鍋爐基本金屬高低溫腐蝕及對(duì)策

沈智芬

(新疆吐哈油田哈密物業(yè)公司 三塘湖項(xiàng)目部，新疆 哈密839009)

鍋爐設(shè)備由多種不同的鋼材組成，不同部位根據(jù)承擔(dān)的作用選用材質(zhì)不一樣。長(zhǎng)期以來(lái)，鍋爐的使用，對(duì)停爐后的保護(hù)流于形式，尤其是對(duì)入爐煤種的變化采取的對(duì)應(yīng)措施不多，從低硫組分的煤過(guò)渡到高硫份，沒(méi)有很好的辦法，造成鍋爐嚴(yán)重腐蝕，例如過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器。運(yùn)行時(shí)煙溫大于700℃的區(qū)域內(nèi),外部管壁在高溫高壓條件下受熱面與含有高硫的腐蝕性燃料和高溫?zé)煔饨佑|,極易發(fā)生高溫腐蝕。

鍋爐腐蝕機(jī)理比較復(fù)雜，下面就存在的低溫腐蝕和高溫腐蝕進(jìn)行一些分析和探討。

鍋爐的低溫腐蝕發(fā)生在空氣預(yù)熱器、省煤器、煙道、引風(fēng)機(jī)、爐墻護(hù)板、吊架、煙囪等處。我們使用的煤粉鍋爐，由于煤中含有硫份，燃燒后會(huì)生成SO2，其中一部分遇煙氣中的剩余氧份又轉(zhuǎn)化為SO3，它能提高酸的露點(diǎn)溫度，在低于露點(diǎn)溫度的金屬表面上與煙氣中的水蒸汽結(jié)合形成硫酸溶液。由于硫酸溶液不僅與金屬受熱面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而且也與堿性灰（灰中的堿金屬和CaO等）反應(yīng)，因而導(dǎo)致金屬腐蝕和沾污。造成低溫受熱面的腐蝕和積灰。主要影響面在空氣預(yù)熱器。

1 影響低溫受熱面積灰腐蝕運(yùn)行方面的因素

1.1 鍋爐的燃燒方式

我們知道燃燒方式的改變會(huì)改變爐膛內(nèi)的燃燒溫度，有資料表明：爐膛燃燒溫度的變化對(duì)SO3的生成及露點(diǎn)溫度有一定的影響。一般認(rèn)為火焰溫度越高則SO3的轉(zhuǎn)化率越高，露點(diǎn)溫度相應(yīng)增高一些。但由于懸浮燃燒的鍋爐燃燒生成的堿性灰對(duì)SO3有較強(qiáng)的吸附能力，因此煙氣中的SO3含量及露點(diǎn)溫度又有一定的降低。所以應(yīng)控制爐膛燃燒溫度不宜過(guò)高，以降低SO3的轉(zhuǎn)化率。

1.2 燃料成分

燃料中的含硫量的大小直接影響低溫受熱面的腐蝕速度。含硫量的大小直接影響低溫受熱面的腐蝕程度還與燃料中的含Ca量有關(guān)，這是因?yàn)楫?dāng)燃料中的含Ca量較多時(shí)，燃燒生成的CaO與SO3形成硫酸鈣，從而降低了SO3的濃度，降低了硫酸蒸汽濃度，降低了露點(diǎn)溫度，起到了降低低溫受熱面積灰腐蝕效果。

1.3 煙氣流速

有資料表明：煙氣流速變化不大時(shí)，受熱面酸沉積速度變化不大，對(duì)低溫受熱面的腐蝕影響是不大的。從傳熱角度來(lái)看，當(dāng)煙氣流速增加較大時(shí)，由于流速的增大使尾部煙道內(nèi)的受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)提高，在受熱面吸熱量不變的情況下傳熱溫差減小，受熱面后的煙氣溫度相對(duì)升高，由于煙氣溫度的升高增加了SO2轉(zhuǎn)化為SO3的可能性，煙氣中的SO3分壓力相對(duì)升高，露點(diǎn)溫度相對(duì)升高，使受熱面遭受低溫腐蝕的可能性增大。

1.4 鍋爐負(fù)荷

隨著鍋爐負(fù)荷的降低，排煙露點(diǎn)也有所降低。當(dāng)過(guò)?？諝庀禂?shù)越低，火焰溫度和過(guò)熱器壁溫均降低，使SO2轉(zhuǎn)化為SO3的量減少，使得煙氣露點(diǎn)隨之而降低。

2 防止低溫腐蝕運(yùn)行中應(yīng)采取的防范措施

2.1 合理組織燃燒

在運(yùn)行調(diào)整中要合理調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，盡量避免由于超負(fù)荷運(yùn)行，造成火焰充滿(mǎn)程度較差，局部混合不均勻性較差，產(chǎn)生局部高溫使SO3的量增加的情況，在增加負(fù)荷的過(guò)程中，嚴(yán)格控制負(fù)荷的變化速度，嚴(yán)禁趕火升壓，杜絕爐膛溫度急升高和局部溫度急劇變化的情況降低SO3的生成量。

2.2 采用低氧燃燒

嚴(yán)格控制含氧量在設(shè)計(jì)的范圍。嚴(yán)格控制氧量，一方面能控制煙氣中SO3的生成量減少低溫受熱面硫酸蒸汽的生成量，防止或降低低溫積灰腐蝕。另一方面能夠有效的控制爐膛出口還原性氣體NO的生成量，提高了灰的熔點(diǎn)，降低了受熱面積和結(jié)渣。

3 高溫腐蝕的主要原因

3.1 燃料和積灰沉積物中的腐蝕成分

燃用含硫量高的煤粉時(shí),煤粉中的黃鐵礦(FeS2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子:FeS2→FeS+[S],而煙氣中存在的一定濃度的H2S與SO2化合，也產(chǎn)生自由硫原子:2H2S+SO2→2H2O+3[S]。自由硫原子與約350℃溫度的水冷壁管相遇,發(fā)生反應(yīng):Fe+[S]→FeS，3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2，產(chǎn)生腐蝕。

其次,燃料中的硫及堿性物會(huì)在爐內(nèi)高溫下反應(yīng)生成硫酸鹽,當(dāng)這些硫酸鹽沉積到受熱面上后會(huì)再吸收SO3，生成焦硫酸鹽,如Na2S2O7和K2S2O7。焦硫酸鹽的熔點(diǎn)很低,在通常的鍋爐受熱面壁溫下呈熔融狀態(tài),與Fe2O3更容易發(fā)生反應(yīng),生成低熔點(diǎn)的復(fù)合硫酸鹽:3Na2SO4+Fe2O3+3SO3→2Na3Fe(SO4)3，3K2SO4+Fe2O3+3SO3→2K3Fe(SO4)3,當(dāng)溫度在550℃～700℃時(shí),復(fù)合硫酸鹽處于融化狀態(tài),將管壁表面的Fe2O3氧化保護(hù)膜破壞,繼續(xù)和管子金屬發(fā)生反應(yīng),造成過(guò)熱器管的腐蝕。

3.2 還原性氣氛

鍋爐的高溫腐蝕和還原性氣氛的存在有著密切相關(guān)的關(guān)系,CO濃度大的地方腐蝕就大。某些部位的空氣不足,使煤粉燃燒的過(guò)程拖長(zhǎng),未燃盡的煤粉在爐管附近分離,使碳和硫聚集在邊界層中,未燃盡碳進(jìn)一步燃燒時(shí)又形成局部缺氧,使水冷壁附近的煙氣處于還原性氣氛。由于缺氧,硫的完全燃燒和SO2的形成發(fā)生困難,H2S便與受熱面金屬發(fā)生直接反應(yīng),因H2S是還原性介質(zhì),比氧化性介質(zhì)更具有腐蝕性,H2S的濃度越高,受熱面溫度越高,腐蝕速度越快,同時(shí)還原性氣氛導(dǎo)致了灰熔點(diǎn)溫度的下降和灰沉積物過(guò)程加快,從而導(dǎo)致受熱面管子的腐蝕。

3.3 防止高溫腐蝕運(yùn)行中應(yīng)采取的防范措施

3.3.1 合理調(diào)整運(yùn)行參數(shù)

根據(jù)天氣變化，及時(shí)合理調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，加強(qiáng)巡查力度，避免爐膛溫度忽高忽低，減少腐蝕發(fā)生的概率,以降低腐蝕和磨損。

3.3.2 控制燃料中的硫和氯含量

控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蝕速率。國(guó)外研究顯示,水冷壁管常在燃料品種變化時(shí)發(fā)生向火側(cè)嚴(yán)重腐蝕。燃料是控制腐蝕速率的第一道關(guān)口,應(yīng)燃用含硫量低于0.8%的煤種,以降低腐蝕速率。

3.3.3 改善燃燒區(qū)的還原氣氛

合理配風(fēng)并強(qiáng)化爐內(nèi)氣流的混合過(guò)程,同時(shí)降低空預(yù)器等設(shè)備的漏風(fēng)；可以采用增加側(cè)邊風(fēng)、貼壁風(fēng)等技術(shù),在水冷壁附近形成氧化氣氛,以改善燃燒區(qū)的氧量,避免出現(xiàn)局部還原性氣氛,緩解高溫腐蝕的發(fā)生。

3.3.4 避免出現(xiàn)受熱面超溫

因?yàn)殚L(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成過(guò)熱器管內(nèi)工質(zhì)流量過(guò)小,流速過(guò)低,嚴(yán)重影響了管子內(nèi)外熱交換,造成管壁溫度過(guò)高,而爐膛溫度不可能同時(shí)降低,造成管子短時(shí)間超溫。所以應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行,同時(shí)控制爐內(nèi)局部特別是燃燒器區(qū)域附近的火焰中心處的最高溫度及熱流密度,以避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過(guò)高,減輕高溫腐蝕。

3.3.5 改善受熱面狀況

過(guò)熱器等受熱面管進(jìn)行熱噴涂,噴涂耐腐蝕材料,也可改用抗腐蝕性能好的鐵素體合金鋼管或復(fù)合鋼管,以改善爐管金屬表面狀況,提高金屬材料的耐腐蝕性能。

3.3.6 加強(qiáng)對(duì)燃料的管理

有條件的情況下盡量燃用設(shè)計(jì)煤種。加強(qiáng)燃料的監(jiān)督，對(duì)含硫份高的煤入場(chǎng)煤的煤質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告應(yīng)及時(shí)提供。以便合理?yè)脚湟越档兔悍N總的硫份含量。利用停爐的機(jī)會(huì)定期對(duì)低溫受熱面進(jìn)行水沖洗。

4 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐受熱面發(fā)生的腐蝕是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程,常見(jiàn)于大型鍋爐中,為了更好地做好鍋爐受熱面高、低溫腐蝕的防止工作,我們應(yīng)綜合平衡影響鍋爐受熱面腐蝕的各種因素,深入研究其產(chǎn)生的原因,在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn),制定完善的預(yù)防措施,保證鍋爐機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。