达电1期锅炉尾部受热面低温腐蚀分析及预防

曹兴明　吉莉

摘 要：本文分析了燃料在锅炉燃烧过程中，二氧化硫、三氧化硫的生成过程，SO3进一步与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸气并凝结在尾部烟道管壁上是火电厂锅炉低温段受热面管道腐蚀发生的根本原因，并对针对上述原因提出了降低尾部烟道受热面腐蚀的简单可行办法。

关键词：低温受热面；低温腐蚀露点；防御措施

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

0 引言

达拉特发电厂有6台B&WB_1025/18.44-M亚临界一次中间再热单汽包自然循环炉，2台超临界直流强制循环炉，锅炉采用AB双风烟系统。前期工程投产后几台炉尾部烟道烟压均出现异常，后经停炉检查发现两台炉空预器、省煤器出现不同程度的腐蚀损坏。

1 低温受热面腐蚀产生的分析

1.1 燃料中硫、硫化物的去向

锅炉煤粉燃料中都含有硫或硫化物，当电厂来煤含硫份超过0.8时烟气中的硫化物排放会超标，煤粉中所含硫份在炉膛燃烧后会产生SO2，在多余氧气的环境里SO2会被氧化成SO3。SO3气体与烟气中水蒸汽结合形成酸雾，当尾部受热面温度低于硫酸蒸汽露点时，在金属管壁会凝结有液体硫酸腐蚀金属管壁并造成损坏。因此要严格控制电厂燃料采购环节，确保来煤中的硫含量不超标。

1.2 烟气中氧化硫的生成的化学机理

燃煤中硫分单质硫、有机硫（与C、H、O等结合的化合物）无机硫等。燃烧过程中，有机硫首先被氧化成SO2；无机硫分解速度较慢，例如：硫铁矿在高温下用空气氧化产生二氧化硫，（4FeS2+11O2====8SO2+2Fe2O3 ）其中部分SO2在过剩氧和高温的作用下进一步转化为SO3，部分不能燃烧的无机硫随灰渣排出。

二氧化硫在炉膛高氧区的氧化反应是在炉膛内，SO2和SO3之间的转化主要为：2SO2+ O2=2SO3，这个过程是可逆的，在炉膛过剩氧的作用下， SO2向SO3转化，当炉膛突然缺氧燃烧时，SO3又逆向转化成SO2，2SO3=2SO2+ O2。

二氧化硫在催化剂作用下的催化反应是在烟气流过水平烟道，二氧化硫会遇到CuO、Fe2O3、V2O5等催化剂。受到催化作用后的SO2与烟气中的过剩氧结合产生SO3。锅炉烟气中含有的各种催化剂的作用受温度影响非常大，CuO在700℃时催化作用最大，Fe2O3在630℃左右的催化作用最大，五氧化二钒V2O5在500℃左右的催化作用最大。SO2在500℃条件下与V2O5相遇的催化效果比其他金属氧化物在最佳氧化温度时的效果要好V2O5+SO2 →2VO4 +SO3（可逆），钒触媒V2O5能够加快SO2的氧化速率，并生成2VO4。图1为各种催化剂对二氧化硫向三氧化硫转化影响的大小。

2 影响SO3及酸雾生成的因素

对于火电厂大型燃煤锅炉来讲，SO3的产生与转化受到诸多因素影响，其中包括燃料含硫量、炉膛结构及燃烧调节、炉前燃油系统使用率、空气过剩系数、空预器暖风器投入是否正常、锅炉风烟系统结构等。最终影响低温受热面腐蚀因素主要有SO3的凝结酸量及浓度和尾部烟道金属温度几个因素，从上面的论述可以判断，尾部烟道腐蚀的主要原因是燃烧中烟气产生SO3，同时影响烟气中生成SO3的主要因素有：煤中硫份含量超标的程度、炉膛风量的控制、尾部烟道金属温度、炉膛工况是否正常。

（1）煤中硫份含量超标的程度。电厂燃煤中硫份含量超标的程度越高，燃烧产生的SO3浓度就越高，SO3与烟气中的水蒸气形成酸雾，酸雾浓度越高露点就随之升高，酸雾的浓度越低它的露点就越低。燃煤中硫份含量超标的程度越高，燃烧后生成的二氧化硫多，炉膛风量越大越大， 生成三氧化硫的数量就越多。燃烧工况不同、煤种不同，同样的含硫量，生成的三氧化硫多少也不同。锅炉在正常情况下，硫酸蒸汽大部吸附在飞灰中分被飞灰带走，这将减小烟气中的硫酸蒸气浓度，硫酸蒸汽浓度降低烟气露点也随着降低。燃料的硫含量为为0.2%～0.5%时，露点温度接近水蒸气的凝结温度100℃。

（2）炉膛送风量的大小。多余的氧是SO2向SO3的根本原因。送风量越大SO3生成也随之变多。送风量越小氧气越少，烟气中的SO3生成就越少，硫酸蒸汽浓度就越小，烟气的露点也将大幅降低。当锅炉空气过剩系数不大于1.0时，烟气露点将大幅度下降。

（3）排烟温度。排烟温度越低锅炉排烟损失越小，但排烟温度不是越低越好，温度过低换热器金属壁温逐步降低会使水蒸气大量凝结并与SO3形成硫酸溶液，这样加快尾部烟道腐蚀。

3 预防低温腐蚀措施

（1）控制过剩空气系数和减少漏风。无论是送入炉膛的氧还是漏入烟道的氧对SO3生成都有影响，减小送风量，可以阻止和减少SO3的生成。同时减少送风量可以降低送、引、一次风机的电耗，节约厂用电率，但减少送风量有不完全燃烧的现象发生，所以低氧需要锅炉具有可靠的仪表检测和丰富的运行人员操作经验；（2）提高空气预热器受热面的壁温。适当提高锅炉排烟温度，可以相对提高尾部烟道的金属壁温，但提高排烟温度会增加锅炉排烟损失降低锅炉效率。北方锅炉要加暖风器提高空预器入口空气温度，提高空预器管壁温度使其温高于烟气露点，由于我厂暖风是引入辅助蒸汽加热，经常出现疏水不畅震动泄露现象；（3）严格把控煤质关。降低煤中硫份含量超标的程度，采用脱硫设备，过滤掉煤气中的硫份，脱硫设备会增加发电成本，但为了实现环保目标现在大型电厂必须装脱硫脱销设备；（4）降低露点或抑制腐蚀的添加剂。例如白云石混入燃料中，它会与烟气中SO3发生作用，生成CaSO1和MgSO1从而减少烟气中的SO3的分压力，减轻低温腐蚀；（5）冷端受热面采用耐腐蚀材料。空预器采用耐酸腐蚀的材质，如采用石英、抗腐蚀瓦或用惰性材料制作，这些材料防腐效果好比金属好。

4 小结

要预锅炉防低温腐蚀的发生就必须要综合考虑各种因素，从运行调整到锅炉检修以及燃料管理等外部和内部控制环节都要严格把关，保证任何一个环节不出现问题。

参考文献：

[1]锅炉原理[M].中国电力出版社.

[2]电厂锅炉运行[M].水利电力出版社.

[3]燃煤锅炉机组[M].中国电力出版社.endprint