燃煤鍋爐受熱面的低溫腐蝕及其防治措施

葉杰+應(yīng)浩

摘 要： 燃煤鍋爐作為電廠的主機(jī)設(shè)備之一，其安全高效運(yùn)行對電廠整體發(fā)電效率起著極其重要的作用。由于鍋爐在實(shí)際生產(chǎn)中受燃料種類、爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒溫度等因素的影響，導(dǎo)致在運(yùn)行中經(jīng)常遇到受熱面低溫腐蝕的問題，嚴(yán)重影響?zhàn)B鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行和電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞： 燃煤鍋爐；受熱面；低溫腐蝕

鍋爐受熱面是指鍋爐本體范圍內(nèi)的省煤器管、水冷壁管、過熱器管和再熱器管等換熱管道。工質(zhì)吸收熱量后在管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱能的傳遞。爐膛內(nèi)的環(huán)境非常復(fù)雜，受燃燒煤質(zhì)、爐膛氧量、爐膛結(jié)構(gòu)的影響，各種物理、化學(xué)現(xiàn)象相互交錯(cuò)，難以控制，致使鍋爐燃燒控制難度較大，出現(xiàn)鍋爐受熱面腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而出現(xiàn)鍋爐受熱面管道的泄露、爆管等問題。鍋爐的受熱面包括尾部低溫受熱面和爐膛高溫受熱面兩部分，其中位于鍋爐尾部煙道中的省煤器、空氣預(yù)熱器等稱為是尾部低溫受熱面，位于鍋爐爐膛及其出口附近的水冷壁、過熱器和再熱器稱為鍋爐高溫受熱面。

1低溫腐蝕的機(jī)理

當(dāng)管壁溫度低于煙氣露點(diǎn)時(shí)，煙氣中含有硫酸的蒸汽在管壁上凝聚，所造成的腐蝕稱低溫腐蝕，也稱酸性腐蝕[1]。低溫腐蝕多發(fā)生在空氣預(yù)熱器的低溫段。發(fā)生低溫腐蝕后，使受熱面腐蝕穿孔而漏風(fēng)；由于腐蝕表面濕潤粗糙，使積灰、堵灰加劇，結(jié)果是排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降；由于漏風(fēng)及透風(fēng)阻力增大，使廠用電增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鍋爐出力；被腐蝕的管子或管箱需要定期更換，增大檢驗(yàn)維護(hù)用度。總之，低溫腐蝕對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性均帶來不利影響。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得知，低溫受熱面部分是最容易腐蝕、導(dǎo)致鍋爐故障停爐頻率最高、鍋爐運(yùn)行中檢修工作量最大的部位[2]。

1.1 的生成機(jī)理

目前我國的鍋爐燃煤硫含量基本維持在0.5%-3%，個(gè)別煤種含硫比例更高。而其中的90%能夠燃燒，這些可燃的硫在煤粉燃燒過程中以H2S的形式揮發(fā)出來，大部分的H2S遇氧氣反應(yīng)生成H2O和SO2，而SO2與氧氣進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成SO3

燃煤中的硫份遇氧氣燃燒生成二氧化硫，其中有一小部分的二氧化硫進(jìn)一步與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成三氧化硫。三氧化硫在鍋爐尾部煙道的溫度減低部分（如空氣預(yù)熱器、風(fēng)機(jī)等）與燃燒過程中產(chǎn)生的水分化合成硫酸蒸汽。氣態(tài)的三氧化硫?qū)煹赖母g性小，但是溶解于水形成硫酸蒸汽后，對空氣預(yù)熱器、煙道、風(fēng)機(jī)等設(shè)備具有較強(qiáng)的腐蝕性。具體反映公式如下：

然而，煤粉在爐膛中的實(shí)際燃燒過程中，轉(zhuǎn)化成的過程并不是如式（2）所示遇到氧氣后發(fā)生反應(yīng)生成，而是受爐膛溫度，過量空氣系數(shù)，催化劑等因素的影響。

1.2酸露點(diǎn)分析

鍋爐排出的煙氣有一個(gè)水露點(diǎn)，該凝結(jié)溫度一般在35-50℃之間。一般情況下不易在低溫受熱面上結(jié)露。酸露點(diǎn)是氣相與液相化學(xué)反應(yīng)平衡時(shí)、硫酸蒸汽開始凝結(jié)成液體時(shí)的溫度。煙氣中二氧化硫的含量很低，但是及少量的三氧化硫?qū)煔饴饵c(diǎn)（既酸露點(diǎn)）提高到不允許的程度。譬如，當(dāng)煙氣中的硫酸蒸汽含量為0.005%，酸露點(diǎn)將提高到130℃-150℃。因此，當(dāng)酸露點(diǎn)較高時(shí)，而此時(shí)排煙溫度低于酸露點(diǎn)，硫酸蒸汽在受熱面上凝結(jié)，凝結(jié)量越大腐蝕越嚴(yán)重。

1.3燃煤中的含硫量

硫酸的生成量與燃料的含硫量有著密不可分的關(guān)系，一般情況下，含硫量越高，二氧化硫越容易生成。經(jīng)過試驗(yàn)證明，當(dāng)煤炭的含硫量超過百分之一時(shí)，所形成的二氧化硫就已經(jīng)超過了鍋爐尾部承受腐蝕的最低限度，不僅如此，此時(shí)露點(diǎn)的溫度已經(jīng)超過130℃，硫酸蒸汽很容易在低溫受熱面上凝結(jié)，造成嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

1.4爐膛溫度的影響

在煤粉燃燒過程中，當(dāng)爐膛溫度較低時(shí)，的生成速度非常緩慢（既公式（2）反應(yīng)速度緩慢），煙氣中的含量較低；當(dāng)爐膛溫度在500-700℃之間時(shí)，公式（2）所示反應(yīng)速度大幅度提高，的生成量達(dá)到峰值；當(dāng)爐膛溫度超過700攝氏度時(shí)，煙氣中的非常不穩(wěn)地，大部分的將在極短的時(shí)間內(nèi)還原成二氧化硫和氧氣，因此的生成量極少。

1.5過量空氣系數(shù)的影響

在爐膛溫度、燃煤含硫量不變的情況下，過量空氣系數(shù)α值越大，公式（2）反應(yīng)速度越快，的生成量增加；當(dāng)過量空氣系數(shù)越小，公式（2）還原為的反應(yīng)速度加快，因而基本上抑制了向的轉(zhuǎn)化。

2低溫腐蝕的防治措施

2.1減少的生成

目前，以我國現(xiàn)有的技術(shù)手段來說，還不能用改造某種因素的方法來完全控制的生成量，因此，煤炭燃燒中生成量將正比于燃料中的含硫量。為了減少燃料中的含硫量，可以采取以下兩種方式的任何一種：

（1）燃燒前脫硫

用戶購買燃料時(shí)可以考慮選擇經(jīng)過洗選后的或經(jīng)過生物凈化處理的潔凈煤，可以從根本上減少的生成量。

（2）使用添加劑

由于低溫腐蝕的硫酸等主要物質(zhì)呈酸性，根據(jù)化學(xué)相關(guān)知識，可以在鍋爐內(nèi)添加一些堿性的添加劑中和。對此，常使用各種添加劑，其中固體類有白云石、鎂石、鋅粉和硅、硼等的氧化物，液體類有氯化鎂水溶液，氣體類有氨氣等。上述添加劑的使用效果較為顯著。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(guān)。

2.2應(yīng)用酸露點(diǎn)計(jì)

將酸露點(diǎn)計(jì)的檢測期間直接插入煙氣中，連續(xù)檢測露點(diǎn)溫度，從而調(diào)節(jié)鍋爐燃燒使鍋爐的排煙溫度略高于露點(diǎn)溫度。

2.3調(diào)整燃燒工況

在1.4中已經(jīng)闡述了爐膛溫度對生成的機(jī)理。為了降低的生成量，一種方法是降低溫度，使燃燒溫度降低到500℃一下，降低向轉(zhuǎn)化的速度，可以通過采用煙氣再循環(huán)的方法降低爐膛溫度；另一種方法是提高爐膛溫度，是爐膛溫度提高到700℃以上，同樣可以抑制的生成，達(dá)到降低低溫腐蝕的目的。

2.4低氧燃燒

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得知，過量空氣系數(shù)α低于1.1以下時(shí)，酸露點(diǎn)急劇下降，從而導(dǎo)致低溫受熱面上的硫酸凝結(jié)量大大降低，大幅度減緩低溫受熱面表面的腐蝕速度。有些電廠，在沒有特殊的測試和自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備的條件下，已經(jīng)可以將α降到接近1.05。壁溫在80—120℃時(shí)，隨著過量空氣系數(shù)的減少，腐蝕速度急劇下降。

2.5盡量使用抗腐蝕的材料

為了減少低溫腐蝕的危害，現(xiàn)在我國有些火電廠，在鍋爐中易遭受低溫腐蝕的部分，諸如空氣預(yù)熱器中，使用新型、不易遭受腐蝕的材料代替原來使用的普通鋼管，同時(shí)提高出煙溫度，低溫腐蝕就不易發(fā)生。就預(yù)熱器而言，常用的有玻璃管式的和熱管式的，這種預(yù)熱器阻力小、體積小、抗腐蝕能力強(qiáng)，并且使用壽命比較長。

3結(jié)論

為了解決燃煤鍋爐受熱面低溫腐蝕問題，本文首先分析了低溫腐蝕機(jī)理。我們發(fā)現(xiàn)，燃煤中的含硫量、酸露點(diǎn)、爐膛燃燒溫度、過量空氣系數(shù)α都是硫酸蒸汽形成，最終導(dǎo)致低溫受熱面腐蝕的重要因素。因此本文針對各項(xiàng)腐蝕形成的各項(xiàng)因素，提出了燃燒前脫硫，使用添加劑，調(diào)整燃燒工況，控制過量空氣系數(shù)，使用抗腐蝕材料的防止措施。■

參考文獻(xiàn)

[1] 李彥， 武彬. SO2，SO3和H2O對煙氣露點(diǎn)溫度影響的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2010（1）：126-130.

[2] 張基標(biāo)， 郝衛(wèi)， 趙之軍，等. 鍋爐煙氣低溫腐蝕的理論研究和工程實(shí)踐[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報(bào)， 2014， 31（10）：730-733.