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摘要:鍋爐的高溫腐蝕對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行危害極大,文章對(duì)產(chǎn)生鍋爐高溫腐蝕的幾種主要原因進(jìn)行了分析和探討,提出一些防止鍋爐高溫腐蝕的措施,以求對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有所裨益。

關(guān)鍵詞:鍋爐;高溫腐蝕;措施

鍋爐的高溫腐蝕主要發(fā)生在燃用高硫煤的鍋爐水冷壁管和過(guò)熱器管束上。鍋爐運(yùn)行時(shí)在煙溫大于700℃的區(qū)域內(nèi),在高溫高壓條件下受熱面與含有高硫的腐蝕性燃料和高溫?zé)煔饨佑|,極易發(fā)生高溫腐蝕。高壓鍋爐水冷壁管的硫腐蝕主要是由于煤粉中的黃鐵礦(FeS2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子,產(chǎn)生腐蝕。通常高壓鍋爐水冷壁管向火側(cè)的正面腐蝕最快,減薄得最多,若發(fā)生爆管都在管子的正面爆開(kāi),管子的側(cè)面減薄得較少,而管子背火側(cè)幾乎不減薄,這種腐蝕給鍋爐水冷壁管造成很大威脅,嚴(yán)重時(shí),往往幾個(gè)月就得更換部分管段,給鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)很大危害。而鍋爐過(guò)熱器管的高溫腐蝕主要是由于液態(tài)的灰黏結(jié)在過(guò)熱器管壁上而引起腐蝕。

1高溫腐蝕的主要原因

1.1燃燒不良和火焰沖刷

持續(xù)燃燒不良和脈動(dòng)火焰沖擊爐墻時(shí),導(dǎo)致燃燒不完全,在燃燒器區(qū)域附近的火焰中心處,當(dāng)未燃盡的焰流沖刷水冷壁管時(shí),由于煤粉具有一定的棱角,煤粉對(duì)管壁有很大的磨損作用,這種磨損將加速水冷壁保護(hù)層的破壞,在管壁的外露區(qū)段,磨損破壞了由腐蝕產(chǎn)物形成的不太堅(jiān)固的保護(hù)膜,煙氣介質(zhì)便急劇地與純金屬發(fā)生反應(yīng),這種腐蝕和磨損相結(jié)合的過(guò)程,大大加劇了金屬管子的損害過(guò)程。

1.2燃料和積灰沉積物中的腐蝕成分

燃用含硫量高的煤粉時(shí),煤粉中的黃鐵礦(FeS2)燃燒受熱,分解出自由的硫原子:FeS2→FeS+[S],而煙氣中存在的一定濃度的H2S與SO2化合,也產(chǎn)生自由硫原子:2H2S+SO2→2H2O+3[S]。自由硫原子與約350℃溫度的水冷壁管相遇,發(fā)生反應(yīng):Fe+[S]→FeS,3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2,產(chǎn)生腐蝕。

其次,燃料中的硫及堿性物會(huì)在爐內(nèi)高溫下反應(yīng)生成硫酸鹽,當(dāng)這些硫酸鹽沉積到受熱面上后會(huì)再吸收SO3,生成焦硫酸鹽,如Na2S2O7和K2S2O7。焦硫酸鹽的熔點(diǎn)很低,在通常的鍋爐受熱面壁溫下呈熔融狀態(tài),與Fe2O3更容易發(fā)生反應(yīng),生成低熔點(diǎn)的復(fù)合硫酸鹽:3Na2SO4+Fe2O3+3SO3→2Na3Fe(SO4)3,3K2SO4+Fe2O3+3SO3→2K3Fe(SO4)3,當(dāng)溫度在550℃~700℃時(shí),復(fù)合硫酸鹽處于融化狀態(tài),將管壁表面的Fe2O3氧化保護(hù)膜破壞,繼續(xù)和管子金屬發(fā)生反應(yīng),造成過(guò)熱器管的腐蝕。

另外,燃料中含有氯化物也是使?fàn)t管損耗的一個(gè)重要原因。它們與煙氣中的水、硫化氫等反應(yīng)生成硫酸鹽和Hcl氣體,由于Hcl的存在可以使金屬表面的保護(hù)膜遭到破壞,從而加大對(duì)管壁的腐蝕。燃料中含氯量增加,對(duì)金屬的腐蝕速率也隨之增加。當(dāng)灰中含氯低于0.2%時(shí),不致產(chǎn)生明顯的腐蝕;當(dāng)含氯量達(dá)到0.6%時(shí),將造成高的腐蝕率。

1.3還原性氣氛

鍋爐的高溫腐蝕和還原性氣氛的存在有著密切相關(guān)的關(guān)系,CO濃度大的地方腐蝕就大。某些部位的空氣不足,使煤粉燃燒的過(guò)程拖長(zhǎng),未燃盡的煤粉在爐管附近分離,使碳和硫聚集在邊界層中,未燃盡碳進(jìn)一步燃燒時(shí)又形成局部缺氧,使水冷壁附近的煙氣處于還原性氣氛。由于缺氧,硫的完全燃燒和SO2的形成發(fā)生困難,H2S便與受熱面金屬發(fā)生直接反應(yīng),因H2S是還原性介質(zhì),比氧化性介質(zhì)更具有腐蝕性,H2S的濃度越高,受熱面溫度越高,腐蝕速度越快,同時(shí)還原性氣氛導(dǎo)致了灰熔點(diǎn)溫度的下降和灰沉積物過(guò)程加快,從而導(dǎo)致受熱面管子的腐蝕。

2防止高溫腐蝕的措施

2.1調(diào)整燃燒并控制煤粉細(xì)度

調(diào)整燃燒器,避免火焰對(duì)側(cè)墻的直接沖撞,加強(qiáng)一次風(fēng)煤粉氣流的調(diào)整,盡可能使各燃燒器煤粉流量相等,保證燃燒器出口氣流的煤粉濃度均勻分布;在磨煤機(jī)出口加裝動(dòng)靜分離器,控制煤粉細(xì)度,減少腐蝕發(fā)生的概率,以降低腐蝕和磨損。

2.2控制燃料中的硫和氯含量

控制燃料中的硫和氯含量可降低腐蝕速率。國(guó)外研究顯示,水冷壁管常在燃料品種變化時(shí)發(fā)生向火側(cè)嚴(yán)重腐蝕。燃料是控制腐蝕速率的第一道關(guān)口,應(yīng)燃用含硫量低于0.8%的煤種,以降低腐蝕速率。

2.3改善燃燒區(qū)的還原氣氛

合理配風(fēng)并強(qiáng)化爐內(nèi)氣流的混合過(guò)程,同時(shí)降低空預(yù)器等設(shè)備的漏風(fēng);可以采用增加側(cè)邊風(fēng)、貼壁風(fēng)等技術(shù),在水冷壁附近形成氧化氣氛,以改善燃燒區(qū)的氧量,避免出現(xiàn)局部還原性氣氛,緩解高溫腐蝕的發(fā)生。

2.4避免出現(xiàn)受熱面超溫

因?yàn)殚L(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成過(guò)熱器管內(nèi)工質(zhì)流量過(guò)小,流速過(guò)低,嚴(yán)重影響了管子內(nèi)外熱交換,造成管壁溫度過(guò)高,而爐膛溫度不可能同時(shí)降低,造成管子短時(shí)間超溫。所以應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行,同時(shí)控制爐內(nèi)局部特別是燃燒器區(qū)域附近的火焰中心處的最高溫度及熱流密度,以避免出現(xiàn)受熱面壁溫局部過(guò)高,減輕高溫腐蝕。

2.5改善受熱面狀況

對(duì)水冷壁、過(guò)熱器等受熱面管進(jìn)行熱噴涂,噴涂耐腐蝕材料,也可對(duì)水冷壁管進(jìn)行表面補(bǔ)焊或改用抗腐蝕性能好的鐵素體合金鋼管或復(fù)合鋼管,以改善爐管金屬表面狀況,提高金屬材料的耐腐蝕性能。

2.6采用低氧燃燒技術(shù)

采用低氧燃燒,供給鍋爐燃燒室的空氣量減少,燃料中的硫在爐膛中與氧接觸時(shí)生成的二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的轉(zhuǎn)化率降低,而二氧化硫呈氣體狀態(tài),它隨著煙氣經(jīng)過(guò)脫硫排入大氣,由于三氧化硫的濃度低,發(fā)生高溫腐蝕的機(jī)會(huì)就會(huì)減少。同時(shí),由于空氣量減少,燃燒后煙氣體積減小,排煙溫度下降,鍋爐效率提高。

3結(jié)束語(yǔ)

鍋爐受熱面發(fā)生的高溫腐蝕是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程,常見(jiàn)于大型鍋爐中,為了更好地做好鍋爐受熱面高溫腐蝕的防止工作,我們應(yīng)綜合平衡影響鍋爐受熱面高溫腐蝕的各種因素,深入研究其產(chǎn)生的原因,在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn),制定完善的預(yù)防措施,保證鍋爐機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。新晨：