1. 目的及意义（含国内外的研究现状分析）

   目前，在总体上，我国已经超越日本，成为世界第二大经济体。在对资源的需求上，逐年增大；在对资源的高效利用方面，逐年重视，并且越来越重视安全风险问题。为了全面贯彻科学发展观并实现可持续发展，并且科学防范安全风险，确保社会和谐稳定，在高温水冷壁方面，就需要我们研究高温下腐蚀的机理，然后利用现有的科学技术水平，对锅炉的水冷壁进行最大程度的防腐蚀工作。

   高参数锅炉的水冷壁、高温过热器和高温再热器受热面，以及管束的固定件、支撑件，其工作温度很高，烟气和飞灰中的有害成分与管子金属发生化学或电化学反应，导致管壁变薄，强度变低等材料变质现象，称为高温腐蚀（High Temperature Corrosion）。高温腐蚀使许多金属腐蚀生锈，破坏了金属表面许多优良的使用性能，降低了金属横截面承受负荷的能力，使得高温机械疲劳和热疲劳性能下降，从而造成大量金属的耗损，同时还容易引起事故，影响安全运行。水冷壁布置在炉膛四周，犹如钢管组成的笼子，包围着火焰，把火焰与炉墙隔开。这样起到吸收炉膛高温辐射热量，使管内的水汽化和降低炉膛内壁温度，保护炉墙，防止结焦的作用。在锅炉的水冷壁，高温腐蚀一般根据腐蚀介质的状态分为三类：高温气态腐蚀；高温液态腐蚀和高温固体介质腐蚀，腐蚀严重的现象通常出现在燃烧器区域或过热器区域。它的内部原因主要是燃料中存在着硫，并且以目前的技术，无法完全除尽燃料中的硫。它的外部原因是由于水冷壁管处于高温烟气的环境中，金属壁面温度又很高，当火焰贴近炉墙时，金属壁面邻近的区域中形成还原性气氛，使灰的熔点温度降低，加剧金属管子表面的积灰或结渣过程，并使管子表面产生高温腐蚀。

   在我国，发电总量中所占最大比重的仍是火力发电。锅炉作为燃煤电厂的主要部分，其长期运行的安全性能对电力生产起决定性作用。而且电站锅炉中的水冷壁管爆漏事故时有发生。整理最近几年热电设备事故案例，在全部事故中，有35.4%的是锅炉事故，其中锅炉炉管爆漏事故超过2/3，影响最大的是水冷壁，它占炉管爆漏事故的27.9%。国内自2010年以来陆续有二十多家燃煤发电厂发生重大的水冷壁管爆管事故。近期如佛山顺德电厂由于运行过久未经检修，烟气对其长时间冲刷致其磨损而爆管。在全国其它地方也存在同样的情况，水冷壁爆管现象已经严重影响电厂的正常运营，威胁电厂能有效运转下去^[11]。究其发生原因，是水冷壁防腐蚀技术不够先进。因此，锅炉厂能长期稳定运行是靠企业要深入此领域的研究。

   随着测试方法和仪器的不断完善，计算机辅助实验方法的逐步改进，研究人员早就不满足于纯粹原理的研究，已将方向转为根据模拟炉的实际情况提出合理的改进措施。国内一些研究者采用数值计算方法，对炉内气速度场、温度场、各组成浓度场、煤粉颗粒分布变化、结渣状况进行数值实验,理论分析和实验结果一致。吴广君从实验室出发,模拟锅炉水冷壁高温腐蚀产生的温度和气氛条件,在热动力学理论作为基础下用SEM扫描电镜来对腐蚀产物进行分析，利用热分析动力学的分析方法, 分析了温度和腐蚀气氛等因素对高温腐蚀的影响；梅巍在高温腐蚀的理论分析的基础上,对电弧喷涂防腐技术防腐进行研究，采用抗高温腐蚀Ni-Cr涂层的方法来预防锅炉高温腐蚀，并通过实践证明该方法可以有效延长锅炉寿命；刘建全等人通过Fluent 软件对二次风口进行数值模拟，研究出二次风扩口轴向长度减少1/2,可以使燃烧稳定性增强,而且NO排放量也无明显增加，最后对改造前后方案进行对比得出一致结果；黄强通过腐蚀增重量得出腐蚀动力学曲线，利用扫描电镜,对试样腐蚀产物的组成进行分析得出500℃以下20G材料涂层的抗腐蚀性能低于45CT的结论；彭哲言采用Fluent分析锅炉内的速度场和温度场，通过研究改变锅炉内的参数来改变锅炉内水冷的温度，发现一次风速越低，水冷壁管温度越高。

   在国外，美国有名的Gavin电厂和Monroe电厂在上世纪70年代间发生的因水冷壁爆管事故造成巨大经济损失。日本福岛电厂、熊本九州电厂水冷壁爆管事故时有发生。在德国，从有关部门在上世纪80年代做过的事故统计中看出，锅炉水冷壁失效而导致爆管事故发生占统计总数的近40%。综上所述，如何防止水冷壁管失效是一个影响世界各国电力生产的技术难题。为此，针对锅炉水冷壁发生大大面积腐蚀现象，国外企业相关技术人员对此高度重视，Schnell 基于CFD对燃料燃烧过程进行系统的仿真分析；Arif Hariyadi通过对锅炉腐蚀部分的金相进行分析，对“无损检测”技术展开研究；Wessel等人模拟出三维煤粉模型改善煤粉性能；Jensen等人提出在燃气锅炉燃烧控制技术，建立二次风的状态监测系统与调试系统。

   综上，近些年来国内外学者通过数值模拟软件对高温腐蚀及其防控技术有了一定的研究。但以具体的改造工程项目为背景的研究相对较少，没有在实际现场进行理论分析然后得出最恰当的解决方案。

1-3周

阅读相关参考文献，同时到现场实地考察和记录，及时和指导老师讨论交流，了解现场实地情况，了解国内外的研究现状，明确研究方向及研究意义，完成开题报告。同时完成5000汉字以上工作量的外文文献或者技术资料的翻译。

4-5周

在老师和师兄的指导下学习ANSYS Fluent，自学origin绘图和AutoCAD等基本的软件知识，在发电厂的锅炉现场和相关负责人沟通，做好各种必要参数资料的记录，能够得到第一手有价值的资料数据和现场图，理论联系实际，分析该锅炉水冷壁腐蚀的原因。

6-9周

找到锅炉水冷壁腐蚀的主要和根本的原因，制定防腐蚀的合理措施，并设置对照组，模拟正常使用工况下，两种情况下锅炉腐蚀的速度和对锅炉水冷壁的影响。

10-14周

进一步研究和分析两种情况下锅炉水冷壁的腐蚀情况，针对之前设计的防腐蚀措施，进行必要和合理的改进，并继续观察研究，同用计算机进行辅助模拟和计算，比较和得出结论。

15周

将研究结果用来解决类似的实际问题，同时把研究结果用论文的型式进行归纳总结形成本文，并准备最后的毕业答辩。