鍋爐低溫面的腐蝕、積灰形成機理及防止

鍋爐低溫面的腐蝕積灰形成機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熱器以回收尾氣余熱。在節能降耗的同時，給鍋爐的長期穩定運行帶來了些問，如易腐蝕易積灰，不僅增加了繁重的檢修工作，加大了檢修費用，而且原設想的節能目的也難以達到。

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

　　1鍋爐低溫受熱面腐蝕與積灰形成機理1.1低溫受熱面腐蝕機理當鍋爐排煙溫度過低，低于煙氣的露點溫度，煙氣中的硫酸蒸氣和水蒸氣凝結在低溫受熱面如空氣預熱器上，產生低溫受熱面的低溫露點腐蝕。這種腐蝕過程中既有化學腐蝕也有電化學腐蝕。

　　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，但當煙氣產生低溫露點腐蝕，反應如下腐蝕產生的FeSO4又與煙氣中的SO2O2等進步形成強腐蝕的Fe2SO43.當pH3時，Fe2SO43將腐蝕鍋爐金屬并產生更多的，63，463，4繼續和3，2，2反應，形成個，68，462，4363，4的腐蝕循環。

　　另外，當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，正極上進行還原反應，熔渣中的氫離子得到電子而成為氫氣。反應如下電化學腐蝕的速度比化學腐蝕快很多，面越是不光滑如焊縫或雜質越多之處，電化學腐蝕就越嚴重，這些地方遭到腐蝕后，新的金屬面就暴露出來，繼續遭到腐蝕，腐蝕坑越來越深，甚至穿孔。從空氣預熱器的外觀看，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，尾部低溫區偏大，燃燒灰分增加，入口風溫太低，燃燒不完全，吹灰設施不利以及低溫露點腐蝕嚴重所致。

　　了作者簡介李許年971蘭州化學工業公司通過對結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，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現，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。結垢最厚處其金屬面腐蝕最嚴重。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的水泥狀灰垢，呈硬結狀，以結渣形式掛在空氣預熱器底部，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的優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，并出現在煙氣中。煙氣中水蒸氣的露點溫度較低，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露。但當煙氣中的幻3和水蒸氣形成硫酸蒸氣時，酸露點溫度較高，其具體數值大小與煙氣中8，3濃度水蒸氣的含量有關。12水3汽含里由1可知隨著燃料含硫量的增加，露點溫度由50左右迅速升高到150，左右之后，露點溫度的上升不明顯。煙氣中只要有0.005左右的3，3，煙氣露點溫度即可達到150，以上。由2可知，隨著煙氣中硫酸蒸氣和水蒸氣量的增加，露點溫度均升高；煙氣中水蒸氣含量的變化對煙氣露點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。

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

　　2.2過�？諝庀禂敌┰囼灁祿�明，鍋爐燃料燃燒時的控制指標過�？諝庀禂�8與受熱面壁溫腐蝕速度及3，3的濃度有關34.從3可知，過�？諝庀禂翟黾�，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�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。但實際上，鍋爐在運行時難以實現低氧燃燒，通常控制8偏大，使爐內維持較大的過�？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入爐內，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溫度以下，煙氣凝結，導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，則硫酸蒸汽就不能凝結在低溫受熱面上，也就不會發生低溫受熱面的腐蝕�？諝忸A熱器的壁溫不考慮灰垢的影響可用下式計算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，空氣側及煙氣側放熱系數，12.1；風，盡，空氣側及煙氣側受熱面積，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，降低鍋爐工作的經濟性。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熱器冷端壁溫高于水露點，如果使空氣預熱器冷端壁溫高于酸露點，則排煙溫度如將會提高到極不合理的數值。提高冷空氣進口溫度4，可以提高壁溫心減輕腐蝕。但要相應提高排煙溫度9.，否則鍋爐內氣體進出口溫差小，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在氧化環境中繼續氧化成3，3，化學平衡向有利于生成幻3的方向移動，但此反應在沒有催化劑作用時反應速度極為緩慢，且煙氣在鍋爐煙道中通過劑，如02，3和，2，5，可使反應迅速進行，產生大量的3，3.鍋爐金屬受熱面壁溫在5，6間，其催化作用最強，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行參數的影響鍋爐受熱面布置及鍋爐運行參數是在鍋爐滿足熱平衡參數值與原設計值偏離較大附。

　　由于鍋爐在高原寒冷地區運行，實際冷風溫度低于設計值�？諝忸A熱器尾部冷空氣入口處未設置暖風設施進行熱補償，冷空氣直接進入空氣預熱器尾部煙道，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，增加了腐蝕與積灰的速度；蒸汽吹灰設施的利用，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行參數與原設計值的比較項目爐號給水溫度額定負荷t.h工作壓力省煤器后煙溫1空氣預熱器后煙溫，冷風溫度熱風溫度設計值運行值任何種燃料都含有礦物質，這些礦物質流經受熱面時，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雜的物理化學過程，與許多因素有關，主要因素是鍋爐受熱面布置不平衡，尾部低溫區偏大，入口風溫低，燃料燃燒不完全灰分大吹灰設施不利及低溫露點腐蝕嚴重等。

　　4腐蝕與積灰的關系低溫腐蝕與積灰是同時進行同時存在互為因果相互影響的；低溫結露腐蝕在先，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露腐蝕，導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，采取如下改進措施1燃料脫硫。

　　控制燃燒。燃燒過程中應盡可能控制2在微量的限度內。

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

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

　　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。

　　改進燃燒設備，提高霧化效果，減小空氣過剩系數，減少不完全燃燒產物。

　　優化運行，嚴格控制鍋爐低負荷運行時間。

　　改進吹灰設施，減輕鍋爐尾部積灰形成。

　　嚴格控制省煤器的氧腐蝕泄露。