锅炉基本金属高低温腐蚀及对策

【摘 要】锅炉的基本金属腐蚀对锅炉危害极大，本文对产生锅炉基本金属腐蚀的几种主要原因进行了分析和探讨，提出一些防止腐蚀的对策。

【关键词】锅炉；腐蚀；措施

锅炉设备由多种不同的钢材组成，不同部位根据承担的作用选用材质不一样。长期以来，锅炉的使用，对停炉后的保护流于形式，尤其是对入炉煤种的变化采取的对应措施不多，从低硫组分的煤过渡到高硫份，没有很好的办法，造成锅炉严重腐蚀，例如过热器、省煤器、空气预热器。运行时烟温大于700℃的区域内，外部管壁在高温高压条件下受热面与含有高硫的腐蚀性燃料和高温烟气接触，极易发生高温腐蚀。

锅炉腐蚀机理比较复杂，下面就存在的低温腐蚀和高温腐蚀进行一些分析和探讨。

锅炉的低温腐蚀发生在空气预热器、省煤器、烟道、引风机、炉墙护板、吊架、烟囱等处。我们使用的煤粉锅炉，由于煤中含有硫份，燃烧后会生成SO2，其中一部分遇烟气中的剩余氧份又转化为SO3，它能提高酸的露点温度，在低于露点温度的金属表面上与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸溶液。由于硫酸溶液不仅与金属受热面产生化学反应，而且也与碱性灰（灰中的碱金属和CaO等）反应，因而导致金属腐蚀和沾污。造成低温受热面的腐蚀和积灰。主要影响面在空气预热器。

1 影响低温受热面积灰腐蚀运行方面的因素

1.1 锅炉的燃烧方式

我们知道燃烧方式的改变会改变炉膛内的燃烧温度，有资料表明：炉膛燃烧温度的变化对SO3的生成及露点温度有一定的影响。一般认为火焰温度越高则SO3的转化率越高，露点温度相应增高一些。但由于悬浮燃烧的锅炉燃烧生成的碱性灰对SO3有较强的吸附能力，因此烟气中的SO3含量及露点温度又有一定的降低。所以应控制炉膛燃烧温度不宜过高，以降低SO3的转化率。

1.2 燃料成分

燃料中的含硫量的大小直接影响低温受热面的腐蚀速度。含硫量的大小直接影响低温受热面的腐蚀程度还与燃料中的含Ca量有关，这是因为当燃料中的含Ca量较多时，燃烧生成的CaO与SO3形成硫酸钙，从而降低了SO3的浓度，降低了硫酸蒸汽浓度，降低了露点温度，起到了降低低温受热面积灰腐蚀效果。

1.3 烟气流速

有资料表明：烟气流速变化不大时，受热面酸沉积速度变化不大，对低温受热面的腐蚀影响是不大的。从传热角度来看，当烟气流速增加较大时，由于流速的增大使尾部烟道内的受热面传热系数提高，在受热面吸热量不变的情况下传热温差减小，受热面后的烟气温度相对升高，由于烟气温度的升高增加了SO2转化为SO3的可能性，烟气中的SO3分压力相对升高，露点温度相对升高，使受热面遭受低温腐蚀的可能性增大。

1.4 锅炉负荷

随着锅炉负荷的降低，排烟露点也有所降低。当过剩空气系数越低，火焰温度和过热器壁温均降低，使SO2转化为SO3的量减少，使得烟气露点随之而降低。

2 防止低温腐蚀运行中应采取的防范措施

2.1 合理组织燃烧

在运行调整中要合理调整运行参数，尽量避免由于超负荷运行，造成火焰充满程度较差，局部混合不均匀性较差，产生局部高温使SO3的量增加的情况，在增加负荷的过程中，严格控制负荷的变化速度，严禁赶火升压，杜绝炉膛温度急升高和局部温度急剧变化的情况降低SO3的生成量。

2.2 采用低氧燃烧

严格控制含氧量在设计的范围。严格控制氧量，一方面能控制烟气中SO3的生成量减少低温受热面硫酸蒸汽的生成量，防止或降低低温积灰腐蚀。另一方面能够有效的控制炉膛出口还原性气体NO的生成量，提高了灰的熔点，降低了受热面积和结渣。

3 高温腐蚀的主要原因

3.1 燃料和积灰沉积物中的腐蚀成分

燃用含硫量高的煤粉时，煤粉中的黄铁矿（FeS2）燃烧受热，分解出自由的硫原子：FeS2FeS+[S]，而烟气中存在的一定浓度的H2S与SO2化合，也产生自由硫原子：2H2S + SO22H2O +3[S]。自由硫原子与约350℃温度的水冷壁管相遇，发生反应：Fe+[S]FeS，3FeS+5O2Fe3O4 +3SO2，产生腐蚀。

其次，燃料中的硫及碱性物会在炉内高温下反应生成硫酸盐，当这些硫酸盐沉积到受热面上后会再吸收SO3，生成焦硫酸盐，如Na2S2O7和K2S2O7。焦硫酸盐的熔点很低，在通常的锅炉受热面壁温下呈熔融状态，与Fe2O3更容易发生反应，生成低熔点的复合硫酸盐：3Na2SO4 +Fe2O3+3SO32Na3Fe（SO4）3，3K2SO4+Fe2O3+3SO32K3Fe（SO4）3，当温度在550℃～700℃时，复合硫酸盐处于融化状态，将管壁表面的Fe2O3氧化保护膜破坏，继续和管子金属发生反应，造成过热器管的腐蚀。

3.2 还原性气氛

锅炉的高温腐蚀和还原性气氛的存在有着密切相关的关系，CO浓度大的地方腐蚀就大。某些部位的空气不足，使煤粉燃烧的过程拖长，未燃尽的煤粉在炉管附近分离，使碳和硫聚集在边界层中，未燃尽碳进一步燃烧时又形成局部缺氧，使水冷壁附近的烟气处于还原性气氛。由于缺氧，硫的完全燃烧和SO2的形成发生困难，H2S便与受热面金属发生直接反应，因H2S是还原性介质，比氧化性介质更具有腐蚀性，H2S的浓度越高，受热面温度越高，腐蚀速度越快，同时还原性气氛导致了灰熔点温度的下降和灰沉积物过程加快，从而导致受热面管子的腐蚀。

3.3 防止高温腐蚀运行中应采取的防范措施

3.3.1 合理调整运行参数

根据天气变化，及时合理调整运行参数，加强巡查力度，避免炉膛温度忽高忽低，减少腐蚀发生的概率，以降低腐蚀和磨损。

3.3.2 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蚀速率。国外研究显示，水冷壁管常在燃料品种变化时发生向火侧严重腐蚀。燃料是控制腐蚀速率的第一道关口，应燃用含硫量低于0.8%的煤种，以降低腐蚀速率。

3.3.3 改善燃烧区的还原气氛

合理配风并强化炉内气流的混合过程，同时降低空预器等设备的漏风；可以采用增加侧边风、贴壁风等技术，在水冷壁附近形成氧化气氛，以改善燃烧区的氧量，避免出现局部还原性气氛，缓解高温腐蚀的发生。

3.3.4 避免出现受热面超温

因为长期低负荷运行会造成过热器管内工质流量过小，流速过低，严重影响了管子内外热交换，造成管壁温度过高，而炉膛温度不可能同时降低，造成管子短时间超温。所以应尽量避免长期低负荷运行，同时控制炉内局部特别是燃烧器区域附近的火焰中心处的最高温度及热流密度，以避免出现受热面壁温局部过高，减轻高温腐蚀。

3.3.5 改善受热面状况

过热器等受热面管进行热喷涂，喷涂耐腐蚀材料，也可改用抗腐蚀性能好的铁素体合金钢管或复合钢管，以改善炉管金属表面状况，提高金属材料的耐腐蚀性能。

3.3.6 加强对燃料的管理

有条件的情况下尽量燃用设计煤种。加强燃料的监督，对含硫份高的煤入场煤的煤质化验报告应及时提供。以便合理掺配以降低煤种总的硫份含量。利用停炉的机会定期对低温受热面进行水冲洗。

4 结束语

锅炉受热面发生的腐蚀是一个极其复杂的物理化学过程，常见于大型锅炉中，为了更好地做好锅炉受热面高、低温腐蚀的防止工作，我们应综合平衡影响锅炉受热面腐蚀的各种因素，深入研究其产生的原因，在实践中不断探索、总结和积累经验，制定完善的预防措施，保证锅炉机组的安全经济运行。