鍋爐低溫面的腐蝕、積灰形成機(jī)理及防止

鍋爐低溫面的腐蝕積灰形成機(jī)理及防止李許年青海石油管理局格爾木煉油廠，青海格爾木800610為了避開煙氣的低溫腐蝕，工業(yè)鍋爐的排煙溫度般大于180，但為了提高鍋爐的熱效率，在其尾部安裝空氣預(yù)熱器以回收尾氣余熱。在節(jié)能降耗的同時，給鍋爐的長期穩(wěn)定運(yùn)行帶來了些問，如易腐蝕易積灰，不僅增加了繁重的檢修工作，加大了檢修費(fèi)用，而且原設(shè)想的節(jié)能目的也難以達(dá)到。

　　我廠動力車間的臺，3.8235，型鍋爐，由濟(jì)南鍋爐廠設(shè)計(jì)制造。原設(shè)計(jì)中燃料為30的催化油漿和70催化干氣混燒，排煙溫度為160Q采用列管式空氣預(yù)熱器回收尾氣余熱。1996年，隨著油田氣田的開發(fā)利用，燃料改為天然氣催化油漿及催化干氣兼燒；空氣預(yù)熱器改為熱管式；原來環(huán)形布置在爐墻內(nèi)氣體燃燒器改為噴槍式。改造后，由于多方面的原因，運(yùn)行效果直不太好，具體現(xiàn)在空氣預(yù)熱器嚴(yán)重腐蝕和積灰。1998年底空氣預(yù)熱器因腐蝕積灰用去幾十萬元的檢修費(fèi)用。因此，解決鍋爐的低溫腐蝕與積灰形成問便成為當(dāng)務(wù)之急，本文對此進(jìn)行探討。

　　1鍋爐低溫受熱面腐蝕與積灰形成機(jī)理1.1低溫受熱面腐蝕機(jī)理當(dāng)鍋爐排煙溫度過低，低于煙氣的露點(diǎn)溫度，煙氣中的硫酸蒸氣和水蒸氣凝結(jié)在低溫受熱面如空氣預(yù)熱器上，產(chǎn)生低溫受熱面的低溫露點(diǎn)腐蝕。這種腐蝕過程中既有化學(xué)腐蝕也有電化學(xué)腐蝕。

　　般燃料中均含有少量的硫，硫燃燒后生成SO2和SO3氣體SO2和SO3氣體不腐蝕金屬，但當(dāng)煙氣產(chǎn)生低溫露點(diǎn)腐蝕，反應(yīng)如下腐蝕產(chǎn)生的FeSO4又與煙氣中的SO2O2等進(jìn)步形成強(qiáng)腐蝕的Fe2SO43.當(dāng)pH3時，F(xiàn)e2SO43將腐蝕鍋爐金屬并產(chǎn)生更多的，63，463，4繼續(xù)和3，2，2反應(yīng)，形成個，68，462，4363，4的腐蝕循環(huán)。

　　另外，當(dāng)3，28，3和只2，起在管子面上冷凝時，在金屬面上形成了許多微電池，其中電位低為正極，正極上進(jìn)行還原反應(yīng)，熔渣中的氫離子得到電子而成為氫氣。反應(yīng)如下電化學(xué)腐蝕的速度比化學(xué)腐蝕快很多，面越是不光滑如焊縫或雜質(zhì)越多之處，電化學(xué)腐蝕就越嚴(yán)重，這些地方遭到腐蝕后，新的金屬面就暴露出來，繼續(xù)遭到腐蝕，腐蝕坑越來越深，甚至穿孔。從空氣預(yù)熱器的外觀看，腐蝕是從上向下呈遞增趨勢，底部低溫受熱面呈潰瘍形貌。

　　1.2低溫受熱面上積灰形成機(jī)理鍋爐尾部的低溫積灰主要是由于鍋爐受熱面布置不平衡，尾部低溫區(qū)偏大，燃燒灰分增加，入口風(fēng)溫太低，燃燒不完全，吹灰設(shè)施不利以及低溫露點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重所致。

　　了作者簡介李許年971蘭州化學(xué)工業(yè)公司通過對結(jié)垢物的能量頻譜分析組分析和電鏡分析，獲知積灰的主要成分是燃料燃燒后煙氣中的灰分物質(zhì)，主要有NaCaSVFeNi等元素，其中硫含量43.7，鐵含量56.2，灰垢電鏡下微觀分析發(fā)現(xiàn)，積灰的垢樣呈水泥花樣形貌，灰白色殼中有大量黑色碳粒，其飽和溶液pH值在2 3之間。結(jié)垢最厚處其金屬面腐蝕最嚴(yán)重。在煙氣溫度的影響下，低溫粘性灰與冷凝在金屬管壁上的硫酸形成以硫酸鈣為基質(zhì)的水泥狀灰垢，呈硬結(jié)狀，以結(jié)渣形式掛在空氣預(yù)熱器底部，常常堵塞管子。同時，這些酸性灰垢粘在管壁上又加劇了管壁的腐蝕。積灰的形成與腐蝕是密切相關(guān)的，要防止積灰形成，首先要解決低溫腐蝕問。

　　2影響低溫腐蝕的主要因素2.1燃料的含硫量烯料品質(zhì)的優(yōu)劣是影響鍋爐低溫腐蝕的個主要因素。燃料燃燒后3生成3，2和3，3，并出現(xiàn)在煙氣中。煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度較低，般約在3060除非燃料中水分太多，否則不易在低溫受熱面上結(jié)露。但當(dāng)煙氣中的幻3和水蒸氣形成硫酸蒸氣時，酸露點(diǎn)溫度較高，其具體數(shù)值大小與煙氣中8，3濃度水蒸氣的含量有關(guān)。12水3汽含里由1可知隨著燃料含硫量的增加，露點(diǎn)溫度由50左右迅速升高到150，左右之后，露點(diǎn)溫度的上升不明顯。煙氣中只要有0.005左右的3，3，煙氣露點(diǎn)溫度即可達(dá)到150，以上。由2可知，隨著煙氣中硫酸蒸氣和水蒸氣量的增加，露點(diǎn)溫度均升高；煙氣中水蒸氣含量的變化對煙氣露點(diǎn)溫度的影響不及硫酸蒸氣的影響大，但煙氣中水蒸氣含量越高。粘結(jié)在換熱管面上的煙灰吸收水分，加劇了管壁的腐蝕。因此，鍋爐尾部的蒸汽吹灰不宜采用。

　　煙氣露點(diǎn)溫度的提高，使低溫受熱面壁溫低于露點(diǎn)上有大量的硫酸蒸汽凝結(jié)，引起該低溫受熱面嚴(yán)重的腐蝕，硫酸液與受熱面上形成的積灰起化學(xué)反應(yīng)，引起積灰硬化，使煙道內(nèi)煙氣的流動阻力增加，排煙溫度提高，鍋爐的熱效率嚴(yán)重下降。

　　2.2過剩空氣系數(shù)些試驗(yàn)數(shù)據(jù)明，鍋爐燃料燃燒時的控制指標(biāo)過�？諝庀禂�(shù)8與受熱面壁溫腐蝕速度及3，3的濃度有關(guān)34.從3可知，過剩空氣系數(shù)增加，鍋爐燃燒室中氧原子濃度增加，生成的3，3量增加；從4可知，過�？諝庀禂�(shù)8增加，不同壁溫時的腐蝕速度均增加。所以，控制8較小，對抑制腐蝕是有利的。但實(shí)際上，鍋爐在運(yùn)行時難以實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，通常控制8偏大，使?fàn)t內(nèi)維持較大的過�？諝饬恳员ＷC燃料充分燃燒，防止冒煙。般控制在1.201.30之間，最大時超過1.30，這就使大量的冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)，使煙氣溫度降低，并且使排煙溫度也降低，若排煙溫度降到煙氣露點(diǎn)溫度以下，煙氣凝結(jié)，導(dǎo)致金屬面低溫腐蝕和積灰形成。

　　2.3受熱面壁溫低溫受熱面的最低壁溫若高于煙氣的酸露點(diǎn)，則硫酸蒸汽就不能凝結(jié)在低溫受熱面上，也就不會發(fā)生低溫受熱面的腐蝕�？諝忸A(yù)熱器的壁溫不考慮灰垢的影響可用下式計(jì)算1對流過熱器前；2對流過熱器后；3省煤器后趔銦芨隹1橫向沖刷，1006時含硫量5=2.07；似，空氣側(cè)及煙氣側(cè)放熱系數(shù)，12.1；風(fēng)，盡，空氣側(cè)及煙氣側(cè)受熱面積，2.

　　由上式可，提高排煙溫度9.，可以提高壁溫減輕腐蝕。但提高排煙溫度9.，會增加排煙熱損失，降低鍋爐工作的經(jīng)濟(jì)性。目前，采用提高排煙溫度9.的辦法來提高壁溫也也只能使空氣預(yù)熱器冷端壁溫高于水露點(diǎn)，如果使空氣預(yù)熱器冷端壁溫高于酸露點(diǎn)，則排煙溫度如將會提高到極不合理的數(shù)值。提高冷空氣進(jìn)口溫度4，可以提高壁溫心減輕腐蝕。但要相應(yīng)提高排煙溫度9.，否則鍋爐內(nèi)氣體進(jìn)出口溫差小，不利于傳熱。因此，這方法也只能保持壁溫4在水露點(diǎn)以上。

　　溫正處于500600，之間，其催化作用不2.4鍋爐受熱面金屬的催化作用燃料燃燒生成的3，2在氧化環(huán)境中繼續(xù)氧化成3，3，化學(xué)平衡向有利于生成幻3的方向移動，但此反應(yīng)在沒有催化劑作用時反應(yīng)速度極為緩慢，且煙氣在鍋爐煙道中通過劑，如02，3和，2，5，可使反應(yīng)迅速進(jìn)行，產(chǎn)生大量的3，3.鍋爐金屬受熱面壁溫在5，6間，其催化作用最強(qiáng)，在400，以下催化作用不大。我廠鍋爐過熱容忽視5.

　　2.5燃燒溫度6，燃燒溫度對低溫腐蝕有明顯的影響。燃燒溫度升高，煙氣中3，3含量增加，但燃燒溫度高時，在爐壁附近煙氣流動邊界層中冷凝的硫酸液滴細(xì)而分散，它向金屬面的整體遷移速度慢，從而受熱面的腐蝕速度也慢。

　　2.6鍋爐受熱面布置及鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影響鍋爐受熱面布置及鍋爐運(yùn)行參數(shù)是在鍋爐滿足熱平衡參數(shù)值與原設(shè)計(jì)值偏離較大附。

　　由于鍋爐在高原寒冷地區(qū)運(yùn)行，實(shí)際冷風(fēng)溫度低于設(shè)計(jì)值�？諝忸A(yù)熱器尾部冷空氣入口處未設(shè)置暖風(fēng)設(shè)施進(jìn)行熱補(bǔ)償，冷空氣直接進(jìn)入空氣預(yù)熱器尾部煙道，降低了尾部受熱面壁溫，造成低溫腐蝕。

　　2.7其它方面，省煤器的長期氧腐蝕泄露降低了省煤器后煙溫，煙氣中水分凝結(jié)，增加了腐蝕與積灰的速度；蒸汽吹灰設(shè)施的利用，不僅沒有起到吹灰作用，反而加劇了腐蝕與積灰形成。

　　3影響積灰形成的因素附鍋爐運(yùn)行參數(shù)與原設(shè)計(jì)值的比較項(xiàng)目爐號給水溫度額定負(fù)荷t.h工作壓力省煤器后煙溫1空氣預(yù)熱器后煙溫，冷風(fēng)溫度熱風(fēng)溫度設(shè)計(jì)值運(yùn)行值任何種燃料都含有礦物質(zhì)，這些礦物質(zhì)流經(jīng)受熱面時，部分以渣的形式沉積到爐底，另部分則以灰的形式隨煙氣流動沉積在受熱面上，煙灰的沉積過程是個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，與許多因素有關(guān)，主要因素是鍋爐受熱面布置不平衡，尾部低溫區(qū)偏大，入口風(fēng)溫低，燃料燃燒不完全灰分大吹灰設(shè)施不利及低溫露點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重等。

　　4腐蝕與積灰的關(guān)系低溫腐蝕與積灰是同時進(jìn)行同時存在互為因果相互影響的；低溫結(jié)露腐蝕在先，尾部積灰在后；若鍋爐尾部受熱面壁溫降低，就有可能形成局部低溫結(jié)露腐蝕，導(dǎo)致粘性低溫灰粘附在受熱面上，又反過來影響和加劇腐蝕。

　　5防止低溫腐蝕與積灰形成的措施綜合上述，為了減緩低溫受熱面腐蝕與積灰形成，采取如下改進(jìn)措施1燃料脫硫。

　　控制燃燒。燃燒過程中應(yīng)盡可能控制2在微量的限度內(nèi)。

　　控制受熱面壁溫在露點(diǎn)溫度以上。即提高冷空氣進(jìn)口溫度。最簡單的方法是用熱空氣再循環(huán)，7，b.

　　此流程可使冷空氣進(jìn)口溫度提高到5065對于多硫燃料，尤其是在大容量鍋爐中，采用預(yù)先在暖風(fēng)器預(yù)熱空氣的方法提高冷空氣進(jìn)口溫度，減輕低溫腐蝕。此方法可使空氣進(jìn)口溫度提高到80，左右，雖然排煙溫度也提高了，但鍋爐的經(jīng)濟(jì)性還是比較好。

　　解決鍋爐受熱面布置不合理的缺陷。如從防止積灰形成看，采用直列管束比錯列管束布置好。

　　改進(jìn)燃燒設(shè)備，提高霧化效果，減小空氣過剩系數(shù)，減少不完全燃燒產(chǎn)物。

　　優(yōu)化運(yùn)行，嚴(yán)格控制鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時間。

　　改進(jìn)吹灰設(shè)施，減輕鍋爐尾部積灰形成。

　　嚴(yán)格控制省煤器的氧腐蝕泄露。