余熱鍋爐省煤器腐蝕機理的研究

1、余熱鍋爐省煤器腐蝕機理的研究 余熱鍋爐省煤器是其中的一個重要的設備，關乎余熱鍋爐的使用效果，因此，討論余熱鍋爐省煤器腐蝕問題非常有必要，這是提高余熱鍋爐省煤器使用質量的一個重要的環(huán)節(jié)。 余熱鍋爐省煤器腐蝕概述 余熱鍋爐可以分為兩類：一類為對工業(yè)生產過程中產生的氣體進行冷卻，滿足工藝要求也實現(xiàn)了回收余熱；另一類是為工業(yè)生產節(jié)能進行熱回收。根據(jù)余熱鍋爐使用場合不同，可以將余熱鍋爐分為燒結余熱鍋爐、水泥窯余熱鍋爐、合成氨余熱鍋爐等等。從水循環(huán)方式不同的角度來區(qū)分，可以分為自然循環(huán)余熱鍋爐與強制循環(huán)余熱鍋爐。 省煤器是鍋爐的重要組成部分，其主要功能是通過與鍋爐尾部煙氣的換熱加熱進入鍋爐的除氧水，降低排

2、煙的溫度，提高鍋爐的效率。省煤器受其工作環(huán)境的影響，經常發(fā)生高溫腐蝕、低溫腐蝕、電化學腐蝕以及氧腐蝕等。一旦省煤器發(fā)生滲漏，將對鍋爐的安全與經濟運行帶來危害。臥式省煤器由于排水困難，尤其易出現(xiàn)腐蝕。 鋁廠或者煉鋼廠的碳素生產過程中會產生大量的高溫廢氣，為了提高廢氣的利用率以及防止環(huán)境污染，煅燒窯尾部一般都會布置余熱鍋爐，對高溫廢氣進行回收利用鋁廠的碳素生產原料一般均為石油焦，而國內大部分鋁廠的原料石油焦含硫量高，從煅燒窯出來的煙氣中含有大量腐蝕性硫的氧化物(一般為SO2)。當進入余熱鍋爐的煙氣中含有SO2時，其中一部分會被氧化成SO3，當SO2和SO3。等酸性氣體經過高溫受熱面時，這些酸性氣體

3、通過管壁附著層滲透，與管壁氧化膜發(fā)生腐蝕反應，進而與管壁金屬反應，破壞水冷壁和高溫受熱面隨著煙氣的流動，煙氣中的SO3。與水蒸氣結合生成硫酸蒸汽，在低溫金屬表面上結露，形成硫酸溶液，硫酸溶液與堿性灰或者金屬管壁反應腐蝕金屬，這種腐蝕一般發(fā)生在省煤器上，屬于低溫腐蝕，嚴重時省煤器部位可能發(fā)生爆管泄露現(xiàn)象。 管屏式余熱鍋爐省煤器 管屏式省煤器的特點是：能承受高壓，不怕產生水沖擊，不容易積灰堵塞煙道；但蛇形管難以清洗，鋼管不耐腐蝕，對水質的要求比較嚴格，所以，給水必須經過軟化和除氧處理。為防止管外壁受腐蝕，要求給水溫度比煙氣露點高510，水速不應低于0.30.44米秒。管屏式省煤器，可制成沸騰式或非

4、沸騰式的。二者在結構上沒有什么區(qū)別，僅在管路連接上有些差異。沸騰式省煤器出口與汽鼓之間沒有任何閥門，以便順利地將省煤器中產生的蒸汽引入汽鼓，只在省煤器人口聯(lián)箱前，相應地裝有閥門。沸騰式省煤器無論對水還是煙氣，一般都不需要切斷，所以一般都不設旁路煙道。管屏式省煤器制成沸騰式省煤器時，水的溫度可以在省煤器內加熱到飽和溫度，一部分水汽化蒸發(fā)為蒸汽，這部分汽量占總水量的1015，最高可達25(蒸發(fā)的蒸汽量占總給水量的百分數(shù)稱為沸騰度或沸騰率)。目前電廠運用的70th余熱鍋爐，并配一臺25MW蒸汽輪發(fā)電機組，鍋爐在啟動或停爐過程中，由于鍋爐不需要上水或不需要連續(xù)上水，由于其汽水管道的循環(huán)沒有建立，即鍋爐

5、給水處于停滯狀態(tài)，此時省煤器內的水處于不流動的狀態(tài)，對省煤器的冷卻效果很差，隨著鍋爐燃燒的加強，煙氣溫度的提高，省煤器內的水容易產生汽化，使省煤器的局部處于超溫狀態(tài)。為了防止這種情況的發(fā)生，此時可將再循環(huán)門打開，利用汽包與省煤器中工質的密度差，在汽包再循環(huán)管省煤器省煤器引出管汽包之間，形成自然循環(huán)，使省煤器中的水有所流動，提高對煤器的冷卻效果，達到保護省煤器的目的。使省煤器內的水處于流動狀態(tài)，避免其汽化。 腐蝕機理分析 根據(jù)腐蝕產物的物相和化學成分分析，可知該爐省煤器高溫腐蝕屬于嚴重的硫化物型腐蝕。引起硫化物型高溫腐蝕的主要原因是腐蝕區(qū)域煙氣中含有游離態(tài)硫以及煙氣呈還原性。煤中黃鐵礦FeS2在

6、燃燒過程中分解生成Fex-1Sx，并同時釋放出S2。 在高溫還原氣氛下，爐膛中的S以游離態(tài)硫和H2S存在，這兩者都具有滲透作用，可沿金屬晶界穿過致密的磁性氧化鐵層，分別和Fe及FeO發(fā)生硫化作用，從而腐蝕省煤器管。 管壁的腐蝕形成大量的硫化鐵(Fex-1Sx)，鐵硫化物熔點低，在爐膛高溫下呈熔融狀態(tài)，流動性強，因而內層腐蝕物多為高亮的熔融狀物質；同時熔融態(tài)的鐵硫化物具有黏性，易黏附大量的灰顆粒。 防腐蝕的技術措施 4.1.貼壁二次風技術 貼壁二次風是從二次風箱引出一小股二次風，在高溫腐蝕區(qū)域的上游或在腐蝕區(qū)域省煤器上安裝噴口，向爐膛內噴入空氣。采用貼壁風的目的是改變省煤器高溫腐蝕區(qū)域的還原性氣

7、氛，增加局部含氧量，來減緩省煤器的腐蝕。 4.2.滲鋁省煤器管 鋼材經表面滲鋁后，其正常的滲層結構應由三部分組成，外層是鋁原子濃度較高的氧化鋁殼，中間為鋁鐵合金區(qū)，內層是基體金屬，從而使鋼材具有復合材料的性能，可以大大提高其抗高溫氧化、抗腐蝕和抗飛灰磨損的能力。但在應用中出現(xiàn)過管材外壁有完全脫碳層、管內壁易結垢等問題。另外，滲鋁管與鋼管的焊縫無法保證抗腐性能，為了增強可靠性，通常采用更長的滲鋁管，以使焊縫遠離高溫腐蝕區(qū)，但這增加了成本。滲鋁管價格高于普通鋼管40，選用時應做技術經濟比較。 4.3.熱噴涂防腐技術 采用電弧噴涂與等離子噴涂工藝，在省煤器可能發(fā)生腐蝕的區(qū)域噴涂防磨防腐合金，可有效地保護省煤器，使其不再發(fā)生高溫腐蝕。該法工藝簡單，涂層很薄，對省煤器幾乎沒有傳熱影響。目前用于鍋爐抗高溫磨蝕的電弧噴涂的材料主要以Ni-Cr合金為基體，添加少量Ti、Si、Mo、Al等合金元素，或加入高溫穩(wěn)定性好、硬度高的陶瓷相的Cr3O2，等。在Ni-Cr合金中，鉻是耐熱腐蝕