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1、第19卷第4期青海大学学报(自然科学版)Vol119No142001年8月JournalofQinghaiUniversityAug12001锅炉低温面的腐蚀、积灰形成机理及防止李许年(青海石油管理局格尔木炼油厂,青海格尔木800610)摘要文中分析了锅炉低温受热面产生腐蚀与积灰形成的机理,提出了一些相应的改进措施。关键词锅炉低温受热面腐蚀积灰中图分类号:TQ050.9文献标识码:A为了避开烟气的低温腐蚀,工业锅炉的排烟温度一般大于180℃,但为了提高锅炉的热效率,在其尾部安装空气预热器以回收尾气余热。在节能降耗的同时,给锅炉的长期稳定运行带来了一些问题,如易腐
2、蚀、易积灰,不仅增加了繁重的检修工作,加大了检修费用,而且原设想的节能目的也难以达到。我厂动力车间的三台YG23182/352YQ型锅炉,由济南锅炉厂设计制造。原设计中燃料为30%的催化油浆和70%催化干气混烧,排烟温度为160℃,采用列管式空气预热器回收尾气余热。1996年,随着油田、气田的开发利用,燃料改为天然气、催化油浆及催化干气兼烧;空气预热器改为热管式;原来环形布置在炉墙内气体燃烧器改为喷枪式。改造后,由于多方面的原因,运行效果一直不太好,具体表现在空气预热器严重腐蚀和积灰。1998年底空气预热器因腐蚀、积灰用去几十万元的检修费用。因此,解决锅炉的低温
3、腐蚀与积灰形成问题便成为当务之急,本文对此进行探讨。1锅炉低温受热面腐蚀与积灰形成机理1.1低温受热面腐蚀机理当锅炉排烟温度过低,低于烟气的露点温度,烟气中的硫酸蒸气和水蒸气凝结在低温受热面(如空气预热器)上,产生低温受热面的低温露点腐蚀。这种腐蚀过程中既有化学腐蚀也有电化学腐蚀。一般燃料中均含有少量的硫,硫燃烧后生成SO2和SO3气体,SO2和SO3气体不腐蚀金属,但当烟气的温度降到400℃以下时,SO2和SO3气体与水蒸气化合成硫酸蒸汽凝结在锅炉尾部的低温受热面上,产生低温露点腐蚀,反应如下:SO2↑+H2O+FeFeSO3+H2↑SO3↑+H2O+FeFe
4、SO4+H2↑腐蚀产生的FeSO4又与烟气中的SO2、O2等进一步形成强腐蚀的Fe2(SO4)3。当pH<3时,Fe2(SO4)3将腐蚀锅炉金属并产生更多的FeSO4,FeSO4继续和SO2、O2反应,形成一个FeSO4→Fe2(SO4)3→FeSO4的腐蚀循环。另外,当SO2、SO3和H2O一起在管子表面上冷凝时,在金属表面上形成了许多微电池,其中电位低的铁是负极,发生氧化反应,金属铁不断被腐蚀,亚铁离子连续进入溶液中,电位高的(Fe3C)或焊渣杂质为正极,正极上进行还原反应,熔渣中的氢离子得到电子而成为氢气。反应如下:2+):2H+负极(Fe):Fe-2eF
5、e(氧化)阳级(Fe3C+2eH2↑(还原)电化学腐蚀的速度比化学腐蚀快很多,表面越是不光滑(如焊缝)或杂质越多之处,电化学腐蚀就越严重,这些地方遭到腐蚀后,新的金属表面就暴露出来,继续遭到腐蚀,腐蚀坑越来越深,甚至穿孔。从空气预热器的外观看,腐蚀是从上向下呈递增趋势,底部低温受热面呈溃疡形貌。1.2低温受热面上积灰形成机理锅炉尾部的低温积灰主要是由于锅炉受热面布置不平衡,尾部低温区偏大,燃烧灰分增加,入口风温太低,燃烧不完全,吹灰设施不利以及低温露点腐蚀严重所致。收稿日期:2001-03-23作者简介:李许年(1971—),男,青海乐都人,助理工程师。第4期李
6、许年:锅炉低温面的腐蚀、积灰形成机理及防止85兰州化学工业公司通过对结垢物的能量频谱分析、组分析和电镜分析,获知积灰的主要成分是燃料燃烧后烟气中的灰分物质,主要有Na、Ca、S、V、Fe、Ni等元素,其中硫含量4317%,铁含量5612%,灰垢的主要成分是Fe2(SO4)3和Na2SO4。由此可知,灰垢主要是硫酸露点腐蚀后烟灰附着在管壁上形成的。电镜下微观分析发现,积灰的垢样呈水泥花样形貌,灰白色壳中有大量黑色碳粒,其饱和溶液pH值在2～3之间。结垢最厚处其金属表面腐蚀最严重。在烟气温度的影响下,低温粘性灰与冷凝在金属管壁上的硫酸形成以硫酸钙为基质的水泥状灰垢,
7、呈硬结状,以结渣形式挂在空气预热器底部,常常堵塞管子。同时,这些酸性灰垢粘在管壁上又加剧了管壁的腐蚀。积灰的形成与腐蚀是密切相关的,要防止积灰形成,首先要解决低温腐蚀问题。2影响低温腐蚀的主要因素2.1燃料的含硫量烯料品质的优劣是影响锅炉低温腐蚀的一个主要因素。燃料燃烧后S生成SO2和SO3,并出现在烟气中。烟气中水蒸气的露点温度较低,一般约在30～60℃,除非燃料中水分太多,否则不易在低温受热面上结露。但当烟气中的SO3和水蒸气形成硫酸蒸气时,酸露点温度较高,其具体数值大小与烟气中SO3浓度、水蒸气的含量有关。如图1、图2所示:y(%)图1燃料折算含硫量,S2
8、s由图1可知:随着燃料含
