生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕原因分析及對(duì)策

支元珍

摘? 要：實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器是設(shè)備整體最容易發(fā)生腐蝕問(wèn)題的一個(gè)部分，而一旦這一部分發(fā)生腐蝕問(wèn)題，不僅生物質(zhì)鍋爐整體的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到影響，與此同時(shí)，還會(huì)直接影響最終的生產(chǎn)效果。要解決生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題，首先要明確腐蝕問(wèn)題的發(fā)生原因，然后采用有針對(duì)性的措施解決生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，全面提升生物質(zhì)鍋爐整體的運(yùn)轉(zhuǎn)效益和使用壽命。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)鍋爐;高溫過(guò)熱器;腐蝕原因;對(duì)策

中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）14-0122-03

Abstract： In the process of practical application， the high temperature superheater of the biomass boiler is a part of the equipment that is most prone to corrosion. Once the corrosion occurs in this part， it will not only affect the overall operation state of the biomass boiler， but it will directly affect the final production effect as well. In order to solve the problem of corrosion of high temperature superheater of biomass boiler， we must first clarify the cause of the corrosion problem， and at the same time take corresponding measures to solve the problem of corrosion of high temperature superheater of biomass boiler. On this basis， the overall operation efficiency and service life of biomass boiler can be improved in an all-round way.

Keywords： biomass boiler; high temperature superheater; corrosion cause; countermeasure

前言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，各行各業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于能源的需求也在持續(xù)增加，而煤炭、石油均屬于不可再生能源，天然氣生成周期相對(duì)較長(zhǎng)，在此過(guò)程中，生物質(zhì)能源開(kāi)始越來(lái)越多地受到了人們的關(guān)注。相比于其他類型的能源，生物質(zhì)能源不僅具有清潔的特點(diǎn)，與此同時(shí)，這種能源還能夠真正實(shí)現(xiàn)固廢利用，最大限度地滿足環(huán)保所需。但是，生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題也開(kāi)始越來(lái)越多地受到了人們的關(guān)注，其一方面會(huì)影響生物質(zhì)鍋爐整體的工作效率，另一方面也會(huì)對(duì)生物質(zhì)鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的安全性產(chǎn)生影響，因此，必須采取有效措施予以解決。

1 生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱腐蝕問(wèn)題出現(xiàn)的原因

1.1 過(guò)熱器管外壁在腐蝕的作用下逐漸變薄

從生物質(zhì)自身的特性來(lái)講，堿金屬含量較高是最突出的一個(gè)特點(diǎn)，而在實(shí)際燃燒生物質(zhì)的過(guò)程中，草類生物質(zhì)原料還會(huì)產(chǎn)生大量的氯元素，氯元素在與堿金屬元素相結(jié)合的過(guò)程中，導(dǎo)致煙氣中會(huì)包含大量的具有較高揮發(fā)性的化學(xué)物質(zhì)，在均相反應(yīng)的作用下，由于此時(shí)高溫過(guò)熱器管壁的溫度相對(duì)較高，因此，導(dǎo)致生成的化學(xué)物質(zhì)在高溫過(guò)熱器的管壁上逐漸凝結(jié)，進(jìn)而導(dǎo)致高溫過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題的發(fā)生[1]。而在持續(xù)不斷的腐蝕作用下，高溫過(guò)熱器管壁會(huì)逐漸變薄，因此，在工作過(guò)程中的安全隱患也會(huì)持續(xù)提升。

在腐蝕問(wèn)題的實(shí)際發(fā)生過(guò)程中，氯元素是顯性的催化劑，它會(huì)置換金屬管壁內(nèi)部的鐵或鉻元素，進(jìn)而加快關(guān)閉的腐蝕速度。從腐蝕物來(lái)源的角度來(lái)看，但生物燃料進(jìn)入鍋爐的那一刻，只要燃料內(nèi)部含有氯元素以及堿金屬元素，在管壁溫度處于一定范圍的情況下，腐蝕問(wèn)題的發(fā)生就成了必然。而一旦腐蝕問(wèn)題發(fā)生，抑制難度整體較高。

圖1為過(guò)熱器管外壁腐蝕情況的展示，通過(guò)分析可以得出結(jié)論，過(guò)熱器管外部越薄的位置，腐蝕的程度越嚴(yán)重，由此可見(jiàn)，一旦發(fā)生過(guò)熱氣管外壁變薄的問(wèn)題，就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)，管外壁變薄導(dǎo)致腐蝕作用加劇，腐蝕作用下管外壁進(jìn)一步變薄，進(jìn)而嚴(yán)重影響過(guò)熱氣管的使用壽命。

1.2 在合適的溫度條件下腐蝕作用加劇

生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)腐蝕問(wèn)題發(fā)生的條件進(jìn)行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題，在蒸汽溫度不超過(guò)490攝氏度的情況下，高溫過(guò)熱器的腐蝕速度會(huì)大幅度降低，而一旦蒸汽溫度超過(guò)550度，高溫過(guò)熱器的腐蝕速度則會(huì)進(jìn)一步加快。與此同時(shí)，高溫過(guò)熱器管道的后段的腐蝕情況要高于前段的腐蝕情況。在蒸汽溫度不超過(guò)450度的情況下，管壁腐蝕屬正常情況，日常維護(hù)過(guò)程中可忽略不計(jì)，而當(dāng)蒸汽溫度超過(guò)490度的情況下，管壁的腐蝕速度會(huì)逐漸增加，溫度越高，增加速度越快[2]。通過(guò)對(duì)腐蝕溫度區(qū)間進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論，高溫過(guò)熱器腐蝕溫度增加區(qū)間與氯化物的熔融溫度區(qū)間以及堿金屬的熔融溫度區(qū)間保持高度一致，由此可見(jiàn)，高溫過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題的發(fā)生與氯化物以及堿金屬元素依然具有十分重要的聯(lián)系。

1.3 過(guò)熱器管內(nèi)壁氧化會(huì)加劇管壁的晶間發(fā)生腐蝕作用

通過(guò)分析過(guò)熱器管斷口位置的金相情況，研究人員發(fā)現(xiàn)在過(guò)熱器管內(nèi)壁位置存在厚度較高的氧化皮層，且部分氧化皮層已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了脫落和開(kāi)裂的問(wèn)題。在氧化皮層過(guò)厚的情況下，過(guò)熱器的導(dǎo)熱作用會(huì)受到抑制，導(dǎo)致過(guò)熱器局部位置出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況。在上述作用下，管壁的晶間腐蝕作用會(huì)進(jìn)一步加劇，氧化皮層的脫落速度和開(kāi)裂速度會(huì)進(jìn)一步加快，進(jìn)而加速過(guò)熱器管內(nèi)部堵塞，導(dǎo)致局部過(guò)熱問(wèn)題加劇，若未采取有效措施進(jìn)行處理的情況下，最終的結(jié)果就是在管壁最薄的位置出現(xiàn)爆管的問(wèn)題[3]。具體反應(yīng)發(fā)生過(guò)程如圖2所示。

1.4 過(guò)熱器強(qiáng)度以及過(guò)熱器的厚度為腐蝕創(chuàng)造良好條件

當(dāng)過(guò)熱器管開(kāi)始發(fā)生斷裂問(wèn)題的時(shí)候，通常情況下，斷裂的開(kāi)口處都處于管壁最薄的位置，針對(duì)這一情況，做好過(guò)熱器管壁各個(gè)位置的承壓值計(jì)算就顯得十分有必要，合理計(jì)算其強(qiáng)度，能夠判斷過(guò)熱器管后期的使用壽命。但是，在實(shí)際操作的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)熱器承壓強(qiáng)度以及過(guò)熱器的管壁厚度無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的情況，在這樣的情況下，腐蝕問(wèn)題的發(fā)生概率會(huì)進(jìn)一步增加，因此，在對(duì)生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題進(jìn)行處理的過(guò)程中，上述問(wèn)題需重點(diǎn)注意，否則，會(huì)使生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器的正常工作受到嚴(yán)重影響。

2 生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱腐蝕問(wèn)題的解決對(duì)策

2.1 做好三級(jí)過(guò)熱器溫控方面的工作

研究顯示，過(guò)熱器溫度是影響腐蝕速度的一個(gè)重要因素，因此，要想最大限度地避免生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕的問(wèn)題，能夠?qū)⒏g的速度控制在可控的范圍之內(nèi)，做好高溫過(guò)熱器的溫控工作十分有必要[4]。本次研究中，研究人員主要采取三級(jí)過(guò)熱氣溫控的方式來(lái)防止過(guò)熱器管壁發(fā)生腐蝕的問(wèn)題。首先，在機(jī)組運(yùn)行的最初階段，上料系統(tǒng)在工作過(guò)程中的穩(wěn)定性還存在諸多不足，因此，復(fù)合控制難度整體較大，堵料問(wèn)題的發(fā)生概率較高，加之在攪拌生物質(zhì)燃料的過(guò)程中，由于不同類型的生物質(zhì)燃料在參配過(guò)程中存在不均勻的問(wèn)題，嚴(yán)重影響進(jìn)入鍋爐燃料熱值得穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)熱器出現(xiàn)溫度過(guò)高的問(wèn)題，研究顯示，過(guò)熱器內(nèi)部最高溫度可超過(guò)600攝氏度，這也是導(dǎo)致過(guò)熱器腐蝕問(wèn)題發(fā)生的一個(gè)最主要因素。而隨著上料系統(tǒng)完善程度的逐漸提升，過(guò)熱器溫度控制工作的開(kāi)展精準(zhǔn)度也會(huì)相應(yīng)增加，在此基礎(chǔ)上，有效避免過(guò)熱器溫度過(guò)高的情況出現(xiàn)。與此同時(shí)，根據(jù)過(guò)熱器工作過(guò)程中不同階段的情況，研究人員建立了三級(jí)溫度報(bào)警機(jī)制，并將其納入指標(biāo)考核的范圍之內(nèi)，不僅要做好溫度控制工作，同時(shí)需要做好超溫度范圍時(shí)間控制工作。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)階段我機(jī)構(gòu)所有使用的鍋爐過(guò)熱器進(jìn)行更換，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，性能表現(xiàn)良好，過(guò)熱器管壁的腐蝕速度有了大幅度延緩。

2.2 根據(jù)實(shí)際需要改造吹灰汽源

要想有效避免生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕過(guò)快問(wèn)題的發(fā)生，降低爆管問(wèn)題的發(fā)生概率，對(duì)蒸汽吹灰汽源進(jìn)行改造也是一個(gè)十分重要的因素。在吹灰汽源壓力過(guò)高、含水量較大的情況下，過(guò)熱器在工作的過(guò)程中也會(huì)相應(yīng)的受到影響，改造過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面的問(wèn)題：

首先，汽包的飽和蒸汽是吹灰汽源的蒸汽的最主要來(lái)源，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行減壓處理，蒸汽會(huì)流入吹灰分汽缸[5]。通常情況下，會(huì)將氣缸壓力設(shè)置為1MPa，此時(shí)，蒸汽溫度會(huì)達(dá)到飽和，但是在這樣的情況下，疏水排放的難度較高，進(jìn)而導(dǎo)致蒸汽中的含水量加大。而在使用三級(jí)過(guò)熱器的過(guò)程中，由于溫度整體較高，因此，非常容易產(chǎn)生熱疲勞的問(wèn)題，進(jìn)而加大水的動(dòng)能，加快管壁的吹損速度。

其次，由于飽和蒸汽主要來(lái)自于汽包，雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)減壓處理，壓力得到了大幅度降低，但是，仍然很難全面控制吹灰壓力。在壓力控制方式不當(dāng)?shù)那闆r下，蒸汽壓力還會(huì)相應(yīng)增加，加快過(guò)熱器管道磨損速度。

針對(duì)上述問(wèn)題，鍋爐生產(chǎn)單位給出如下建議，每隔8小時(shí)對(duì)鍋爐的受熱部位進(jìn)行一次循環(huán)吹灰，與此同時(shí)，有效改造吹灰汽源，吹灰過(guò)程中使用母管過(guò)熱器蒸汽，使過(guò)熱器管壁的溫度以及吹灰蒸汽的溫度能夠最大限度地保持一致。在此基礎(chǔ)上，合理調(diào)整疏水時(shí)間，以溫度控制為主，使蒸汽的溫度能夠保證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行吹灰頻率的調(diào)整，在此基礎(chǔ)上，使吹灰工作的開(kāi)展能夠使高溫過(guò)熱器所受到的影響降到最低。

2.3 合理控制燃料內(nèi)部的含水量

生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際燃燒的過(guò)程中，由于燃料普遍具有較高的含水量，而一旦含水量較高的燃料進(jìn)入到鍋爐之后，著火的速度也會(huì)相應(yīng)變慢，進(jìn)入加快爐內(nèi)的硫化速度，導(dǎo)致燃燒速度加快，影響燃料的燃燒速度，在燃料的熱值無(wú)法得到充分發(fā)揮的情況下，往往會(huì)消耗更多燃料。與此同時(shí)，著火速度變慢也會(huì)在一定程度上增加爐膛上部的溫度，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)熱蒸汽超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在過(guò)熱器管壁溫度過(guò)高的情況下。因此，要想切實(shí)保證鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，必須保證燃料的水分含量在可控的范圍之內(nèi)，首先，在收購(gòu)燃料的過(guò)程中需要控制好含水量，尤其是針對(duì)人類加水的問(wèn)題，需嚴(yán)格杜絕，與此同時(shí)，在保存生物燃料的過(guò)程中去做好防水工作，進(jìn)而有效避免燃料含水量過(guò)高的問(wèn)題。

2.4 合理選擇管材材料

管材材料的選擇也是避免生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器腐蝕過(guò)快問(wèn)題的一個(gè)重要影響因素，在進(jìn)行改造或設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，一方面需要對(duì)材料的成本價(jià)格進(jìn)行考量，另一方面需要考慮更換成本以及停機(jī)的損失，管材需具備較強(qiáng)的耐氯腐蝕性，例如，現(xiàn)階段市場(chǎng)上常見(jiàn)的Super304、TP347H材料都具有較強(qiáng)的耐氯性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，生物質(zhì)鍋爐在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)高溫過(guò)熱器發(fā)生腐蝕問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，提出有針對(duì)性的解決策略，與此同時(shí)，實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中收到了較好的效果。但是，針對(duì)其中存在的一些問(wèn)題仍然沒(méi)有得以有效解決，還需要在今后的工作中加強(qiáng)研究，為生物質(zhì)鍋爐高溫過(guò)熱器整體使用壽命的提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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