燃氣熱水鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕問題及預防措施

田　龍

摘要：本文系統的闡述了燃氣熱水鍋爐產生低溫腐蝕的原因及其防治措施，旨在保證鍋爐高效運行，減少鍋爐檢修維護費用，延長鍋爐使用壽命。

關鍵字：燃氣熱水鍋爐；低溫腐蝕

隨著經濟的發展及環保要求的提高，民用燃料逐漸被液化石油氣或天然氣替代。目前，我國北方地區常采用小型燃氣熱水鍋爐冬季供暖，但由于供暖周期長，鍋爐負荷在供暖期內變化大。為了降低燃氣費用，大多數供暖企業在實際運行中都會采取鍋爐小負荷輸出、低溫供水的運行方式。由于排煙溫度較低，受熱面壁溫受鍋水溫度低的影響，造成受熱面壁溫比煙氣露點溫度低，產生大量的冷凝水，使尾部受熱面表面產生嚴重的腐蝕。我公司采用的2臺蒸汽式鍋爐，投運幾年來產生了不同程度的腐蝕問題，對鍋爐安全運行造成一定的影響。以下將簡單介紹造成鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕問題的原因及預防措施。

1造成鍋爐尾部受熱面的低溫腐蝕問題的原因

燃氣熱水鍋爐的腐蝕主要有低溫腐蝕和化學腐蝕兩種。與燃煤鍋爐的低溫腐蝕相似，燃氣鍋爐的低溫腐蝕也是由于酸性物質引起的一種腐蝕。天然氣在燃燒過程中生成的二氧化碳(C+O2→CO2)，遇到冷凝水后水解成碳酸(CO2+H2O→H2CO3)，造成了鍋爐的低溫腐蝕。由于碳酸顯弱酸性且易揮發，所以燃氣熱水鍋爐的低溫腐蝕經常被人們所忽略，而沒有引起足夠的重視。

化學腐蝕指的是鍋爐內金屬表面與氧和水發生化學反應所產生的腐蝕，這種腐蝕是活性鐵在氧的作用下與爐內的冷凝水反應生成氫氧化亞鐵〔2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2〕，氫氧化亞鐵繼續與氧氣和水發生反應生成氫氧化鐵〔4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3〕的過程。氫氧化亞鐵在酸堿性溶液中顯示不同的酸堿度，在堿性溶液中為顯酸性的亞鐵酸H2FeO2，在酸性物質中為顯堿性的氫氧化亞鐵Fe(OH)2。由于冷凝水呈弱酸性，氫氧化亞鐵與冷凝水中的碳酸進一步反應生成碳酸亞鐵〔Fe(OH)2+H2CO3→FeCO3+2H2O〕；碳酸亞鐵繼續與碳酸發生中和反應生成重碳酸亞鐵〔Fe(OH)2+H2CO3→Fe(HCO3)2〕；最終碳酸亞鐵和重碳酸亞鐵與冷凝水中的溶解氧發生氧化-還原反應生成氫氧化鐵并釋放出二氧化碳：

4Fe(CO)3+O2+6H2O→4Fe(OH)3+4CO2

4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2

如上述鐵的腐蝕過程中二氧化碳起了相當大的作用，當二氧化碳融于水變成碳酸后，碳酸經過加熱變成蒸汽直接腐蝕金屬的表面使鍋爐產生低溫腐蝕，主要發生在氫氧化亞鐵對金屬表面的鈍化作用還沒有形成以前。隨著冷凝水中碳酸濃度的增加，氫氧化鐵的生成使鍋爐金屬表面產生了化學腐蝕，化學腐蝕可以發生在鍋爐使用以后的各個階段。如：在供暖期內的備用鍋爐，這時鍋爐雖然沒有運行，爐內既沒有燃燒產物也沒有酸性物質的產生，但由于鍋爐在備用狀態時爐內的水仍然參與循環，這時受熱面外表面溫度接近鍋爐系統的供水溫度，從燃燒器鼓風機進口漏入爐膛內的冷空氣與受熱面接觸后就產生了大量的冷凝水。冷凝水中的溶解氧和鐵表面發生氧化反應直接生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵。氫氧化鐵是一種棕色膠性粘滑的沉淀物，隨著冷凝水中氫氧化鐵濃度的增加，它會粘在溫度較高的鍋爐受熱面上使其發生起皮和分層等苛性腐蝕，甚至使受熱面產生局部苛性脆化的嚴重后果。燃氣熱水鍋爐在停止運行時也會發生化學腐蝕，例如：在夏季高溫、高濕天氣，如果鍋爐內存有水，鍋爐受熱面外表面與爐內的存水溫度低于鍋爐房室內溫度，當含有大量水分、且溫度較高的空氣與鍋筒和煙管內壁表面接觸后必然會產生大量的凝結水，造成與備用鍋爐的腐蝕過程相同的腐蝕過程。因此，鍋爐在停運期間也必須采取有效措施以防止腐蝕的發生。

2有效預防低溫腐蝕的措施

低溫腐蝕和化學腐蝕都是由于冷凝水的存在而產生的，因此，控制鍋爐冷凝水的生成是減輕燃氣熱水鍋爐產生腐蝕的關鍵。目前常采用以下幾個措施：

2.1 降低過量空氣系數

過量空氣系數的大小決定了煙氣中氧氣含量高低，過量空氣越大，煙氣中的游離氧分子越多。降低過量空氣系數，不僅能降低燃氣鍋爐的熱損失、提高熱效率，還能降低煙氣露點溫度，防止低溫腐蝕。因此，燃氣熱水鍋爐在投入使用前的調試過程中應進行煙氣含氧量的檢測，將過量空氣系數控制在1.2以下，并在生產運行中特別是燃氣壓力波動或改變時經常進行檢測和校驗，以達到控制煙氣中氧含量、降低爐內金屬表面發生氧化反應的目的。

2.2 減少鍋爐內腔的空氣接觸

燃氣熱水鍋爐作為備用鍋爐停運時，燃燒器鼓風機進風口風門擋板通常會停止在其停機時的打開位置，這時冷空氣會在煙囪的負壓作用下繼續在爐膛內流動，使鍋爐受熱面上凝結出冷凝水，造成鍋爐的腐蝕。因此，鍋爐在按照實際運行需要改為備用爐時，操作人員應在燃燒器停止運轉以后觀察其風門擋板的位置，并通過給燃燒器程序控制器再一次供電的方法，使燃燒器風門擋板復位后停止在全關閉的位置，通過減少進入鍋爐的空氣量以降低鍋爐內冷凝水的產生。燃氣熱水鍋爐在夏季或長期停運時，除了將燃燒器鼓風機進風口擋板全關閉以外，還應該將鍋爐的煙囪出口擋板關閉，如果能用適當的材料將這兩個口密封，基本使爐膛與空氣隔絕，同時在爐膛內投放足夠的干燥劑對鍋爐進行干法保養，這將有效地避免鍋爐在夏季由于冷凝水而產生的腐蝕。

2.3 適當提高受熱面壁溫

帶尾部受熱面的燃氣鍋爐低溫腐蝕比較普遍，而且腐蝕程度嚴重，國內在防止低溫腐蝕方面積累了一些經驗和方法。要避免低溫腐蝕的產生，根本方法是使壁溫高于煙氣露點，一般為了安全，并考慮到負荷變化和壁溫不均，取壁溫比露點高5～10℃。由于鍋水溫度低于管壁溫度，而管壁溫度低于煙氣溫度，管壁溫度的提高與鍋水溫度、煙氣溫度有關，考慮到熱損失的制約，煙氣溫度的提高非常有限。在設計中合理選取排煙溫度，在運行中適當控制煙溫，提高鍋水溫度成為一種有效辦法。

2.4 提高鍋爐出水溫度

當供熱系統有多臺鍋爐并聯運行時,應按照供暖溫度的要求,通過控制鍋爐運行數量的方法,使系統以盡可能少的鍋爐投入運行,運行的鍋爐應設定至較高的鍋爐出水溫度,使鍋爐排煙溫度高于煙氣的露點溫度,減少鍋爐的低溫腐蝕。較高的鍋爐出水溫度使爐膛溫度顯著提高,天然氣燃燒生成的水能迅速變成水蒸氣后通過煙囪排除,避免了冷凝水的出現和化學腐蝕的產生。

2.5 采用鍋爐出水和采暖用戶兩個溫度運行的方式

提高鍋爐的出水溫度是避免鍋爐產生腐蝕最直接有效的措施之一。在春、秋季節供給用戶低溫熱水，冬季使鍋爐以較高出水溫度運行，按照供暖溫度要求隨時調節高溫出水供給用戶流量，使用戶端維持在另一個較低采暖水溫度的雙溫位運行方法。不僅可以滿足用戶的各種使用溫度要求，還能從根本上解決了燃氣熱水鍋爐普遍存在的低溫腐蝕問題。

2.6 使用添加劑

為防止燃氣熱水鍋爐尾部低溫腐蝕常使用各種添加劑，固體類如白云石、鋅粉和硅、硼等的氧化物；液體類如氯化鎂的水溶液；氣體類如氨氣等。但是即使同一種添加劑在不同條件下所得到的效果也不相同，這與添加劑的用量、加入方法、均勻分布程度等一系列因素有關。

參考文獻

[1]張耀榮．淺析燃氣鍋爐的發展前景[J]．河北煤炭，2008．

[2]韓明杰，劉金敬．燃氣鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕的原因及預防措施[J]．冶金動力，2007．

[3]王傳文，張生凱．燃氣鍋爐受熱面低溫腐蝕 積灰探析與預防[J]．萊鋼科技，2006．

[4]章宏．淺談WNS型燃油燃氣熱水鍋爐的低溫腐蝕和冷凝水聚集及防止措施[J]．甘肅科技縱橫，2005．