鍋爐尾部受熱面低溫腐蝕分析及預(yù)防

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1、鍋爐尾部受熱面低溫露點腐蝕分析及預(yù)防徐州天能姚莊煤矸石熱電有限公司孫樂場[摘要]借徐州天能姚莊熱電公司鍋爐尾部受熱面腐蝕一事，分析了煙氣中SO3的形成和硫酸蒸汽的凝結(jié)是工業(yè)鍋爐運行時低溫段受熱面管道腐蝕發(fā)生的根本原因。介紹了低溫受熱面管道的腐蝕過程，并對降低腐蝕提出了可行的預(yù)防措施[關(guān)鍵詞]省煤器空預(yù)器腐蝕露點措施0引言響應(yīng)節(jié)能減排、資源綜合利用號召，徐州天能姚莊熱電公司3臺SHF20-2.45/400-SⅡ型燃煤鍋爐技改為SHS20-2.45/400-QJ型燃焦?fàn)t煤氣鍋爐。運行一年后，3臺爐空預(yù)器、省煤器出現(xiàn)不同程度的損壞。經(jīng)檢查分析省煤器、空氣預(yù)熱器的損壞，低溫露點腐蝕是

2、主要原因，在受熱面的溫度低于煙氣的露點時，煙氣中的水蒸氣和硫燃燒后生成的三氧化硫結(jié)合成的硫酸會凝結(jié)在受熱面上，嚴(yán)重地腐蝕受熱面。1低溫腐蝕機理1.1三氧化硫及硫酸的生成焦?fàn)t煤氣中含有硫，硫與空氣中的氧氣作用生成SO2，在爐膛內(nèi)SO2繼續(xù)被氧化，生成SO3，SO3與水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸氣的概率很大，硫酸蒸氣將在溫度比較低的空氣預(yù)熱器上凝結(jié)。硫酸濃度為零時，純水沸點為45.45℃，隨濃度增高，沸點也隨之升高。煙氣中只要含有少量硫酸蒸氣，就會使露點大大超過純水的露點；當(dāng)硫酸蒸氣的濃度為10%時，露點可達190℃左右。盡管煙氣中硫酸蒸氣的濃度很低，凝結(jié)下來的液體中的硫酸濃度卻可以很高

3、。因此，必須嚴(yán)格控制煙氣中SO3含量，即控制燃料中的硫含量。1.2　三氧化硫的生成及轉(zhuǎn)化率的確定　　煙氣中三氧化硫生成的機理極其復(fù)雜。一般以為一部分是在工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，一部分是在尾部煙道中產(chǎn)生的?！　≡诠に嚿a(chǎn)過程中，主要是原子氧的作用而生成三氧化硫，而原子氧主要是在燃燒反應(yīng)中形成的。如：CO＋O2→CO2＋OH＋O2→OH＋O這些原子氧很活潑，容易將二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。另外，氧分子、二氧化碳等氧化物在爐子高溫輻射下，其中一部分也會分解原子氧而使二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫?！　‘?dāng)壓力一定時，二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫的平衡曲線如圖1所示。從該圖可以看出低溫時對轉(zhuǎn)化成三氧化硫

4、有利。在850℃以上的高溫下，三氧化硫幾乎不產(chǎn)生。在溫度相同時，壓力升高會增加向三氧化硫方面的轉(zhuǎn)化?！　D1　SO2、SO3平衡狀態(tài)1.3硫酸蒸汽的酸露點溫度的計算　　煙氣中不但有三氧化硫，而且有水蒸汽，它們相互作用而生成硫酸蒸汽。如果管壁溫度低于某一數(shù)值，硫酸蒸汽就會在管壁上凝結(jié)并產(chǎn)生腐蝕。這一數(shù)值就稱為硫酸蒸汽的酸露點溫度。硫酸蒸汽的酸露點溫度主要取決于煙氣中三氧化硫和水蒸汽的含量，一般可按下述方法確定。　　煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度按下式計算：C=98×VSO3/(80×VSO3＋18×VH2O)(1)VSO3＝K×VSO2(2)式中：VSO3—煙氣中SO3的容積份額，%；V

5、H2O—煙氣中H2O的容積份額，%；VSO2—煙氣中SO2的容積份額，%；K—煙氣中SO2轉(zhuǎn)化為SO3的轉(zhuǎn)化率，%；C—煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度，%。煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和按下式計算：PH2O＋SO3＝（B－P／13.6)(VSO3＋VH2O）／100(3)式中：B—鍋爐安裝處大氣壓力，Pa；P—鍋爐入口處煙氣負壓，Pa；PH2O＋SO3—煙氣中水蒸汽和三氧化硫分壓之和，Pa?！　「鶕?jù)C及PH2O＋SO3之值可從圖2查出酸露點溫度。圖2　在汽相中硫酸濃度和露點之間的關(guān)系1.4腐蝕速率和低溫腐蝕規(guī)律影響金屬腐蝕速度主要有凝結(jié)的酸量、酸露的濃度和金屬壁溫三個因素。當(dāng)壁溫較高，

6、稍低于露點時，壁面凝結(jié)的酸量很少，腐蝕速度很慢。隨著壁溫降低，凝結(jié)酸量增加，腐蝕速度顯著增加。通常最大腐蝕點的壁溫比露點約低20～45℃。當(dāng)壁溫進一步降低時，凝結(jié)的酸量已足夠，此時腐蝕速度與酸濃度幾乎無關(guān)，而僅僅取決于壁溫。隨著壁溫的降低，酸露中酸濃度也隨之降低。雖然酸露中酸濃度的降低使腐蝕速度增加，但壁溫對腐蝕速度的影響大于酸濃度對腐蝕速度的影響，因此腐蝕速度下降。下降至一定程度后，由于濃度的影響超過了壁溫的影響，隨著壁溫的降低，腐蝕速度又加快。2影響低溫腐蝕的因素上面的分析可看出，低溫腐蝕的根本原因是煙氣中含有SO3。據(jù)低溫露點腐蝕機理，影響SO3生成的因素主要有：燃料中

7、的硫含量、過?？諝庀禂?shù)、金屬管壁溫度、燃燒工況及水蒸氣含量等。2.1燃料中的硫含量燃料中含硫越多，生成的SO3也越多，露點就越高，當(dāng)燃料的硫含量為1%時，SO3濃度已超過腐蝕危險濃度的下限，與此相應(yīng)，露點則提高到130℃左右。當(dāng)硫含量為0.2%～0.5%時，露點溫度接近水蒸氣的凝結(jié)溫度，增大了換熱器表面積灰及硫酸生成的概率。2.2尾氣中的氧含量過剩氧的存在是使SO2氧化成SO3的基本條件?？諝膺^剩系數(shù)越大，過剩氧越多，SO3也越多。隨著空氣過剩系數(shù)的降低，煙氣中的SO3濃度顯著減少，接近或小于腐蝕危險濃