鍋爐基本金屬高低溫腐蝕及對策

沈智芬

(新疆吐哈油田哈密物業公司 三塘湖項目部，新疆 哈密839009)

鍋爐設備由多種不同的鋼材組成，不同部位根據承擔的作用選用材質不一樣。長期以來，鍋爐的使用，對停爐后的保護流于形式，尤其是對入爐煤種的變化采取的對應措施不多，從低硫組分的煤過渡到高硫份，沒有很好的辦法，造成鍋爐嚴重腐蝕，例如過熱器、省煤器、空氣預熱器。運行時煙溫大于700℃的區域內,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煙氣接觸,極易發生高溫腐蝕。

鍋爐腐蝕機理比較復雜，下面就存在的低溫腐蝕和高溫腐蝕進行一些分析和探討。

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

1 影響低溫受熱面積灰腐蝕運行方面的因素

1.1 鍋爐的燃燒方式

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

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，這是因為當燃料中的含Ca量較多時，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，受熱面酸沉積速度變化不大，對低溫受熱面的腐蝕影響是不大的。從傳熱角度來看，當煙氣流速增加較大時，由于流速的增大使尾部煙道內的受熱面傳熱系數提高，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升高，由于煙氣溫度的升高增加了SO2轉化為SO3的可能性，煙氣中的SO3分壓力相對升高，露點溫度相對升高，使受熱面遭受低溫腐蝕的可能性增大。

1.4 鍋爐負荷

隨著鍋爐負荷的降低，排煙露點也有所降低。當過剩空氣系數越低，火焰溫度和過熱器壁溫均降低，使SO2轉化為SO3的量減少，使得煙氣露點隨之而降低。

2 防止低溫腐蝕運行中應采取的防范措施

2.1 合理組織燃燒

在運行調整中要合理調整運行參數，盡量避免由于超負荷運行，造成火焰充滿程度較差，局部混合不均勻性較差，產生局部高溫使SO3的量增加的情況，在增加負荷的過程中，嚴格控制負荷的變化速度，嚴禁趕火升壓，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

嚴格控制含氧量在設計的范圍。嚴格控制氧量，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，降低了受熱面積和結渣。

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,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,發生反應:Fe+[S]→FeS，3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2，產生腐蝕。

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

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的關系,CO濃度大的地方腐蝕就大。某些部位的空氣不足,使煤粉燃燒的過程拖長,未燃盡的煤粉在爐管附近分離,使碳和硫聚集在邊界層中,未燃盡碳進一步燃燒時又形成局部缺氧,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的形成發生困難,H2S便與受熱面金屬發生直接反應,因H2S是還原性介質,比氧化性介質更具有腐蝕性,H2S的濃度越高,受熱面溫度越高,腐蝕速度越快,同時還原性氣氛導致了灰熔點溫度的下降和灰沉積物過程加快,從而導致受熱面管子的腐蝕。

3.3 防止高溫腐蝕運行中應采取的防范措施

3.3.1 合理調整運行參數

根據天氣變化，及時合理調整運行參數，加強巡查力度，避免爐膛溫度忽高忽低，減少腐蝕發生的概率,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。國外研究顯示,水冷壁管常在燃料品種變化時發生向火側嚴重腐蝕。燃料是控制腐蝕速率的第一道關口,應燃用含硫量低于0.8%的煤種,以降低腐蝕速率。

3.3.3 改善燃燒區的還原氣氛

合理配風并強化爐內氣流的混合過程,同時降低空預器等設備的漏風；可以采用增加側邊風、貼壁風等技術,在水冷壁附近形成氧化氣氛,以改善燃燒區的氧量,避免出現局部還原性氣氛,緩解高溫腐蝕的發生。

3.3.4 避免出現受熱面超溫

因為長期低負荷運行會造成過熱器管內工質流量過小,流速過低,嚴重影響了管子內外熱交換,造成管壁溫度過高,而爐膛溫度不可能同時降低,造成管子短時間超溫。所以應盡量避免長期低負荷運行,同時控制爐內局部特別是燃燒器區域附近的火焰中心處的最高溫度及熱流密度,以避免出現受熱面壁溫局部過高,減輕高溫腐蝕。

3.3.5 改善受熱面狀況

過熱器等受熱面管進行熱噴涂,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 加強對燃料的管理

有條件的情況下盡量燃用設計煤種。加強燃料的監督，對含硫份高的煤入場煤的煤質化驗報告應及時提供。以便合理摻配以降低煤種總的硫份含量。利用停爐的機會定期對低溫受熱面進行水沖洗。

4 結束語

鍋爐受熱面發生的腐蝕是一個極其復雜的物理化學過程,常見于大型鍋爐中,為了更好地做好鍋爐受熱面高、低溫腐蝕的防止工作,我們應綜合平衡影響鍋爐受熱面腐蝕的各種因素,深入研究其產生的原因,在實踐中不斷探索、總結和積累經驗,制定完善的預防措施,保證鍋爐機組的安全經濟運行。