生物質鍋爐尾部煙道低溫腐蝕分析

楊凱軍

（河北省特種設備監督檢驗研究院唐山分院，河北 唐山 063000）

1 前言

在當前時代發展背景下，能源領域當中，可再生能源中生物質屬于其中的一種，針對生物質的能源開發與利用，是對當前社會經濟生產企業社會發展過程中存在的能源及環境問題進行改善以及解決的有效途徑之一。生物質能源可以在發電工作中進行應用，在發揮作用時主要是通過生物質鍋爐來完成的。對于生物質鍋爐來講，在實際運行過程中會存在許多的問題，導致生物質鍋爐本身的運行效率以及運行能力受到影響，在本文所論述內容當中，就主要是針對生物質鍋爐所出現的低溫腐蝕問題進行研究，并提出相應的解決對策，使生物質鍋爐連續運行能力得到提升。

2 生物質鍋爐低溫腐蝕問題發生機理

生物質鍋爐低溫腐蝕問題發生機理主要有鍋爐內部硫酸形成及對鍋爐金屬的腐蝕、生物質鍋爐低溫腐蝕及堵灰的發生機理。

1）鍋爐內部硫酸形成及對鍋爐金屬的腐蝕。對于生物質鍋爐來講，在實際應用過程中，內部燃燒的生物質燃料平均含硫濃度為0.38%左右這些硫元素在燃料當中被燃燒之后會形成二氧化硫，而二氧化硫在一定條件下會與氧氣產生進一步接觸，從而形成三氧化硫氣體。三氧化硫氣體并不是最終產物，還會與水蒸氣進行進一步結合，最終形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽本身的凝結露點溫度是110～160℃之間，或者是比該溫度范圍更高。對于生物質鍋爐來講，內部硫酸蒸氣的露點溫度越高，那么在生物質鍋爐產生煙氣當中含酸量就會越大，從而導致的腐蝕堵灰問題也就會越發的嚴重。當生物質鍋爐的空氣預熱器管壁溫度比硫酸的露點低時，硫酸蒸汽就會在管壁上凝結，然后對管壁產生腐蝕作用，因為這種現象是在生物質鍋爐的尾部受熱面所產生的，而生物質鍋爐本身尾部受熱面區域內的煙氣以及管壁溫度相比較與硫酸整體來講都比較低，所以這種現象也被稱之為低溫腐蝕，這就是生物質鍋爐低溫腐蝕問題的發生機理。對于生物質鍋爐來講，被腐蝕過程中金屬壁面的腐蝕程度是與硫酸凝結量有直接聯系的同時，硫酸濃度的大小和金屬壁面溫度的高低也會對輔食進度造成影響。在生物質鍋爐壁面上附著的硫酸像一層膠膜，一方面會粘貼在管壁上進行輔食，另一方面又會使生殖鍋爐內部的煙灰被不斷吸附，然后形成硫酸鹽鈣化物質并且逐漸增厚，最終使生物質鍋爐的煙道出現堵塞。

2）生物質鍋爐低溫腐蝕及堵灰的發生機理。對于生物質鍋爐來講，出現低溫腐蝕現象最嚴重的區域就是過路內部空氣預熱器的冷端，而低溫腐蝕發生時，主要包括兩種分別是化學腐蝕以及電化學腐蝕。在低溫狀態下，生物質鍋爐的受熱面所發生的腐蝕現象是不均勻的，這主要是由生物質鍋爐內部煙氣當中所含有的三氧化硫濃度以及受熱面的積灰程度和煙氣沖刷所導致。對于生物質鍋爐來講，發生低溫腐蝕時的腐蝕產物是由低價鐵的硫酸鐵以及鐵的硫化物共同組成的。同時在空氣預熱器的煙氣出口端，一些長期沉積的硫酸溶液，會在管壁上進行附著并溶解管壁的氧化膜，從而使硫酸溶液與金屬鐵之間產生化學反應，最終生成酸性粘結性灰，該生寵物當中所包含的成分，包括硫酸鋁以及硫酸鈣和硫酸鐵以及硫酸亞鐵。這種生成物如果不能夠得到及時的清理，在嚴重時會導致生物質鍋爐的煙氣通道被堵塞，而隨著通道被堵塞，煙氣的阻力會急劇增加，最終導致所有的生物質鍋爐通道被堵死。所以對于生物質鍋爐來講，低溫腐蝕和堵灰這兩種問題的出現是相互促進的，因為在生物質鍋爐內部出現堵灰問題時，內部的傳熱效率會大大降低，從而使鍋爐的受熱面壁溫降低，然后在這種狀況下鍋爐內部低溫腐蝕現象會加劇，而低溫腐蝕現象的加劇，則又會產生更多的堵灰問題，所以在這種惡性循環下，生物質鍋爐會被不斷破壞。

3 低溫腐蝕的防治技術措施

1）增加受熱面壁溫。對于生物質鍋爐來講，在進行低溫腐蝕機理分析時，發現受熱面壁溫的降低是導致空氣預熱器出現低溫腐蝕的直接影響因素，所以對受熱面壁溫進行提升是最有效的一種方法。對該區域及結構的溫度進行提升，可以從排煙溫度及入口空氣溫度這兩方面進行改善。而如果從排煙溫度提高這一角度來進行受熱面壁溫的提高，會導致生物質鍋爐使用過程中排演損失大大增加，鍋爐本身的熱效率會降低，所以通過排煙溫度提升來提高受熱面壁溫是具有很大局限性的。在實際改善過程中，最常用的就是對空氣入口溫度進行提升，可以使用暖風器或者是熱風實現再循環，但是在使用該方法的過程中會增加電量的消耗，使生物質鍋爐本身的使用降低經濟效益。所以進一步改進之后可以使用一次風機，然后將入口由室外改到室內，因為進風的環境出現了變化，所以一次風的溫度會提高2～3℃，這對于低溫腐蝕的減緩具有非常重要的作用。

2）耐腐蝕材料的應用。對低溫腐蝕發生機理進行分析的過程中，能夠發現，因為生物質鍋爐內部的材料本身被硫酸蒸汽而腐蝕，所以導致了最終的低溫腐蝕問題，因此在對低溫腐蝕問題進行改善與解決的過程中，可以對生物質鍋爐內部的材料進行改善。嘗試應用搪瓷材料作為空氣預熱器的冷端傳熱元件，通過大量的實踐應用能夠發現，在實際應用過程中，將一次風空預器最底層的管箱整體更換成搪瓷管材質，在實際運行過程中搪瓷管道并沒有出現腐蝕現象。所以對于空氣預熱器來講，使用搪瓷材料作為空氣預熱器管道的替代材料能夠使抗腐蝕效果以及性能大大提升，而且在改造過程中所投入的經濟成本也并不高。

3）低氧燃燒方式的選擇與應用。在生物質鍋爐使用過程中，如果燃燒過程中所產生的煙氣夾雜大量的過量氧氣，會使三氧化硫的生成量急劇增加。而在相關研究當中表明，如果過量空氣的系數是在1.05以下，那么此時煙氣當中所攜帶的過剩氧氣量會大大降低，從而使二氧化硫向三氧化硫轉化的過程大大減緩，甚至是消除能夠有效的避免硫酸蒸汽的形成，從而減輕低溫腐蝕現象的發生。同時在低氧燃燒狀態下生物質鍋爐本身的排煙熱損失會極大程度的降低，這對于鍋爐的使用效率提升是具有非常積極作用的。除此之外就是需要注意低氧燃燒本身不僅僅存在有利的作用，同時也會存在不利的影響，可能會導致鍋爐內部的燃燒不充分，因此在實際鍋爐使用過程中，需要加強燃燒的調整，使生物質鍋爐內部的氧氣含量在3%～5%這一區間范圍內，既能夠使生物質鍋爐內部的燃料完全燃燒，同時又降低了三氧化硫的生成。

4）加強定期的積灰清理。對于生物質鍋爐來講，空氣預熱器的積灰在一定程度上使堵灰現象變得更加嚴重，所以為了能夠使低溫腐蝕以及堵灰現象的出現概率降低，需要對空氣預熱器的積灰規律進行研究，然后以此來開展定期除灰作業，這樣既能夠使煙氣的流通面積增加，同時又能夠使流通過程中的阻力降低。

4 結束語

綜上所述，對于原生物質鍋爐來講，在新時期發展背景下是具有非常重要作用與意義的，能夠在極大程度上推動當前的能源結構改革與可再生能源的充分利用，這對于未來的社會發展以及經濟發展將會起到非常重要的推動作用，應當針對生物質鍋爐所存在的低溫腐蝕問題進行積極研究與解決，從而使生物質鍋爐的運行效率以及運行連續性得到提升，增加生物質鍋爐的發電效率。