達電1期鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕分析及預防

曹興明　吉莉

摘 要：本文分析了燃料在鍋爐燃燒過程中，二氧化硫、三氧化硫的生成過程，SO3進一步與煙氣中的水蒸氣生成硫酸蒸氣并凝結在尾部煙道管壁上是火電廠鍋爐低溫段受熱面管道腐蝕發生的根本原因，并對針對上述原因提出了降低尾部煙道受熱面腐蝕的簡單可行辦法。

關鍵詞：低溫受熱面；低溫腐蝕露點；防御措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.043

0 引言

達拉特發電廠有6臺B&WB_1025/18.44-M亞臨界一次中間再熱單汽包自然循環爐，2臺超臨界直流強制循環爐，鍋爐采用AB雙風煙系統。前期工程投產后幾臺爐尾部煙道煙壓均出現異常，后經停爐檢查發現兩臺爐空預器、省煤器出現不同程度的腐蝕損壞。

1 低溫受熱面腐蝕產生的分析

1.1 燃料中硫、硫化物的去向

鍋爐煤粉燃料中都含有硫或硫化物，當電廠來煤含硫份超過0.8時煙氣中的硫化物排放會超標，煤粉中所含硫份在爐膛燃燒后會產生SO2，在多余氧氣的環境里SO2會被氧化成SO3。SO3氣體與煙氣中水蒸汽結合形成酸霧，當尾部受熱面溫度低于硫酸蒸汽露點時，在金屬管壁會凝結有液體硫酸腐蝕金屬管壁并造成損壞。因此要嚴格控制電廠燃料采購環節，確保來煤中的硫含量不超標。

1.2 煙氣中氧化硫的生成的化學機理

燃煤中硫分單質硫、有機硫（與C、H、O等結合的化合物）無機硫等。燃燒過程中，有機硫首先被氧化成SO2；無機硫分解速度較慢，例如：硫鐵礦在高溫下用空氣氧化產生二氧化硫，（4FeS2+11O2====8SO2+2Fe2O3 ）其中部分SO2在過剩氧和高溫的作用下進一步轉化為SO3，部分不能燃燒的無機硫隨灰渣排出。

二氧化硫在爐膛高氧區的氧化反應是在爐膛內，SO2和SO3之間的轉化主要為：2SO2+ O2=2SO3，這個過程是可逆的，在爐膛過剩氧的作用下， SO2向SO3轉化，當爐膛突然缺氧燃燒時，SO3又逆向轉化成SO2，2SO3=2SO2+ O2。

二氧化硫在催化劑作用下的催化反應是在煙氣流過水平煙道，二氧化硫會遇到CuO、Fe2O3、V2O5等催化劑。受到催化作用后的SO2與煙氣中的過剩氧結合產生SO3。鍋爐煙氣中含有的各種催化劑的作用受溫度影響非常大，CuO在700℃時催化作用最大，Fe2O3在630℃左右的催化作用最大，五氧化二釩V2O5在500℃左右的催化作用最大。SO2在500℃條件下與V2O5相遇的催化效果比其他金屬氧化物在最佳氧化溫度時的效果要好V2O5+SO2 →2VO4 +SO3（可逆），釩觸媒V2O5能夠加快SO2的氧化速率，并生成2VO4。圖1為各種催化劑對二氧化硫向三氧化硫轉化影響的大小。

2 影響SO3及酸霧生成的因素

對于火電廠大型燃煤鍋爐來講，SO3的產生與轉化受到諸多因素影響，其中包括燃料含硫量、爐膛結構及燃燒調節、爐前燃油系統使用率、空氣過剩系數、空預器暖風器投入是否正常、鍋爐風煙系統結構等。最終影響低溫受熱面腐蝕因素主要有SO3的凝結酸量及濃度和尾部煙道金屬溫度幾個因素，從上面的論述可以判斷，尾部煙道腐蝕的主要原因是燃燒中煙氣產生SO3，同時影響煙氣中生成SO3的主要因素有：煤中硫份含量超標的程度、爐膛風量的控制、尾部煙道金屬溫度、爐膛工況是否正常。

（1）煤中硫份含量超標的程度。電廠燃煤中硫份含量超標的程度越高，燃燒產生的SO3濃度就越高，SO3與煙氣中的水蒸氣形成酸霧，酸霧濃度越高露點就隨之升高，酸霧的濃度越低它的露點就越低。燃煤中硫份含量超標的程度越高，燃燒后生成的二氧化硫多，爐膛風量越大越大， 生成三氧化硫的數量就越多。燃燒工況不同、煤種不同，同樣的含硫量，生成的三氧化硫多少也不同。鍋爐在正常情況下，硫酸蒸汽大部吸附在飛灰中分被飛灰帶走，這將減小煙氣中的硫酸蒸氣濃度，硫酸蒸汽濃度降低煙氣露點也隨著降低。燃料的硫含量為為0.2%～0.5%時，露點溫度接近水蒸氣的凝結溫度100℃。

（2）爐膛送風量的大小。多余的氧是SO2向SO3的根本原因。送風量越大SO3生成也隨之變多。送風量越小氧氣越少，煙氣中的SO3生成就越少，硫酸蒸汽濃度就越小，煙氣的露點也將大幅降低。當鍋爐空氣過剩系數不大于1.0時，煙氣露點將大幅度下降。

（3）排煙溫度。排煙溫度越低鍋爐排煙損失越小，但排煙溫度不是越低越好，溫度過低換熱器金屬壁溫逐步降低會使水蒸氣大量凝結并與SO3形成硫酸溶液，這樣加快尾部煙道腐蝕。

3 預防低溫腐蝕措施

（1）控制過剩空氣系數和減少漏風。無論是送入爐膛的氧還是漏入煙道的氧對SO3生成都有影響，減小送風量，可以阻止和減少SO3的生成。同時減少送風量可以降低送、引、一次風機的電耗，節約廠用電率，但減少送風量有不完全燃燒的現象發生，所以低氧需要鍋爐具有可靠的儀表檢測和豐富的運行人員操作經驗；（2）提高空氣預熱器受熱面的壁溫。適當提高鍋爐排煙溫度，可以相對提高尾部煙道的金屬壁溫，但提高排煙溫度會增加鍋爐排煙損失降低鍋爐效率。北方鍋爐要加暖風器提高空預器入口空氣溫度，提高空預器管壁溫度使其溫高于煙氣露點，由于我廠暖風是引入輔助蒸汽加熱，經常出現疏水不暢震動泄露現象；（3）嚴格把控煤質關。降低煤中硫份含量超標的程度，采用脫硫設備，過濾掉煤氣中的硫份，脫硫設備會增加發電成本，但為了實現環保目標現在大型電廠必須裝脫硫脫銷設備；（4）降低露點或抑制腐蝕的添加劑。例如白云石混入燃料中，它會與煙氣中SO3發生作用，生成CaSO1和MgSO1從而減少煙氣中的SO3的分壓力，減輕低溫腐蝕；（5）冷端受熱面采用耐腐蝕材料。空預器采用耐酸腐蝕的材質，如采用石英、抗腐蝕瓦或用惰性材料制作，這些材料防腐效果好比金屬好。

4 小結

要預鍋爐防低溫腐蝕的發生就必須要綜合考慮各種因素，從運行調整到鍋爐檢修以及燃料管理等外部和內部控制環節都要嚴格把關，保證任何一個環節不出現問題。

參考文獻：

[1]鍋爐原理[M].中國電力出版社.

[2]電廠鍋爐運行[M].水利電力出版社.

[3]燃煤鍋爐機組[M].中國電力出版社.endprint