談銅冶煉廠余熱鍋爐腐蝕及控制措施

翁寒波

摘 要：采用余熱鍋爐可以減少冶煉行業(yè)生產(chǎn)中的能源消耗，在實(shí)際工作中，余熱鍋爐會利用冶煉產(chǎn)生的廢氣、廢液等可燃物質(zhì)加熱鍋爐中的水，然后再將產(chǎn)生的熱水和蒸汽可以用于其他工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。需要注意的是，余熱鍋爐經(jīng)過長時間使用后會出現(xiàn)一定程度的腐蝕狀況，如果不能對鍋爐腐蝕進(jìn)行有效控制，必然會導(dǎo)致余熱鍋爐的使用效率和安全受到消極影響。因此，本文將對余熱鍋爐的腐蝕機(jī)理進(jìn)行具體分析，并針對性提出避免腐蝕的相應(yīng)措施，以求為銅冶煉行業(yè)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：銅冶煉；余熱鍋爐；腐蝕；控制措施

引言

常見的余熱鍋爐有燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃煤鍋爐等。關(guān)于余熱鍋爐在我國的應(yīng)用，最早的記錄見于1993年的銅陵金昌冶煉廠；在冶銅設(shè)備上加裝余熱鍋爐后，該冶煉廠實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能和資源利用方面的雙重優(yōu)化。余熱鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性不言而喻，為了確保冶煉生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行，相關(guān)生產(chǎn)單位應(yīng)必須對余熱鍋爐腐蝕機(jī)制的認(rèn)識，并在此基礎(chǔ)上完善控制措施構(gòu)建。

一、腐蝕產(chǎn)生的原因及機(jī)理

冶煉設(shè)備在生產(chǎn)過程中會面對煙氣、積塵、積垢等不良因素的影響，從而產(chǎn)生設(shè)備腐蝕等故障。基于維持設(shè)備設(shè)用效率，延長設(shè)備使用壽命的現(xiàn)實(shí)需要，以下將對銅冶煉生產(chǎn)過程中常見的腐蝕機(jī)理進(jìn)行具體分析。

1.露點(diǎn)腐蝕

關(guān)于余熱鍋爐腐蝕及其控制的研究必須建立在充分了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的基礎(chǔ)上。受生產(chǎn)工藝的影響，銅冶煉過程中會產(chǎn)生大量硫化物。正如應(yīng)用廣泛的火法銅冶煉系統(tǒng)的入爐原料中便含有超過百分之二十的硫，所以在處理冶銅產(chǎn)出的工藝煙氣時，冶煉廠往往會選擇利用其制酸。在制酸系統(tǒng)工作的同時，一部分二氧化硫會轉(zhuǎn)化為硫酸蒸汽，硫酸蒸汽觸碰到管壁后降溫凝凝結(jié)成硫酸溶液，盡管硫酸溶液總量不多，但在日積月累的影響下，鍋爐管壁和膜式壁會逐漸受到腐蝕，從而變薄、變脆，最終影響余熱鍋爐的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)這種腐蝕的發(fā)生特性，人們習(xí)慣稱其為“低溫腐蝕”。

2.氧腐蝕

氧腐蝕在金屬冶煉生產(chǎn)行業(yè)中極為常見，氧腐蝕被定義為電化學(xué)腐蝕，這是因?yàn)榻饘俦┞对诔睗竦目諝庵袝r，將會和氧氣發(fā)生反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，氧和鐵在潮濕環(huán)境中充當(dāng)電極，共同構(gòu)成腐蝕原電池。在氧和鐵構(gòu)成的電池中，鐵的電位比氧低，所以鐵作為陽極游離帖子里被陰極吸收，從而在金屬表面形成各類氧化物。該現(xiàn)象的化學(xué)方程式為Fe→Fe2++2e；O2+2H2O+4e→4OH-。經(jīng)過氧氣腐蝕后的金屬氧化物會呈現(xiàn)出裸露、疏松的特點(diǎn)，而且這種腐蝕狀況極容易擴(kuò)散，稍不注意便會造加劇管道的腐蝕問題。

3.酸性腐蝕

礦物加工后排出的廢棄多呈酸性，余熱鍋爐對其進(jìn)行處理時不免會受到腐蝕。當(dāng)酸性物質(zhì)接觸金屬壁后，酸性物質(zhì)中的氫離子會產(chǎn)生去極化作用，即2H++2e→H2，而且酸性物質(zhì)會破壞金屬管壁表面的保護(hù)膜。另外，潮濕環(huán)境下的氧鐵反應(yīng)會加劇酸性物質(zhì)的腐蝕。事實(shí)上，鍋爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下不會直接受到酸性物質(zhì)的腐蝕，因?yàn)殄仩t中的水基本呈弱堿性，不會腐蝕保護(hù)膜下的管壁。然而不能忽略的是，余熱鍋爐中不能消耗的蒸汽會與冶煉產(chǎn)生的酸性廢氣結(jié)合，滲入循環(huán)水管道等鍋爐構(gòu)件。當(dāng)酸性液體產(chǎn)生后，循環(huán)水管道將首當(dāng)其沖受到影響。

二、腐蝕預(yù)防措施

1.露點(diǎn)腐蝕的計(jì)算

在正確認(rèn)識余熱鍋爐腐蝕機(jī)理的前提下，還要對各種腐蝕性因素進(jìn)行深入研究，如此才能制定出科學(xué)、高效的腐蝕預(yù)防措施。對于腐蝕露點(diǎn)的計(jì)算，應(yīng)掌握余熱鍋爐中的煙氣成分應(yīng)在充分掌握煙氣成分的前提下展開。

1.1.三氧化硫轉(zhuǎn)化率的確定

二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的過程比較復(fù)雜，而且可以發(fā)生的設(shè)備部位眾多。一般來說，二氧化硫的產(chǎn)生與冶煉生產(chǎn)活動有直接關(guān)系，但是在煙道、電收吸塵器也會有部分二氧化硫存在。二氧化硫向三氧化硫轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是原子氧，二氧化硫吸收活性大的氧原子后便轉(zhuǎn)化為三氧化硫。當(dāng)然，轉(zhuǎn)化是雙向的，在高溫輻射的環(huán)境下，三氧化硫的氧原子也會分離，然而形成二氧化硫。

關(guān)于三氧化硫的轉(zhuǎn)化，可以從相關(guān)資料中得出以下認(rèn)識。恒定壓力下，低溫條件下的三氧化硫轉(zhuǎn)化比較活躍，當(dāng)溫度達(dá)到1000攝氏度左右時，三氧化硫的轉(zhuǎn)化保持在極低水平。不過在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，三氧化硫的轉(zhuǎn)化會受多種因素的影響。所以在制定放腐蝕措施時，應(yīng)分析煙氣是否含砷、水等。

二氧化硫向三氧化硫的轉(zhuǎn)換需要催化，工業(yè)煙氣中的常見成分中恰好含有二氧化硅、砷的氧化物等催化劑。依照研究圖標(biāo)的顯示，催化劑效用最佳的溫度范圍是500℃～800℃。另外，灰塵的存在會對三氧化硫的形成產(chǎn)生促進(jìn)作用。結(jié)合專業(yè)計(jì)算方法，可以測得生產(chǎn)實(shí)踐中的二氧化硫轉(zhuǎn)化率為5%～9%，出于生產(chǎn)安全方面的要求，計(jì)算結(jié)束后取值應(yīng)取最大值。

1.2.硫酸蒸汽的酸露點(diǎn)溫度的計(jì)算

含硫氣體和水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸汽，當(dāng)管壁溫度降低，硫酸蒸汽便凝結(jié)依附，開始腐蝕保護(hù)膜和管壁。由此可以認(rèn)識到，硫酸蒸汽是否可以腐蝕管壁，直接影響因素是管壁溫度。人們習(xí)慣把硫酸蒸汽凝結(jié)的最低溫度成為酸露點(diǎn)溫度，影響酸露點(diǎn)數(shù)值的因素有煙氣水含量、三氧化硫濃度等，具體計(jì)算公式如下：

C=98×VSO3/（80×VSO3+18×VH2O）（1）

VSO3=K×VSO2（2）

1.3.查出酸露點(diǎn)溫度。

不同余熱鍋爐的酸露點(diǎn)溫度存在差異，常見的艾薩余熱鍋爐露點(diǎn)腐蝕溫度為228℃；轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐露點(diǎn)腐蝕溫度為205℃。

2.氧腐蝕的預(yù)防

長期使用后的余熱鍋爐中可能會產(chǎn)生銹蝕問題，銹蝕指的是金屬表面出現(xiàn)疏松混合物質(zhì)，外形特征類同于鐵銹，主要成分為Fe（OH）3和Fe3O4等氧化產(chǎn)物。這種狀況的產(chǎn)生可以歸咎氧腐蝕，氧腐蝕出現(xiàn)在余熱鍋爐中是因?yàn)闊崃Τ跗鞯膶?shí)際工作效率沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求；除此以外，水質(zhì)監(jiān)控的缺失也是氧腐蝕產(chǎn)生的重要原因，盡管當(dāng)前使用的鍋爐設(shè)備中基本都會按GB12145進(jìn)行水質(zhì)控制，但是管理不善導(dǎo)致的測量問題給氧腐蝕創(chuàng)造了可乘之機(jī)。所以對氧腐蝕的預(yù)防，應(yīng)從監(jiān)控水質(zhì)和確保除氧器正常運(yùn)行入手。采用合適材料強(qiáng)化保溫層性能，減少鍋爐管道與氧氣的接觸，減少鍋爐管道中的水蒸氣含量，可以通過以下措施實(shí)現(xiàn)：

堿性物質(zhì)對鍋爐管道可以起到鈍化作用，當(dāng)酸性化合物腐蝕保護(hù)膜時，堿性物質(zhì)會先發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生鈍化保護(hù)膜。為了加強(qiáng)鈍化效果，條件允許的情況下可以直接噴灑堿性化合物，加快鈍化保護(hù)膜形成效率，進(jìn)而達(dá)到隔絕腐蝕因素對管壁影響的目的。

3.酸腐蝕的預(yù)防

酸腐蝕控制的根本措施在于降低酸性氣體和水蒸氣的結(jié)合效率。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以采取以下方法：優(yōu)化生產(chǎn)技藝，提高鍋爐蒸汽使用及排空效率；加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備密閉性，減少轉(zhuǎn)爐吹煉過程中的煙氣排放；減少管道中的水蒸氣含量，采取加裝防雨設(shè)施，杜絕蒸汽凝結(jié)水與鍋爐管道直接接觸。

三、結(jié)束語

腐蝕問題的存在會直接影響余熱鍋爐的運(yùn)行效率，嚴(yán)重情況下甚至?xí)ιa(chǎn)安全造成威脅。對于余熱鍋爐腐蝕問題，相關(guān)生產(chǎn)單位必須引起重視，在充分了解腐蝕機(jī)理的情況下結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況調(diào)整腐蝕控制措施，以求提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全系數(shù)，推動冶煉行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

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