煙氣露點腐蝕影響因素及防護措施分析

于桂敏

（中國石油大連石化公司機動設(shè)備處，遼寧大連116031）

1 引言

煙氣露點腐蝕是指煙氣中硫酸蒸汽凝結(jié)在金屬受熱面上而發(fā)生的腐蝕。它一般發(fā)生在加熱爐余熱回收系統(tǒng)（比如空氣預(yù)熱器），廢熱鍋爐的省煤器鍋爐給水入口、加熱爐低溫工藝介質(zhì)入口等設(shè)備的冷端。這些設(shè)備一旦發(fā)生露點腐蝕，可能會導(dǎo)致設(shè)備泄漏，大量空氣漏入煙氣中，增加排煙損失，降低加熱爐效率，使引風(fēng)機的負荷和電耗增加；同時設(shè)備表面出現(xiàn)大量積灰，導(dǎo)致排煙溫度上升，加熱爐熱效率降低；腐蝕嚴重時會導(dǎo)致余熱鍋爐管束泄漏停工，更換維修設(shè)備，造成很大的經(jīng)濟損失。搞清設(shè)備露點腐蝕的影響因素并采取科學(xué)有效的控制手段，是設(shè)備管理工作者的重要任務(wù)。

2 煙氣露點腐蝕機理

加熱爐燃料中含有一定量的硫，硫燃燒后生成SO2，少量的SO2轉(zhuǎn)化為SO3，SO3與水蒸氣化合生成硫酸蒸汽，當設(shè)備管壁溫度低于露點時，硫酸蒸汽就會在管壁上凝結(jié)，腐蝕管材。主要反應(yīng)方程式如下:

3 影響煙氣露點腐蝕因素

要避免設(shè)備發(fā)生煙氣露點腐蝕,概括來說主要考慮兩大因素：一是煙氣露點，二是冷端金屬壁溫。如果保證冷端金屬壁溫始終在煙氣露點之上，那么就可以避免設(shè)備發(fā)生露點腐蝕。露點越高，金屬壁溫越難控制，腐蝕也就越嚴重。因此，要首先弄清楚影響煙氣露點的因素，從源頭上降低露點，露點腐蝕問題就可輕而易舉解決了。

由于煙氣的主要成分是 N2、CO2、O2、SO2、SO3、NOX、水蒸氣和粉塵。隨著煙氣溫度降低，首先發(fā)生凝結(jié)的是H2SO4蒸汽，因此影響煙氣露點的主要因素是SO3和水蒸氣的分壓力。而SO3和水蒸氣的分壓力與燃料含硫量、燃燒方式、過量空氣系數(shù)等因素有關(guān)。歸納起來，影響煙氣露點主要有以下幾方面因素。

3.1 燃料種類

加熱爐燃料主要有燃料油和燃料氣兩種，燃料油一般為蒸餾減底渣油或者催化油漿，燃料氣一般為瓦斯管網(wǎng)高壓瓦斯和裝置自產(chǎn)燃料氣。燒油的加熱爐積灰現(xiàn)象尤為明顯，特別是催化油漿中含有Na、Ca、Mg等金屬氧化物雜質(zhì)，燃燒后形成微小的金屬顆粒，一部分金屬顆粒和未燃盡的碳粒與煙氣中的水分混合后很容易在金屬表面沉積下來，形成灰垢，這些灰垢若不能及時清除或清除不徹底，就會越積越多，導(dǎo)致垢下壁溫較低，造成露點腐蝕。在相同的露點溫度下，燒油的加熱爐的露點腐蝕要比燒氣的加熱爐嚴重些[1,2]。

3.2 燃料硫含量和燃燒方式

煙氣中硫酸蒸汽由燃料中硫分氧化而來，燃料含硫量越高，其露點越高。煙氣中SO2對露點的影響很小，在相當大的濃度范圍內(nèi)，酸露點的波動不超過1℃。SO3對露點的影響很大，而SO3的形成是與燃燒設(shè)備和燃燒條件緊密相連的，不同的燃燒條件對SO3的生成量影響也很大。燃料油含硫量和露點的關(guān)系見圖1。

圖1 燃料油含硫量和露點te的關(guān)系

3.3 過量空氣系數(shù)

過剩氧的存在是SO2氧化為SO3的基本條件，氧含量越高，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的比例會越大，因此，在保證充分燃燒的前提下，應(yīng)盡量采用低過量空氣系數(shù)，減少SO3的生成量，降低煙氣露點[3]。當過剩空氣系數(shù)小于1.1即氧含量小于2%時，露點急劇下降。不同的氧含量與露點的關(guān)系見圖2。

3.4 煙氣中水蒸氣

煙氣中水蒸氣的濃度越大，水蒸氣的分壓也越大，只考慮水蒸氣的影響，水蒸氣對煙氣露點的影響見圖3。

3.5 飛灰或受熱面結(jié)構(gòu)及積灰影響

圖2 露點與過剩O2的關(guān)系

圖3 水蒸氣濃度對煙氣露點的影響

低溫?zé)煔庵械腟O2繼續(xù)氧化成SO3需要有催化劑的促進作用，而鍋爐管子表面和煙道表面的鐵銹Fe2O3及煙氣中的V2O5等都是良好的催化劑，未燃碳粒及鈣鎂等氧化物以及Fe3O4等則能吸收或中和煙氣中的SO2，燃油飛灰少，吸收作用較弱，因此對含有硫和釩的燃油經(jīng)燃燒后的煙氣中將具有相對較高的SO3含量，煙氣露點較高。

3.6 其他因素

除上述影響因素外，酸露點還與燃燒速率、燃料中釩的含量、負荷大小、煙氣壓力，煙氣在爐膛內(nèi)停留時間、爐膛內(nèi)溫度場分布不均以及空氣預(yù)熱器漏風(fēng)處造成局部溫度偏低等情況有關(guān)。

4 防護措施

從影響因素的分析來看，在實際生產(chǎn)運行中，我們可以具體從以下幾方面來避免設(shè)備發(fā)生煙氣露點腐蝕。

4.1 燃料油性質(zhì)優(yōu)化

燒油的加熱爐空氣預(yù)熱器冷端極易腐蝕和積灰，灰垢的形成與燃料油的性質(zhì)有關(guān)，燃料油進加熱爐之前必須進行預(yù)處理，比如催化油漿進加熱爐燃燒之前，必須經(jīng)過沉降處理，除去油漿中的雜質(zhì)，減少加熱爐結(jié)焦、積灰。

4.2 降低燃料硫含量

加熱爐燃料的硫含量必須有嚴格要求：燃料油硫含量不應(yīng)超過0.3%，燃料氣必須經(jīng)過脫硫后才可以進加熱爐燃燒，脫硫后的燃料氣硫含量不準超過50mg/m3。燃料硫含量超標時，裝置要根據(jù)硫含量變化情況，對煙氣露點腐蝕的設(shè)備腐蝕控制溫度進行動態(tài)調(diào)整，避免設(shè)備發(fā)生露點腐蝕。

4.3 控制加熱爐氧含量

低氧燃燒可以降低SO2的轉(zhuǎn)化率，在一定條件下可以使腐蝕速度顯著降低，但對低于下限溫度時（下限溫度一般比水蒸氣露點高20～30℃）的腐蝕速度的影響很小，因為這時起腐蝕作用的不僅是硫酸蒸汽的凝結(jié)，而且有水蒸汽大量凝結(jié)，形成鹽酸或亞硫酸。因此，即使在低氧燃燒下，也不應(yīng)使受熱面壁溫太低。低氧燃燒必須強調(diào)燃燒要完全，否則不但經(jīng)濟性差，而且仍會有較多剩余的氧，以致不能降低三氧化硫。所以，實現(xiàn)低氧燃燒應(yīng)采用配風(fēng)更為合理的燃燒器和較先進的自動控制裝置。

4.4 控制煙氣中水蒸汽含量

加熱爐余熱回收系統(tǒng)不宜采用蒸汽吹灰。對燒氣的加熱爐，進爐燃料氣的氫組分不宜太高。水蒸氣含量從18%降到10%，煙氣露點可以降低8℃，所以，降低煙氣中水蒸氣含量也不容忽視[4]。

4.5 加強吹灰管理

加強吹灰器的使用和管理，防止積灰影響換熱效率并造成設(shè)備垢下腐蝕。有吹灰器的加熱爐、余熱鍋爐和余熱回收系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)根據(jù)燃料種類和積灰情況定期吹灰。使用蒸汽吹灰器的，吹灰前必須先排除蒸汽凝結(jié)水，防止吹灰器將水帶入爐內(nèi)。

4.6 提高空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫

提高入口風(fēng)溫，一方面可以使金屬冷端壁溫提升，另一方面還可以使燃料充分燃燒，提高加熱爐效率。入口風(fēng)溫每提高20℃，加熱爐效率約提高1個百分點。一般在加熱爐低負荷時，要適當提高空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫。對于油氣混燒的加熱爐（比如1000萬蒸餾、360萬加氫裂化、220萬連續(xù)重整裝置），在確定余熱回收系統(tǒng)空氣預(yù)熱器腐蝕控制指標時，要求空氣入口風(fēng)溫控制在60～90℃之間，盡量提高入口風(fēng)溫。經(jīng)過一個周期的運行，目前加熱爐熱效率仍可以達到設(shè)計要求。北方的氣溫冬夏溫差較大，氣溫的高低直接會影響空氣預(yù)熱器的管壁溫度[5]。

4.7 提高設(shè)備管壁溫度

定期檢測或估算煙氣露點，保證管壁溫度高于煙氣露點5℃以上，避免露點腐蝕。

5 結(jié)語

幾年來，我公司針對上述幾項防護措施，在避免設(shè)備露點腐蝕，提高加熱爐效率方面做了大量的工作，空氣預(yù)熱器等設(shè)備運行良好，使用壽命大大延長。比如：

①加強燃料脫硫，目前進爐瓦斯脫硫后硫化氫基本在50mg/m3以下；

②增加了富氫氣體回收處理裝置，進爐燃料氫組分基本控制在50%以下；

③加強加熱爐精細化操作管理，部分加熱爐氧含量調(diào)整到2%左右；

④加強煙氣露點腐蝕動態(tài)監(jiān)控管理，定期估算煙氣露點。由于最低設(shè)備管壁溫度不易被測量和監(jiān)測，我們通過估算平均管壁溫度，結(jié)合設(shè)備運行實際情況，確定每臺設(shè)備的露點腐蝕控制指標，將設(shè)備結(jié)垢和腐蝕程度控制到最小。

總之，要避免設(shè)備發(fā)生露點腐蝕，特別是要解決好露點腐蝕與加熱爐效率之間的矛盾，我們必須從以上幾方面綜合考慮，加強精細化操作管理，優(yōu)化加熱爐運行，這樣才能在避免設(shè)備腐蝕的前提下，最大限度提高加熱爐效率，為公司節(jié)能降耗多做貢獻。