生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕原因分析及對策

支元珍

摘? 要：實際應用過程中，生物質鍋爐高溫過熱器是設備整體最容易發生腐蝕問題的一個部分，而一旦這一部分發生腐蝕問題，不僅生物質鍋爐整體的運行狀態會受到影響，與此同時，還會直接影響最終的生產效果。要解決生物質鍋爐高溫過熱器發生腐蝕的問題，首先要明確腐蝕問題的發生原因，然后采用有針對性的措施解決生物質鍋爐高溫過熱器發生腐蝕的問題。在此基礎上，全面提升生物質鍋爐整體的運轉效益和使用壽命。

關鍵詞：生物質鍋爐;高溫過熱器;腐蝕原因;對策

中圖分類號：TK229 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）14-0122-03

Abstract： In the process of practical application， the high temperature superheater of the biomass boiler is a part of the equipment that is most prone to corrosion. Once the corrosion occurs in this part， it will not only affect the overall operation state of the biomass boiler， but it will directly affect the final production effect as well. In order to solve the problem of corrosion of high temperature superheater of biomass boiler， we must first clarify the cause of the corrosion problem， and at the same time take corresponding measures to solve the problem of corrosion of high temperature superheater of biomass boiler. On this basis， the overall operation efficiency and service life of biomass boiler can be improved in an all-round way.

Keywords： biomass boiler; high temperature superheater; corrosion cause; countermeasure

前言

社會經濟發展速度的加快，各行各業在生產過程中對于能源的需求也在持續增加，而煤炭、石油均屬于不可再生能源，天然氣生成周期相對較長，在此過程中，生物質能源開始越來越多地受到了人們的關注。相比于其他類型的能源，生物質能源不僅具有清潔的特點，與此同時，這種能源還能夠真正實現固廢利用，最大限度地滿足環保所需。但是，生物質鍋爐在實際運行的過程中，高溫過熱器發生腐蝕的問題也開始越來越多地受到了人們的關注，其一方面會影響生物質鍋爐整體的工作效率，另一方面也會對生物質鍋爐運轉過程中的安全性產生影響，因此，必須采取有效措施予以解決。

1 生物質鍋爐高溫過熱腐蝕問題出現的原因

1.1 過熱器管外壁在腐蝕的作用下逐漸變薄

從生物質自身的特性來講，堿金屬含量較高是最突出的一個特點，而在實際燃燒生物質的過程中，草類生物質原料還會產生大量的氯元素，氯元素在與堿金屬元素相結合的過程中，導致煙氣中會包含大量的具有較高揮發性的化學物質，在均相反應的作用下，由于此時高溫過熱器管壁的溫度相對較高，因此，導致生成的化學物質在高溫過熱器的管壁上逐漸凝結，進而導致高溫過熱器腐蝕問題的發生[1]。而在持續不斷的腐蝕作用下，高溫過熱器管壁會逐漸變薄，因此，在工作過程中的安全隱患也會持續提升。

在腐蝕問題的實際發生過程中，氯元素是顯性的催化劑，它會置換金屬管壁內部的鐵或鉻元素，進而加快關閉的腐蝕速度。從腐蝕物來源的角度來看，但生物燃料進入鍋爐的那一刻，只要燃料內部含有氯元素以及堿金屬元素，在管壁溫度處于一定范圍的情況下，腐蝕問題的發生就成了必然。而一旦腐蝕問題發生，抑制難度整體較高。

圖1為過熱器管外壁腐蝕情況的展示，通過分析可以得出結論，過熱器管外部越薄的位置，腐蝕的程度越嚴重，由此可見，一旦發生過熱氣管外壁變薄的問題，就會出現惡性循環，管外壁變薄導致腐蝕作用加劇，腐蝕作用下管外壁進一步變薄，進而嚴重影響過熱氣管的使用壽命。

1.2 在合適的溫度條件下腐蝕作用加劇

生物質鍋爐在實際運轉的過程中，通過對腐蝕問題發生的條件進行分析，研究人員發現了這樣一個問題，在蒸汽溫度不超過490攝氏度的情況下，高溫過熱器的腐蝕速度會大幅度降低，而一旦蒸汽溫度超過550度，高溫過熱器的腐蝕速度則會進一步加快。與此同時，高溫過熱器管道的后段的腐蝕情況要高于前段的腐蝕情況。在蒸汽溫度不超過450度的情況下，管壁腐蝕屬正常情況，日常維護過程中可忽略不計，而當蒸汽溫度超過490度的情況下，管壁的腐蝕速度會逐漸增加，溫度越高，增加速度越快[2]。通過對腐蝕溫度區間進行分析，可以得出以下結論，高溫過熱器腐蝕溫度增加區間與氯化物的熔融溫度區間以及堿金屬的熔融溫度區間保持高度一致，由此可見，高溫過熱器腐蝕問題的發生與氯化物以及堿金屬元素依然具有十分重要的聯系。

1.3 過熱器管內壁氧化會加劇管壁的晶間發生腐蝕作用

通過分析過熱器管斷口位置的金相情況，研究人員發現在過熱器管內壁位置存在厚度較高的氧化皮層，且部分氧化皮層已經開始出現了脫落和開裂的問題。在氧化皮層過厚的情況下，過熱器的導熱作用會受到抑制，導致過熱器局部位置出現溫度過高的情況。在上述作用下，管壁的晶間腐蝕作用會進一步加劇，氧化皮層的脫落速度和開裂速度會進一步加快，進而加速過熱器管內部堵塞，導致局部過熱問題加劇，若未采取有效措施進行處理的情況下，最終的結果就是在管壁最薄的位置出現爆管的問題[3]。具體反應發生過程如圖2所示。

1.4 過熱器強度以及過熱器的厚度為腐蝕創造良好條件

當過熱器管開始發生斷裂問題的時候，通常情況下，斷裂的開口處都處于管壁最薄的位置，針對這一情況，做好過熱器管壁各個位置的承壓值計算就顯得十分有必要，合理計算其強度，能夠判斷過熱器管后期的使用壽命。但是，在實際操作的過程中，經常出現過熱器承壓強度以及過熱器的管壁厚度無法實現協調統一的情況，在這樣的情況下，腐蝕問題的發生概率會進一步增加，因此，在對生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕問題進行處理的過程中，上述問題需重點注意，否則，會使生物質鍋爐高溫過熱器的正常工作受到嚴重影響。

2 生物質鍋爐高溫過熱腐蝕問題的解決對策

2.1 做好三級過熱器溫控方面的工作

研究顯示，過熱器溫度是影響腐蝕速度的一個重要因素，因此，要想最大限度地避免生物質鍋爐高溫過熱器發生腐蝕的問題，能夠將腐蝕的速度控制在可控的范圍之內，做好高溫過熱器的溫控工作十分有必要[4]。本次研究中，研究人員主要采取三級過熱氣溫控的方式來防止過熱器管壁發生腐蝕的問題。首先，在機組運行的最初階段，上料系統在工作過程中的穩定性還存在諸多不足，因此，復合控制難度整體較大，堵料問題的發生概率較高，加之在攪拌生物質燃料的過程中，由于不同類型的生物質燃料在參配過程中存在不均勻的問題，嚴重影響進入鍋爐燃料熱值得穩定性，進而導致過熱器出現溫度過高的問題，研究顯示，過熱器內部最高溫度可超過600攝氏度，這也是導致過熱器腐蝕問題發生的一個最主要因素。而隨著上料系統完善程度的逐漸提升，過熱器溫度控制工作的開展精準度也會相應增加，在此基礎上，有效避免過熱器溫度過高的情況出現。與此同時，根據過熱器工作過程中不同階段的情況，研究人員建立了三級溫度報警機制，并將其納入指標考核的范圍之內，不僅要做好溫度控制工作，同時需要做好超溫度范圍時間控制工作。經過對現階段我機構所有使用的鍋爐過熱器進行更換，經過一段時間的使用，性能表現良好，過熱器管壁的腐蝕速度有了大幅度延緩。

2.2 根據實際需要改造吹灰汽源

要想有效避免生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕過快問題的發生，降低爆管問題的發生概率，對蒸汽吹灰汽源進行改造也是一個十分重要的因素。在吹灰汽源壓力過高、含水量較大的情況下，過熱器在工作的過程中也會相應的受到影響，改造過程中需要重點關注以下幾方面的問題：

首先，汽包的飽和蒸汽是吹灰汽源的蒸汽的最主要來源，通過對其進行減壓處理，蒸汽會流入吹灰分汽缸[5]。通常情況下，會將氣缸壓力設置為1MPa，此時，蒸汽溫度會達到飽和，但是在這樣的情況下，疏水排放的難度較高，進而導致蒸汽中的含水量加大。而在使用三級過熱器的過程中，由于溫度整體較高，因此，非常容易產生熱疲勞的問題，進而加大水的動能，加快管壁的吹損速度。

其次，由于飽和蒸汽主要來自于汽包，雖然已經經過減壓處理，壓力得到了大幅度降低，但是，仍然很難全面控制吹灰壓力。在壓力控制方式不當的情況下，蒸汽壓力還會相應增加，加快過熱器管道磨損速度。

針對上述問題，鍋爐生產單位給出如下建議，每隔8小時對鍋爐的受熱部位進行一次循環吹灰，與此同時，有效改造吹灰汽源，吹灰過程中使用母管過熱器蒸汽，使過熱器管壁的溫度以及吹灰蒸汽的溫度能夠最大限度地保持一致。在此基礎上，合理調整疏水時間，以溫度控制為主，使蒸汽的溫度能夠保證達到標準，同時，根據實際情況進行吹灰頻率的調整，在此基礎上，使吹灰工作的開展能夠使高溫過熱器所受到的影響降到最低。

2.3 合理控制燃料內部的含水量

生物質鍋爐在實際燃燒的過程中，由于燃料普遍具有較高的含水量，而一旦含水量較高的燃料進入到鍋爐之后，著火的速度也會相應變慢，進入加快爐內的硫化速度，導致燃燒速度加快，影響燃料的燃燒速度，在燃料的熱值無法得到充分發揮的情況下，往往會消耗更多燃料。與此同時，著火速度變慢也會在一定程度上增加爐膛上部的溫度，進而導致過熱蒸汽超過標準，尤其是在過熱器管壁溫度過高的情況下。因此，要想切實保證鍋爐運行的穩定性和安全性，必須保證燃料的水分含量在可控的范圍之內，首先，在收購燃料的過程中需要控制好含水量，尤其是針對人類加水的問題，需嚴格杜絕，與此同時，在保存生物燃料的過程中去做好防水工作，進而有效避免燃料含水量過高的問題。

2.4 合理選擇管材材料

管材材料的選擇也是避免生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕過快問題的一個重要影響因素，在進行改造或設計工作的過程中，一方面需要對材料的成本價格進行考量，另一方面需要考慮更換成本以及停機的損失，管材需具備較強的耐氯腐蝕性，例如，現階段市場上常見的Super304、TP347H材料都具有較強的耐氯性能。

3 結束語

綜上所述，生物質鍋爐在實際運行的過程中，通過對高溫過熱器發生腐蝕問題的原因進行分析，提出有針對性的解決策略，與此同時，實際應用的過程中收到了較好的效果。但是，針對其中存在的一些問題仍然沒有得以有效解決，還需要在今后的工作中加強研究，為生物質鍋爐高溫過熱器整體使用壽命的提升打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]陳福東.生物質鍋爐高溫過熱器管腐蝕機理的研究及對策[J].鍋爐制造，2018（05）：40-42.

[2]李允龍.過熱器腐蝕問題與有效防范措施[J].設備管理與維修，2018（08）：190-192.

[3]周振華，薛東劍，羅昭強，等.生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕失效分析[J].熱能動力工程，2017，32（10）：128-131+148.

[4]王振宇，曹義杰，張子梅.生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕原因分析及對策[J].浙江電力，2016，35（09）：53-56.

[5]宋鴻偉，甄邯偉.生物質鍋爐高溫過熱器腐蝕機理的研究[J].鍋爐制造，2010（05）：14-18.