達(dá)電1期鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕分析及預(yù)防

曹興明　吉莉

摘 要：本文分析了燃料在鍋爐燃燒過程中，二氧化硫、三氧化硫的生成過程，SO3進(jìn)一步與煙氣中的水蒸氣生成硫酸蒸氣并凝結(jié)在尾部煙道管壁上是火電廠鍋爐低溫段受熱面管道腐蝕發(fā)生的根本原因，并對針對上述原因提出了降低尾部煙道受熱面腐蝕的簡單可行辦法。

關(guān)鍵詞：低溫受熱面；低溫腐蝕露點(diǎn)；防御措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.043

0 引言

達(dá)拉特發(fā)電廠有6臺B&WB_1025/18.44-M亞臨界一次中間再熱單汽包自然循環(huán)爐，2臺超臨界直流強(qiáng)制循環(huán)爐，鍋爐采用AB雙風(fēng)煙系統(tǒng)。前期工程投產(chǎn)后幾臺爐尾部煙道煙壓均出現(xiàn)異常，后經(jīng)停爐檢查發(fā)現(xiàn)兩臺爐空預(yù)器、省煤器出現(xiàn)不同程度的腐蝕損壞。

1 低溫受熱面腐蝕產(chǎn)生的分析

1.1 燃料中硫、硫化物的去向

鍋爐煤粉燃料中都含有硫或硫化物，當(dāng)電廠來煤含硫份超過0.8時煙氣中的硫化物排放會超標(biāo)，煤粉中所含硫份在爐膛燃燒后會產(chǎn)生SO2，在多余氧氣的環(huán)境里SO2會被氧化成SO3。SO3氣體與煙氣中水蒸汽結(jié)合形成酸霧，當(dāng)尾部受熱面溫度低于硫酸蒸汽露點(diǎn)時，在金屬管壁會凝結(jié)有液體硫酸腐蝕金屬管壁并造成損壞。因此要嚴(yán)格控制電廠燃料采購環(huán)節(jié)，確保來煤中的硫含量不超標(biāo)。

1.2 煙氣中氧化硫的生成的化學(xué)機(jī)理

燃煤中硫分單質(zhì)硫、有機(jī)硫（與C、H、O等結(jié)合的化合物）無機(jī)硫等。燃燒過程中，有機(jī)硫首先被氧化成SO2；無機(jī)硫分解速度較慢，例如：硫鐵礦在高溫下用空氣氧化產(chǎn)生二氧化硫，（4FeS2+11O2====8SO2+2Fe2O3 ）其中部分SO2在過剩氧和高溫的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SO3，部分不能燃燒的無機(jī)硫隨灰渣排出。

二氧化硫在爐膛高氧區(qū)的氧化反應(yīng)是在爐膛內(nèi)，SO2和SO3之間的轉(zhuǎn)化主要為：2SO2+ O2=2SO3，這個過程是可逆的，在爐膛過剩氧的作用下， SO2向SO3轉(zhuǎn)化，當(dāng)爐膛突然缺氧燃燒時，SO3又逆向轉(zhuǎn)化成SO2，2SO3=2SO2+ O2。

二氧化硫在催化劑作用下的催化反應(yīng)是在煙氣流過水平煙道，二氧化硫會遇到CuO、Fe2O3、V2O5等催化劑。受到催化作用后的SO2與煙氣中的過剩氧結(jié)合產(chǎn)生SO3。鍋爐煙氣中含有的各種催化劑的作用受溫度影響非常大，CuO在700℃時催化作用最大，F(xiàn)e2O3在630℃左右的催化作用最大，五氧化二釩V2O5在500℃左右的催化作用最大。SO2在500℃條件下與V2O5相遇的催化效果比其他金屬氧化物在最佳氧化溫度時的效果要好V2O5+SO2 →2VO4 +SO3（可逆），釩觸媒V2O5能夠加快SO2的氧化速率，并生成2VO4。圖1為各種催化劑對二氧化硫向三氧化硫轉(zhuǎn)化影響的大小。

2 影響SO3及酸霧生成的因素

對于火電廠大型燃煤鍋爐來講，SO3的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化受到諸多因素影響，其中包括燃料含硫量、爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒調(diào)節(jié)、爐前燃油系統(tǒng)使用率、空氣過剩系數(shù)、空預(yù)器暖風(fēng)器投入是否正常、鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。最終影響低溫受熱面腐蝕因素主要有SO3的凝結(jié)酸量及濃度和尾部煙道金屬溫度幾個因素，從上面的論述可以判斷，尾部煙道腐蝕的主要原因是燃燒中煙氣產(chǎn)生SO3，同時影響煙氣中生成SO3的主要因素有：煤中硫份含量超標(biāo)的程度、爐膛風(fēng)量的控制、尾部煙道金屬溫度、爐膛工況是否正常。

（1）煤中硫份含量超標(biāo)的程度。電廠燃煤中硫份含量超標(biāo)的程度越高，燃燒產(chǎn)生的SO3濃度就越高，SO3與煙氣中的水蒸氣形成酸霧，酸霧濃度越高露點(diǎn)就隨之升高，酸霧的濃度越低它的露點(diǎn)就越低。燃煤中硫份含量超標(biāo)的程度越高，燃燒后生成的二氧化硫多，爐膛風(fēng)量越大越大， 生成三氧化硫的數(shù)量就越多。燃燒工況不同、煤種不同，同樣的含硫量，生成的三氧化硫多少也不同。鍋爐在正常情況下，硫酸蒸汽大部吸附在飛灰中分被飛灰?guī)ё?，這將減小煙氣中的硫酸蒸氣濃度，硫酸蒸汽濃度降低煙氣露點(diǎn)也隨著降低。燃料的硫含量為為0.2%～0.5%時，露點(diǎn)溫度接近水蒸氣的凝結(jié)溫度100℃。

（2）爐膛送風(fēng)量的大小。多余的氧是SO2向SO3的根本原因。送風(fēng)量越大SO3生成也隨之變多。送風(fēng)量越小氧氣越少，煙氣中的SO3生成就越少，硫酸蒸汽濃度就越小，煙氣的露點(diǎn)也將大幅降低。當(dāng)鍋爐空氣過剩系數(shù)不大于1.0時，煙氣露點(diǎn)將大幅度下降。

（3）排煙溫度。排煙溫度越低鍋爐排煙損失越小，但排煙溫度不是越低越好，溫度過低換熱器金屬壁溫逐步降低會使水蒸氣大量凝結(jié)并與SO3形成硫酸溶液，這樣加快尾部煙道腐蝕。

3 預(yù)防低溫腐蝕措施

（1）控制過?？諝庀禂?shù)和減少漏風(fēng)。無論是送入爐膛的氧還是漏入煙道的氧對SO3生成都有影響，減小送風(fēng)量，可以阻止和減少SO3的生成。同時減少送風(fēng)量可以降低送、引、一次風(fēng)機(jī)的電耗，節(jié)約廠用電率，但減少送風(fēng)量有不完全燃燒的現(xiàn)象發(fā)生，所以低氧需要鍋爐具有可靠的儀表檢測和豐富的運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)；（2）提高空氣預(yù)熱器受熱面的壁溫。適當(dāng)提高鍋爐排煙溫度，可以相對提高尾部煙道的金屬壁溫，但提高排煙溫度會增加鍋爐排煙損失降低鍋爐效率。北方鍋爐要加暖風(fēng)器提高空預(yù)器入口空氣溫度，提高空預(yù)器管壁溫度使其溫高于煙氣露點(diǎn)，由于我廠暖風(fēng)是引入輔助蒸汽加熱，經(jīng)常出現(xiàn)疏水不暢震動泄露現(xiàn)象；（3）嚴(yán)格把控煤質(zhì)關(guān)。降低煤中硫份含量超標(biāo)的程度，采用脫硫設(shè)備，過濾掉煤氣中的硫份，脫硫設(shè)備會增加發(fā)電成本，但為了實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)現(xiàn)在大型電廠必須裝脫硫脫銷設(shè)備；（4）降低露點(diǎn)或抑制腐蝕的添加劑。例如白云石混入燃料中，它會與煙氣中SO3發(fā)生作用，生成CaSO1和MgSO1從而減少煙氣中的SO3的分壓力，減輕低溫腐蝕；（5）冷端受熱面采用耐腐蝕材料?？疹A(yù)器采用耐酸腐蝕的材質(zhì)，如采用石英、抗腐蝕瓦或用惰性材料制作，這些材料防腐效果好比金屬好。

4 小結(jié)

要預(yù)鍋爐防低溫腐蝕的發(fā)生就必須要綜合考慮各種因素，從運(yùn)行調(diào)整到鍋爐檢修以及燃料管理等外部和內(nèi)部控制環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把關(guān)，保證任何一個環(huán)節(jié)不出現(xiàn)問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]鍋爐原理[M].中國電力出版社.

[2]電廠鍋爐運(yùn)行[M].水利電力出版社.

[3]燃煤鍋爐機(jī)組[M].中國電力出版社.endprint