察结垢的情况；(2)将割取的锅炉水冷壁管样进行剥皮处理，对剖，再进行化学清洗，观察清洗后锅炉水冷壁管样金属基体的形貌；(3)对化学清洗前和化学清洗后的锅炉水冷壁管样进行金相检测；(4)对锅炉水冷壁管样表面垢进行X射线衍射物相分析；(5)通过步骤(1)-(4)的观察和分析结果，确定结垢的类型和原因。2.根据权利要求1所述的火力发电机组锅炉水冷壁结垢类型和原因的分析方法，其特征在于，所述的对剖是按向火侧、背火侧对剖。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙勇，张春雷，周晓湘，徐华伟，汪永威，王强，丁朋果，赵琼婧，王浩，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，
类型：发明
国别省市：河南;41