生物質(zhì)流化床腐蝕特性及抑制方法綜述

范浩東， 張東旺， 趙 冰， 張 縵， 金 燕

(1.太原理工大學(xué) 電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，山西 太原 030024； 2.清華大學(xué) 能源與動(dòng)力工程系，北京 100084； 3.北京科技大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083； 4.華電國(guó)際電力股份有限公司天津開(kāi)發(fā)區(qū)分公司，天津 300270)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)煤、石油等傳統(tǒng)化石能源的需求日益增長(zhǎng)，帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越突出，因而尋求開(kāi)發(fā)利用新能源是解決當(dāng)前人類面臨能源困境的必由之路[1]。在目前可開(kāi)發(fā)的新能源中，生物質(zhì)燃料因其可再生、大氣污染物排放低、CO2零排放等優(yōu)勢(shì)逐漸引起人們的重視。生物質(zhì)熱利用技術(shù)中，相對(duì)比較成熟的有熱解、氣化、液化和直燃發(fā)電等，其中，直燃發(fā)電可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化經(jīng)濟(jì)高效利用生物質(zhì)。與層燃、室燃和鼓泡床燃燒等其它直接燃燒技術(shù)相比，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)具有燃料適應(yīng)廣、污染物排放低等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)被廣泛用于生物質(zhì)直燃發(fā)電，被認(rèn)為是大規(guī)模利用生物質(zhì)最有前途的技術(shù)之一[2]。生物質(zhì)燃料中Cl元素和堿金屬含量較高，循環(huán)流化床鍋爐金屬受熱面通常是由不同金屬組成的合金，而合金中某些金屬元素易與生物質(zhì)燃燒后沉積在鍋爐金屬受熱面表面積灰中的硫酸鹽、氯化物和堿金屬鹽等發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，破壞金屬表面的氧化膜，對(duì)金屬受熱面造成腐蝕。腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重阻礙了生物質(zhì)燃料在流化床鍋爐上的推廣應(yīng)用，特別是為了提高生物質(zhì)直燃電廠的發(fā)電效率，將蒸汽參數(shù)提高進(jìn)一步加劇了腐蝕問(wèn)題。因此，了解生物質(zhì)流化床燃燒條件下腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理及其緩解措施，對(duì)生物質(zhì)燃料的推廣應(yīng)用和鍋爐的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行具有重要意義。本文闡述了循環(huán)流化床鍋爐燃燒生物質(zhì)過(guò)程中腐蝕的形成機(jī)理，并總結(jié)了生物質(zhì)流化床腐蝕的預(yù)防措施，以期為生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考。

1 腐蝕現(xiàn)象

在循環(huán)流化床鍋爐燃燒生物質(zhì)過(guò)程中，腐蝕現(xiàn)象是多種腐蝕機(jī)制共同作用的結(jié)果，包括金屬、金屬氧化物與O2、Cl2的反應(yīng)過(guò)程，以及固態(tài)堿金屬鹽在相變過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)。圖1為典型的受熱面發(fā)生腐蝕的外貌圖[3]。循環(huán)流化床鍋爐腐蝕程度與積灰有關(guān)，這是因?yàn)閴A金屬氯化物在受熱面上的化學(xué)變化以及KCl與部分低熔點(diǎn)共晶體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的熔融物能迅速與飛灰結(jié)合，在受熱面上沉積形成硫酸鹽沉積物。這些沉積物能覆蓋金屬表面，產(chǎn)生的鹽酸鹽沉積物與氣態(tài)SO2、SO3反應(yīng)生成HCl氣體，導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐腐蝕(見(jiàn)式(1))。

圖1 生物質(zhì)鍋爐過(guò)熱器受熱面的黏污腐蝕[3] Fig.1 Fouling corrosion of convective heating surface of biomass boiler[3]

秸稈類燃料中的氯含量比其他類別生物質(zhì)燃料含量高[4]，因此秸稈類生物質(zhì)燃料在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒時(shí)更容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。一般情況下，某種生物質(zhì)燃料的硫含量低而氯含量較高時(shí)，則經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)生成的HCl氣體可以擴(kuò)散到循環(huán)流化床鍋爐受熱面的表面，然后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成金屬氯化物，進(jìn)而對(duì)受熱面造成侵蝕。

(1)

2 腐蝕的形成過(guò)程

生物質(zhì)燃料引發(fā)循環(huán)流化床鍋爐受熱面發(fā)生腐蝕的關(guān)鍵因素是氯成分，在生物質(zhì)燃料熱解、燃燒和氣化過(guò)程中，氯將釋放至氣相，主要釋放形式可能為HCl和堿金屬氯化物。HCl是三大酸性污染排放氣體之一，在熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，釋放的NaCl、KCl、HCl和Cl2均將與受熱面和煙道中的Fe2O3反應(yīng)，造成設(shè)備腐蝕等問(wèn)題[5]。因此，關(guān)于生物質(zhì)燃料利用過(guò)程中氯元素的遷移行為受到持續(xù)的關(guān)注，在生物質(zhì)的熱解過(guò)程中，氯的釋放途徑包括氯化氫的釋放、金屬氯化物的蒸發(fā)以及與焦油等有機(jī)結(jié)構(gòu)相連的氯的釋放等[6]。

2.1 氣相腐蝕形成過(guò)程

氣相腐蝕主要與生物質(zhì)燃燒過(guò)程中以Cl2和HCl形式析出的氯元素有關(guān)，生物質(zhì)燃料中含有微量的金屬元素，金屬元素與釋放出的氯元素反應(yīng)發(fā)生氣相腐蝕[7]。

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，金屬受熱面直接暴露在高溫環(huán)境中，在受熱表面形成一層具有保護(hù)性的穩(wěn)定致密氧化膜，氧化膜可以將金屬表面與外界隔絕，阻止氧氣或者其他氣體進(jìn)一步擴(kuò)散至金屬內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但Cl元素具有較強(qiáng)的穿透性，可以通過(guò)氣孔或裂縫等穿透這層保護(hù)性氧化膜，擴(kuò)散至氧化膜與金屬的交界處與金屬(M)反應(yīng)：

(2)

(3)

反應(yīng)生成的金屬氯化物熔點(diǎn)一般都較低，如FeCl3的熔點(diǎn)只有303 ℃，當(dāng)金屬管壁溫度較高時(shí)，金屬氯化物有較高的蒸氣壓導(dǎo)致在金屬氧化膜邊界處不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)過(guò)程中金屬氯化物向外擴(kuò)散被氧化，使氧化層疏松，氧化層中的氣相金屬氯化物在向外擴(kuò)散的過(guò)程中，氧濃度升高到一定濃度會(huì)與金屬氯化物反應(yīng)釋放出Cl2，部分反應(yīng)方程式如下：

(4)

(5)

再次被釋放出來(lái)的Cl2會(huì)重新回到腐蝕界面開(kāi)始新一輪的腐蝕。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中Cl扮演了催化劑的角色，不斷地將金屬元素從金屬管壁輸送至外層，而Cl本身基本沒(méi)有消耗，所以Cl的腐蝕又被稱為“活性氧化腐蝕”[8-12]。

2.2 固相腐蝕形成過(guò)程

在生物質(zhì)燃燒過(guò)程中，大部分Cl以KCl和其它堿金屬氯化物的形式進(jìn)入氣相隨煙氣流動(dòng)。鍋爐受熱面管壁溫度一般低于氯化物的氣化溫度，當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)循環(huán)流化床鍋爐受熱面時(shí)，氣相的氯化物就會(huì)在受熱面管壁上結(jié)晶析出，凝結(jié)成具有黏附性的初始積灰層，并吸附煙氣中飛灰顆粒形成沉積物，高溫下KCl會(huì)與金屬表面氧化物反應(yīng)破壞金屬保護(hù)膜造成固相腐蝕。目前生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐最頻繁發(fā)生的就是固相腐蝕，固相腐蝕也嚴(yán)重限制生物質(zhì)的資源化利用，如純?nèi)忌镔|(zhì)流化床鍋爐機(jī)組會(huì)因?yàn)楣滔喔g嚴(yán)重侵蝕爐膛受熱面而停機(jī)。

高溫下KCl還可能與煙氣中的SO2反應(yīng)生成硫酸鹽并釋放出氣態(tài)的HCl或Cl2，其后的腐蝕機(jī)理與2.1節(jié)中氣相腐蝕大致相同。循環(huán)流化床鍋爐燃燒生物質(zhì)過(guò)程中發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象都涉及非常復(fù)雜的元素、組分、形貌、質(zhì)量等變化，而現(xiàn)有的分析手段往往難以精確定性、定量這一變化過(guò)程，因而，至今研究人員對(duì)腐蝕過(guò)程仍未有系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)，這也是腐蝕機(jī)理研究面臨的巨大挑戰(zhàn)[13-14]。

2.3 液相腐蝕形成過(guò)程

液相腐蝕是指在被氧化金屬表面上沉積的低熔點(diǎn)KCl、Na2SO4等鹽類和一些低熔點(diǎn)的氧化物形成熔鹽，破壞金屬表面原有的氧化膜，使基體金屬材料加速腐蝕。純KCl的熔點(diǎn)為774 ℃，在高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐壁面580～600 ℃的溫度范圍內(nèi)不會(huì)熔化。但在沉積物中KCl與其它無(wú)機(jī)鹽形成低熔點(diǎn)共晶體，大大降低了灰分的熔點(diǎn)，產(chǎn)生了局部液相，這種熔融相大大提高了腐蝕速率。液相中的化學(xué)反應(yīng)一般比固相反應(yīng)強(qiáng)烈，液相不僅能增加積灰的黏度，使灰中的腐蝕成分增加，而且能引起強(qiáng)烈的電化學(xué)腐蝕，加速生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐受熱面的腐蝕速率[15]。

3 腐蝕形成的影響因素

3.1 燃料成分

燃料中堿金屬和氯的含量對(duì)生物質(zhì)流化床爐內(nèi)受熱面腐蝕影響很大，氯含量越高，越容易發(fā)生腐蝕。余滔[16]在600 ℃下對(duì)玉米秸稈、棉稈和褐煤燃料進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)3種物質(zhì)中玉米秸稈燃燒對(duì)鍋爐的腐蝕更嚴(yán)重，主要是因?yàn)橛衩捉斩捴械腒元素含量高于棉稈和褐煤。生物質(zhì)燃料中堿金屬和氯元素的含量是生物質(zhì)流化床鍋爐受熱面腐蝕的直接原因[17]。從表1可以看出我國(guó)常見(jiàn)生物質(zhì)燃料中除C、H、O元素外，Cl元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)居首位。

表1 生物質(zhì)燃料元素分析[17]Table 1 Elements analysis of biomass fuel[17] %

3.2 溫度

溫度對(duì)鍋爐腐蝕有很大影響。一般而言，受熱面在高溫條件下更容易引起腐蝕。Cl元素廣泛存在于生物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)中，具有很強(qiáng)的非金屬性質(zhì)。生物質(zhì)燃料中的Cl元素在燃燒過(guò)程中以氯離子形式析出，高溫條件下，可加速Cl元素的析出[18]。

在生物質(zhì)流化床鍋爐燃燒過(guò)程中，受熱面由于溫度的原因引起的腐蝕分為高溫腐蝕和低溫腐蝕，目前發(fā)現(xiàn)的高溫腐蝕又包括水冷壁高溫腐蝕、對(duì)流受熱面高溫腐蝕和高溫氧化腐蝕三大類[19]。水冷壁發(fā)生高溫腐蝕的主要原因是：生物質(zhì)燃料中的S、Cl元素在燃燒過(guò)程中分別呈現(xiàn)游離態(tài)的S和HCl氣體，分布在爐膛內(nèi)部，破壞水冷壁金屬表面原有的金屬氧化層，流化床鍋爐在缺氧的燃燒工況下運(yùn)行時(shí)，水冷壁表面的Fe2O3在高溫下被還原成FeS、FeO等，使得Fe2O3熔點(diǎn)降低，進(jìn)而FeS直接侵蝕金屬表面，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象[20]。對(duì)流受熱面的高溫腐蝕主要是沉積物引發(fā)的腐蝕作用。沉積物主要為堿金屬氯化物和堿金屬硫酸鹽形成的共晶化合物，沉積物由煙氣中的堿金屬離子與SO2、HCl、Cl2等氣體反應(yīng)形成。該化合物主要凝結(jié)在對(duì)流受熱面上，當(dāng)對(duì)流受熱面管壁溫度高于550 ℃時(shí)，熔點(diǎn)較低的沉淀物展現(xiàn)出很強(qiáng)的腐蝕性[21]。高溫氧化腐蝕主要表現(xiàn)為氧化層遭到破壞。發(fā)生高溫氧化腐蝕時(shí)，煙氣溫度和發(fā)生腐蝕的介質(zhì)溫度都在腐蝕區(qū)間內(nèi)[22]，同時(shí)受熱面管附近具備發(fā)生還原反應(yīng)的氛圍，該類型的腐蝕煙氣溫度高于金屬發(fā)生氧化反應(yīng)的溫度時(shí)，直接表現(xiàn)為過(guò)熱器受熱表面受損[23]。

低溫腐蝕的發(fā)生主要與受熱面的管壁溫度以及爐膛內(nèi)部酸性氣體的露點(diǎn)有關(guān)[24]。生物質(zhì)燃料在流化床鍋爐內(nèi)燃燒，當(dāng)爐膛內(nèi)部受熱面管壁溫度低于酸性氣體的露點(diǎn)時(shí)，酸性氣體發(fā)生冷凝附著在管壁上，造成金屬表面腐蝕，由于低溫是引起低溫腐蝕的關(guān)鍵因素，所以低溫腐蝕經(jīng)常發(fā)生在省煤器和空氣預(yù)熱器的受熱面上[25]。例如山西某35 MW生物質(zhì)與煤泥摻燒的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組在降低負(fù)荷時(shí)，由于溫度降低至SO2等酸性氣體的露點(diǎn)后，在爐膛內(nèi)部的部分受熱面上出現(xiàn)了較小的微坑，保持低溫運(yùn)行48 h后發(fā)現(xiàn)受熱面大面積出現(xiàn)了不同程度的腐蝕。

對(duì)生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐金屬受熱面腐蝕的研究還發(fā)現(xiàn)，隨著蒸汽溫度的升高，腐蝕率也逐漸增加[26]。腐蝕最嚴(yán)重的是發(fā)生在金屬受熱面壁溫為500～600 ℃時(shí)與氯有關(guān)的腐蝕，比溫度低于450 ℃的過(guò)熱器表面的腐蝕程度大得多，但是當(dāng)溫度為100～150 ℃時(shí)，受熱面表面的腐蝕又有所加劇，這主要是由煙氣中的酸性氣體隨著溫度的降低逐漸凝結(jié)引起的低溫腐蝕所致(圖2)[1]，溫度120 ℃時(shí)腐蝕速率達(dá)到峰值，在峰值過(guò)后腐蝕速率減小，但隨著反應(yīng)溫度的繼續(xù)升高，溫度到達(dá)630 ℃時(shí)，腐蝕速率到達(dá)最大峰值。此外，盡管生物質(zhì)中的S含量較少，但煙氣中仍能檢測(cè)到SO2。SO2在灰分中V2O5和Fe2O3的催化下與O2反應(yīng)生成SO3，而且生物質(zhì)灰分中部分硫酸鹽在燃燒條件下亦能熱解直接生成SO3。SO3與水蒸氣結(jié)合生成稀硫酸，當(dāng)煙氣溫度低于稀硫酸的飽和溫度時(shí)，稀硫酸氣體凝結(jié)成液體，對(duì)流化床機(jī)組的空氣預(yù)熱器受熱面造成腐蝕，甚至直接穿孔造成空氣預(yù)熱器內(nèi)熱空氣的溫度大幅度降低。圖3為不同腐蝕情況下的Cl2腐蝕曲線。由圖可見(jiàn)濕Cl2對(duì)金屬的腐蝕量隨著溫度的升高逐漸降低，而干Cl2對(duì)金屬的腐蝕率隨著溫度的升高線性增加[27]。

圖2 溫度對(duì)腐蝕速度的影響[1]Fig.2 Influence of temperature on corrosion velocity[1]圖3 氯氣腐蝕特性曲線[27]Fig.3 Corrosion characteristic curve of chlorine gas[27]

國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者進(jìn)行了大量的生物質(zhì)流化床燃燒高溫、低溫腐蝕等問(wèn)題的研究工作。他們從不同方向研究腐蝕機(jī)理，總結(jié)出各類生物質(zhì)的腐蝕機(jī)理及預(yù)防生物質(zhì)流化床腐蝕的方法，郎麗萍[28]以135 MW直燃生物質(zhì)循環(huán)流化床(CFB)鍋爐為研究對(duì)象，分析了生物質(zhì)鍋爐爐內(nèi)受熱面腐蝕的原因，結(jié)果表明：解決低溫腐蝕主要是在空氣預(yù)熱器的低溫段，采用鍍搪瓷管子能夠極大提高管子的耐腐蝕性。謝澤瓊[29]研究了循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組加入防腐劑后HCl的變化過(guò)程，對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的HCl轉(zhuǎn)換進(jìn)行了定量計(jì)算與比較，結(jié)果顯示：添加添加劑可以抑制循環(huán)流化床受熱面腐蝕。趙晴川[30]對(duì)不同負(fù)荷下CFB鍋爐的腐蝕情況分布進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)：各類生物質(zhì)燃料的腐蝕特性都不相同。陳漢平等[31]研究了不同溫度下CFB鍋爐氯的遷移規(guī)律，并對(duì)生物質(zhì)燃燒存在的腐蝕問(wèn)題及相應(yīng)的解決措施進(jìn)行了探討。Coda等[32]研究發(fā)現(xiàn)在床料中添加鋁土礦、高嶺石、石灰石等添加劑，與堿金屬形成熔融點(diǎn)更高的堿金屬化合物，可以減少燃料燃燒過(guò)程中黏污的形成，從而抑制腐蝕的發(fā)生。

4 防止腐蝕的方法

4.1 生物質(zhì)燃料預(yù)處理

無(wú)論氣相腐蝕、液相腐蝕或者固相腐蝕[33-35]，生物質(zhì)燃料的物理組成和堿金屬物質(zhì)都是影響生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐發(fā)生腐蝕的根本因素，對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行預(yù)處理可以大幅降低機(jī)組受熱面的腐蝕程度，目前使用的預(yù)處理方法有水洗法和自然處理法兩種[36]。已有稻草類秸稈生物質(zhì)發(fā)電廠投入試用，其采用水洗法和自然預(yù)處理法來(lái)脫除稻草類秸稈中的堿金屬和Cl元素。水洗法可以脫除稻草中80%的堿金屬物質(zhì)Na和K以及90%的氯元素。自然處理法多指自然露天存放的方式，該方法可以去除50%的Cl和K元素。這兩種方法都能夠大幅度地降低生物質(zhì)燃料中堿金屬成分和氯元素含量，但是這兩種方法都有一定的限制性。水洗法的時(shí)間成本和能源消耗量較高，因?yàn)樵谏镔|(zhì)燃料水洗之前，需先在破碎機(jī)內(nèi)破碎，破碎后的生物質(zhì)燃料利用大量的水進(jìn)行清洗，清洗之后需將生物質(zhì)燃料進(jìn)行干燥，而自然預(yù)處理法在自然干燥的過(guò)程中需要的時(shí)間更長(zhǎng)，在一定程度上限制了其大規(guī)模使用[37]。

4.2 爐膛密相區(qū)附近增加二次風(fēng)管

對(duì)于水冷壁氣相腐蝕，可以在爐膛密相區(qū)附近增加二次風(fēng)管，使水冷壁管壁周圍形成富氧區(qū)，水冷壁管壁附近也不會(huì)構(gòu)成能夠發(fā)生腐蝕的還原性氣氛，可以降低水冷壁受熱面發(fā)生腐蝕的機(jī)率[38]。例如某生物質(zhì)電廠用稻草類生物質(zhì)與煤混燒，增加二次風(fēng)管后，由于氧量充足，水冷壁管壁附近相比未增加二次風(fēng)管時(shí)的腐蝕現(xiàn)象明顯減小。

4.3 改變過(guò)熱器受熱面布置方式

對(duì)于過(guò)熱器高溫腐蝕，通過(guò)改變過(guò)熱器受熱面布置方式可以降低受熱面的腐蝕程度。如分離器后的尾部煙道采用三煙氣通道布置，第一煙氣通道內(nèi)布置屏式過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器，第二煙氣通道內(nèi)布置低溫過(guò)熱器，第三煙氣通道內(nèi)布置省煤器和一、二次空氣預(yù)熱器，改變布置方式后蒸汽出口高溫區(qū)布置的煙氣溫度較低，最終使得過(guò)熱器的受熱面溫度在500 ℃以下[39]。另外一種布置方式是將過(guò)熱器管束布置在固體流速較低的外置式換熱器中，在外置式換熱器中充滿大量氯含量很低的循環(huán)灰，在流化床整個(gè)燃燒過(guò)程中，循環(huán)灰不與腐蝕性氣體直接接觸，也可以有效地降低過(guò)熱器高溫腐蝕的程度[40]。

過(guò)熱器高溫腐蝕還可以通過(guò)選用加厚的鋼管作為過(guò)熱器的受熱面的選材來(lái)防止受熱面穿洞，選用厚度較高的鋼管，可以承受的煙氣溫度相對(duì)較高，這樣即使受熱面管路發(fā)生輕微的腐蝕后也不影響生物質(zhì)流化床鍋爐機(jī)組正常運(yùn)行[41]。此外，高溫過(guò)熱器以屏的形式布置在爐膛內(nèi)，循環(huán)流化床爐內(nèi)有大量的床料，物料對(duì)受熱面的沖刷可以起到自清灰的作用，有效抑制受熱面的積灰，避免垢下腐蝕的發(fā)生[42]。

4.4 加入特定成分的添加劑

添加劑的加入可以預(yù)防受熱面腐蝕的發(fā)生，煙氣側(cè)使用添加劑可促進(jìn)燃料的混合，使燃料在爐膛內(nèi)充分燃燒，目前最常使用的添加劑是含硫化合物。例如在燃料中添加含硫酸銨的液體添加劑，含硫酸銨的液體與煙氣中的KCl進(jìn)行反應(yīng)，生成穩(wěn)定的硫酸鉀，使煙氣中的Cl元素含量降低，最終形成的酸性物質(zhì)變少，減小受熱面的腐蝕程度。添加含鋁或者含硅的化合物也可以在一定程度上降低流化床受熱面的腐蝕程度[43]。

煤灰也可以作為降低秸稈燃料腐蝕流化床的一種有效添加劑。對(duì)玉米秸稈與燃煤的混燃過(guò)程研究發(fā)現(xiàn)：煤灰對(duì)于玉米秸稈中K元素含量的降低具有明顯的作用，當(dāng)鍋爐中燃煤與玉米秸稈混燃時(shí)，混合燃料的灰分快速遍布于整個(gè)爐膛[44]。化石燃料燃燒可以減少灰分中鉀或鈉的濃度，進(jìn)而減小機(jī)組受熱面的腐蝕程度。且當(dāng)爐膛內(nèi)部的溫度較高時(shí)，生物質(zhì)燃料具有很大的黏性，使氯化物沉積黏結(jié)在受熱面上造成腐蝕，因此將煤泥與生物質(zhì)燃料按照合適的比例進(jìn)行混燒，可以降低燃料中的堿金屬含量，減少堿金屬氯化物在受熱面上的沉積。例如馬孝琴等[45]研究發(fā)現(xiàn)添加高嶺土、燃煤飛灰以及硅藻土均可降低換熱面沉積物中水溶性氯元素的比例，緩解換熱面的腐蝕程度，并且可以使沉積的灰分變得疏松多孔，容易吹掃。

4.5 受熱面材質(zhì)選擇

對(duì)于過(guò)熱器高溫腐蝕，可以提高受熱面材料等級(jí)，減小受熱面的腐蝕程度。為了盡量避免高溫腐蝕，大部分燃用秸稈生物質(zhì)發(fā)電廠選用較高等級(jí)的鋼材作為高溫受熱面。龔彬[46]選取20G、 12Cr1MoVG、Super304H、SUS316、TP347H、HR3C等6種不同等級(jí)鍋爐專用鋼材，以研究不同鋼材的抗腐蝕能力，通過(guò)測(cè)量各個(gè)樣塊增加的質(zhì)量，得到其抗腐蝕特性曲線，結(jié)果表明：6種鋼材抗腐蝕能力大小為：HR3C>Super304H>TP347H>SUS316>12Cr1MoVG>20G，且研究顯示在一定范圍內(nèi)，隨著金屬鉻含量的升高，鋼材的抗腐蝕能力增強(qiáng)。這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫘纬闪私饘巽t的氧化膜，從而阻止了KCl造成的腐蝕。

對(duì)于低溫段的腐蝕，燃燒形成的SO2會(huì)與煙氣中過(guò)剩的氧氣和水蒸氣反應(yīng)生成硫酸、鹽酸，當(dāng)煙氣溫度低于酸性物質(zhì)的酸露點(diǎn)時(shí)，液體酸性物質(zhì)腐蝕受熱面，因此解決液相腐蝕的主要措施是提高材料的耐腐蝕性能，例如空氣預(yù)熱器選用搪瓷材料[47]。

5 結(jié) 語(yǔ)

生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是目前生物質(zhì)資源化利用的有效方式，而且生物質(zhì)利用可以減緩我國(guó)一次化石能源逐漸減少的趨勢(shì)，但目前生物質(zhì)流化床燃燒技術(shù)的受熱面腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重威脅到了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。本文從生物質(zhì)流化床鍋爐受熱面腐蝕形成機(jī)理出發(fā)，討論了腐蝕形成的因素，提出了防止受熱面腐蝕的措施：1)對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行預(yù)處理降低生物質(zhì)燃料自身的堿金屬組分； 2)通過(guò)增加爐膛下部的二次風(fēng)管、改變受熱面布置方式以及選用耐腐蝕的材料來(lái)減少受熱面的氣相腐蝕； 3)在生物質(zhì)燃料的成型或燃燒過(guò)程中摻入一定比例的添加劑，與酸性物質(zhì)反應(yīng)生成較為穩(wěn)定的化合物，進(jìn)而減少腐蝕性物質(zhì)的產(chǎn)生; 4)提高高溫受熱面和低溫受熱面材料的耐腐蝕性能； 5)生物質(zhì)燃料與低堿金屬含量的煤泥按照一定的比例進(jìn)行混燒。