中東電站燃油添加劑的應(yīng)用

朱瑞濤

摘 ?要：中東地區(qū)目前基礎(chǔ)電力設(shè)施較為落后，由于中東地區(qū)的原油含量比較豐富，因此燃油鍋爐將是該地區(qū)的電站發(fā)展的主要方向。中東HFO 380原油中含釩量大概在200ppm和含硫在4%左右，原油中的釩和硫經(jīng)過(guò)鍋爐燃燒后，會(huì)產(chǎn)生部分腐蝕產(chǎn)物。因此設(shè)計(jì)使用重油為燃料的機(jī)組會(huì)面臨鍋爐腐蝕問(wèn)題，腐蝕會(huì)在鍋爐高溫區(qū)和煙道低溫區(qū)產(chǎn)生，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。該文介紹了中東電站燃油鍋爐的腐蝕的種類，闡述了燃油鍋爐高、低溫腐蝕的機(jī)理，以及使用燃油添加劑來(lái)保護(hù)鍋爐的燃燒系統(tǒng)及輔助設(shè)備的方法，防止了設(shè)備的腐蝕和提高了電除塵的性能、改善了煙氣的排放水平。

關(guān)鍵詞：高溫腐蝕 ?燃油鍋爐 ?燃油添加劑 ?重油

中圖分類號(hào)：U664 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（b）-0062-02

1 ?鍋爐腐蝕類型

電站通過(guò)燃燒將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，以水作為交換介質(zhì)通過(guò)熱交換產(chǎn)生所需要的蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。其中鍋爐運(yùn)行的原理為：除鹽水通過(guò)給水泵供給鍋爐水冷壁，水冷壁吸收爐膛內(nèi)燃燒燃料釋放出的熱量轉(zhuǎn)變成飽和的水蒸汽，品質(zhì)合格的飽和蒸汽依次通過(guò)爐內(nèi)的過(guò)熱器和再熱器，達(dá)到汽輪機(jī)進(jìn)氣參數(shù)要求，推動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行做功。因?yàn)殄仩t的爐膛是主要的燃燒受熱場(chǎng)所，爐膛內(nèi)的水冷壁管束和過(guò)熱器、再熱器管束也是熱輻射最強(qiáng)烈的位置，此區(qū)域會(huì)非常容易形成高溫腐蝕。鍋爐的尾部煙道布置了省煤器和空預(yù)器，以利用煙氣中的余熱來(lái)提高水和空氣的熱交換效率，而此區(qū)域恰恰會(huì)受到低溫區(qū)的酸腐蝕。

2 ?腐蝕機(jī)理

2.1 高溫腐蝕機(jī)理

高溫腐蝕主要指在鍋爐內(nèi)部燃燒條件下產(chǎn)生的各種熔鹽物質(zhì)。因?yàn)橹赜椭泻C量比較高，重油燃燒后會(huì)生成大量的金屬熔鹽物質(zhì)，而大部分熔鹽物質(zhì)的熔點(diǎn)接近爐膛內(nèi)的溫度，在爐膛內(nèi)高溫下呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，這些熔融的化合物會(huì)沉積在爐膛內(nèi)的管束表面，對(duì)管束造成腐蝕并影響到鍋爐的熱交換效率。造成鍋爐高溫腐蝕的主要物質(zhì)為燃油中的含釩和鈉的化合物。

重油在鍋爐高溫燃燒情況下，其中的釩、鈉等相關(guān)物質(zhì)通過(guò)燃燒后與氧反應(yīng)生成五氧化二釩和硫酸鈉等各種低熔點(diǎn)的化合物。尤其是爐內(nèi)的含氧量與鍋爐負(fù)荷不匹配時(shí)，會(huì)造成大量的低熔點(diǎn)的化合物產(chǎn)生。反應(yīng)方式如下：

4V+5O2→2V2O5

S+O2→SO2

2SO2+O2→2SO3

4NaCl+2SO2+O2+2H2O→2Na2SO4+4HCl

2NaCl+SO3+H2O→Na2SO4+2HCl

2.2 低溫腐蝕機(jī)理

重油中的硫含量一般在4%左右，經(jīng)過(guò)爐膛的富氧環(huán)境燃燒后會(huì)生成二氧化硫，而二氧化硫會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)生成三氧化硫。由于爐膛內(nèi)也有燃燒生產(chǎn)的五氧化二釩，會(huì)加速三氧化硫的產(chǎn)生。煙氣進(jìn)入鍋爐尾部后，如果空預(yù)器密封不嚴(yán)或者煙氣中的水蒸氣含量高、消防水泄露，三氧化硫會(huì)生成硫酸腐蝕產(chǎn)物，間接導(dǎo)致了煙道內(nèi)的酸露點(diǎn)升高，因此會(huì)有大量的硫酸凝結(jié)生成，造成尾部煙道的部分設(shè)備的酸腐蝕。尤其是空預(yù)器區(qū)域，一旦空預(yù)器經(jīng)過(guò)熱交換以后，溫度低于酸露點(diǎn)值，硫酸會(huì)在受熱面對(duì)金屬造成腐蝕。

3 ?燃油添加劑

燃油添加劑通過(guò)添加到原油母管中，充分與原油混合后進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒，添加劑的主要成分是柴油和含鎂化合物的混合物。添加劑通過(guò)計(jì)量泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥量跟蹤重油的燃燒量，達(dá)到最優(yōu)的加藥效果[2]。

該項(xiàng)目所使用的燃油添加劑是一種以MgO或Mg（OH）2為主要成分的復(fù)合添加劑，添加劑在重油中有非常好的互溶性。其主要作用可以防止高溫區(qū)爐膛內(nèi)部高溫腐蝕和低溫區(qū)的硫酸腐蝕，并能提高電除塵的性能和降低煙氣的排放。

3.1 抑制高溫腐蝕的原理

燃油添加劑中的MgO成分可以與重油中的釩化合物生成熔點(diǎn)更高的物質(zhì)，這些物質(zhì)在爐膛內(nèi)部不會(huì)沉積并且也不容易粘附在管壁上，呈現(xiàn)一種干燥疏松的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)鍋爐本體的吹灰器的吹掃，非常容易清除，保護(hù)了爐膛內(nèi)的管束。

MgO+V2O5→MgO·V2O5

2MgO+V2O5→2MgO·V2O5

3MgO+V2O5→3MgO·V2O5

MgO·V2O5、2MgO·V2O5和3MgO·V2O5的熔點(diǎn)分別為671℃、835℃和1191℃，而過(guò)熱器的壁溫一般為600℃左右，在該溫度下所有的爐膛內(nèi)的生成產(chǎn)物不會(huì)呈現(xiàn)熔融狀態(tài)，因此高溫區(qū)的腐蝕可以得到明顯的抑制。

3.2 抑制低溫腐蝕的原理

燃油添加劑的主要成分是柴油和含鎂化合物的混合物。鎂化合物進(jìn)入爐膛后會(huì)生成相應(yīng)的氧化鎂，氧化鎂隨著煙氣在煙道內(nèi)擴(kuò)散比較均勻，因此會(huì)與二氧化硫和三氧化硫生成相應(yīng)的鎂鹽。由于煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)比較劇烈，反應(yīng)會(huì)得到充分的進(jìn)行[3]。通過(guò)反應(yīng)后明顯的降低了煙道中的二氧化硫和三氧化硫的含量，有效抑制了生成硫酸等腐蝕化合物，提高了酸露點(diǎn)。此外，氧化鎂在爐膛內(nèi)與部分五氧化二釩進(jìn)行反應(yīng)，使得三氧化硫的產(chǎn)生降低，也因此會(huì)降低硫酸的產(chǎn)生。

4 ?實(shí)際應(yīng)用

4.1 加藥實(shí)驗(yàn)

通過(guò)取樣化驗(yàn)空預(yù)器出口的飛灰含量，控制pH值在3.5～4，游離酸含量<1%來(lái)實(shí)現(xiàn)燃油添加劑的添加量，pH值可以快速顯示出爐膛內(nèi)飛灰的酸堿性，最終還需要以測(cè)試游離酸的含量為準(zhǔn)，直至酸含量為0，才不會(huì)造成低溫區(qū)的硫酸腐蝕。在機(jī)組啟動(dòng)燃燒重油開始，第一次加藥需要提高加藥量，讓加藥量過(guò)量后，充分在爐內(nèi)反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物在金屬管表面形成一層質(zhì)地疏松的保護(hù)膜，起到鈍化保護(hù)作用。

4.2 加藥量的計(jì)算

在與釩的反應(yīng)過(guò)程中，鎂和釩是以1∶1的比率在鍋爐內(nèi)生成1200℃的灰溶物，因此需要鎂24.32g和50.95g的釩進(jìn)行反應(yīng)。假設(shè)重油的釩含量50ppm的時(shí)候，需要鎂的含量如下50×24.32/50.95=23.87ppm，燃油添加劑中的鎂含量一般在32%左右，因此需要添加劑23.87/0.32=74.59ppm。但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，加藥量實(shí)際要少很多，因?yàn)椴⒉皇撬械拟C都是以五氧化二釩的形式存在，有一部分的釩并不會(huì)在金屬表面凝結(jié)，因此能夠與氧化鎂反應(yīng)的五氧化二釩僅僅是發(fā)生在管道表面凝結(jié)的那些釩熔物。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)要減少一半的添加量，因此僅需要37.3ppm。

5 ?結(jié)語(yǔ)

中東區(qū)域燃油機(jī)組，一般都會(huì)面臨鍋爐的腐蝕問(wèn)題，高溫區(qū)腐蝕和低溫區(qū)酸腐蝕。高溫區(qū)腐蝕主要是低熔點(diǎn)的釩鹽在爐膛內(nèi)的管束上沉積，嚴(yán)重降低鍋爐熱交換效率。低溫區(qū)腐蝕主要是低于煙道的酸露點(diǎn)后，導(dǎo)致有大量的硫酸生成，對(duì)空預(yù)器及部分尾部煙道等設(shè)備的酸腐蝕。隨著全球的原油質(zhì)量的下降，燃油電站項(xiàng)目中使用燃油添加劑可以達(dá)到很好的防腐效果，是良好的經(jīng)濟(jì)選擇。

參考文獻(xiàn)

[1] 田松柏.中東原油中不同類型硫化合物的分布[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，1997（14）：1.

[2] 李金現(xiàn)，郭希柱.燃料油添加劑在燃油鍋爐上的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境，2009（9）：32.

[3] Harada Y，Nakamori M，Uera H.Behavior of magnesium-based additives injected into oil fired boilers for as a preventive measure against gas side corrosion[J].Zairyo-to-Kankyo，1985（34）：240.