兰炭尾气锅炉空预器泄漏原因分析及处理

杨栩沣，范洪武

（1.上海电力股份有限公司，上海 200245；2.上海电力股份有限公司罗泾燃机发电厂，上海 200949）

0 引 言

某兰炭尾气锅炉为单锅筒、集中下降管，自然循环II型布置的煤气炉，紧身封闭布置。锅炉前部为炉膛，四周布置膜式水冷壁。水平烟道装设了两级对流过热器，转向室内布置了蒸发器。炉顶、水平烟道两侧及转向室设置顶棚管和包墙管。尾部布置单级省煤器及空气预热器，省煤器分2组，上组省煤器下方布置脱硝烟道，脱硝装置下布置下组省煤器，后列烟道内布置2组空气预热器。锅炉采用煤气燃烧器，前墙3层布置，共9只。

锅炉新建投产后近2个月即发现送风机出力明显增大，检查风道未发现明显漏风现象，停炉后对空预器进行了检查，发现空预器换热管泄漏率达90%以上，换热器搪瓷管无明显的脱落，泄漏点为点状腐蚀。

1 尾气锅炉参数及系统配置

1.1 锅炉参数

最大连续蒸发量/（t·h-1） 265

过热器出口额定蒸汽压力/MPa 6.75

过热器出口额定蒸汽温度/℃ 540

凝结水回水温度/℃ 60

锅炉保证热效率/% 90.2

给水温度/℃ 135

排烟温度/℃ 148.8

1.2 尾气锅炉燃料来源及参数

锅炉的燃料为煤化工尾气，尾气气质成分见表1。

表1 尾气气质成分Table 1 Gas composition of tail gas

尾气主要杂质含量见表2。

表2 尾气主要杂质含量Table 2 Table of main impurities in tail cas

1.3 烟风系统

送风系统配置2台60%容量的送风机，引风系统配置2×65%出力配置的引风机。送风机进风口起经空预器、燃烧器送入锅炉，引风系统从锅炉尾部竖井烟道出口至引风机经过烟气换热器到烟囱。

1.4 空气预热器

（1）空气预热器采用管式结构，空气预热器换热器为碳钢镀搪瓷。

（2）漏风系数应≤0.03。

（3）为保证空气预热器冬季运行安全，在送风风道上设置暖风器，暖风器采用汽包蒸汽加热。

（4）吸收排烟余热，提高锅炉效率。装了省煤器后，虽然排烟温度可以降低很多，但电站锅炉的给水温度均＞200℃。故排烟温度不可能降得更低，加装一套空气预热器后通过冷介质吸收热量，可以降低排烟温度。

（5）提高空气温度，可以强化燃烧。空气预热器一方面使燃烧稳定降低机械未完全燃烧损失和化学未完全燃烧损失；另一方面利用余热提高煤燃烧完全，减少过剩空气量，升高燃烧室温度，强化传热，从而达到充分燃烧利用热能的效果。

1.5 锅炉废水掺烧系统

兰炭尾气管道在运行时存在含酚冷凝水析出的现象，含酚冷凝水在冬季时约400 t/d，夏季200 t/d，该部分含酚冷凝水需喷入锅炉内进行燃烧，锅炉燃烧的含酚冷凝水的水量按照12 t/h设计。

2 空预器检查情况

停炉后对空预器进行检查，空预器冷端和热端均腐蚀在90%以上，在烟气侧管道腐蚀破损及烟气中析出的酸性物质和灰尘及煤焦油形成的污垢如图1所示。

图1 换热管腐蚀情况Fig.1 Corrosion of heat exchange tube

3 原因分析

3.1 锅炉运行参数分析

通过历史数据查询，空预器进口烟气温度长期维持在130℃左右运行（最高157℃），出口温度长期维持在90℃（最高117℃），对比锅炉说明书中热力计算书空预器入口烟温184℃，出口烟温136℃，分别有54℃和46℃的偏差。

由于上游兰炭厂来气品质的不稳定，尾气的热值低于设计值；另外，由于在冬季气温太低（-30℃），烟气换热器损坏不具备投运条件，给水温度长期维持在138℃左右，低于设计值158℃，上述2个原因导致兰炭尾气锅炉自运行以来炉膛出口烟温长期维持在850℃左右，低于设计值1 041℃，烟气运行到空预器段就出现了上述偏差。

3.2 搪瓷管腐蚀的一般原因

搪瓷管具有良好的耐腐蚀性，在这么短的时间内能够造成管道腐蚀并形成泄漏可能的原因应该有：①管道涂烧搪瓷的工艺控制不到位，导致搪瓷与管道烧结的不够紧致，造成大面积脱落；②空预器组装穿管过程中，搪瓷管与端板隔板碰撞摩擦可能造成搪瓷出现微裂纹等缺陷；③尾气及含酚废水的燃烧产物中的某些物质可能对搪瓷产生影响。

3.3 空气预热器搪瓷管失效分析

（1）样品背景资料描述。

搪瓷管材质：Q235，规格40 mm×1.5 mm，按UG0170《管式空气预热器技术条件》制造与验收，要求搪瓷厚度300±20μm，表面质量符合要求，耐电压试验、耐腐蚀测试、粘合度测试合格。

下级省煤器及空预器段烟气温度低于酸露点，导致烟气中酸性物质析出附着在空预器管壁上，造成空预器换热管被大面积腐蚀。

（2）宏观特征。

空气预热器搪瓷管试样搪瓷均匀，无明显色差，管壁外侧有多处明显圆形腐蚀凹坑，生成白色腐蚀产物，腐蚀凹坑处搪瓷剥落，部分已经贯穿管壁。将试样管剖开明显可见试样内壁光滑，无明显氧化腐蚀现象。

（3）试验分析。

根据JY/T010-1996《分析型扫描电子显微镜方法通则》以及GB/T17359-2012《微束分析能谱法定量分析》对试样进行分析，结果如下。

将试样置于扫描电子显微镜下观察，电镜图片明显可见腐蚀形貌为均匀腐蚀，腐蚀产物呈块状脱落。采用能谱仪对腐蚀产物进行分析，分析可知腐蚀产物中含有O、Si、S、CI、Fe元素，其中含有S元素含有1.94%的Cl元素含有2.11%的腐蚀产物为S、Cl含量较高的铁氧化物，只有极少量的Si，说明腐蚀主要为基体碳钢材料、S、Cl元素主要造成基体碳钢材料的腐蚀。

取腐蚀点表面灰白色沉积物按照DL/T 1151.15-2012处理样品；再用仪器法和滴定法测定水溶性物质碱度、钠离子及主要阴离子结果见表3。

表3 水溶性物质分析结果Table 3 Analysis results of water soluble substances

由水溶性物质分析结果表明：搪瓷管表面灰白色腐蚀产物中含有F离子为1.73%，Cl离子为4.83%，以及含有52.13%的硫酸根离子。搪瓷管具有较好的耐酸腐蚀性能，但搪瓷不耐氢氟酸及含有氟离子溶液的腐蚀。空气预热器烟气环境中酸露形成的F离子对主要成分为Si02的搪瓷层形成腐蚀：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷层表面产生全面均匀的腐蚀凹坑，搪瓷层遭到破坏后，酸露中的硫酸、盐酸进一步腐蚀碳钢基体，造成搪瓷管穿孔。

3.4 分析讨论

由宏观特征可知搪瓷管表面无机械损伤、裂纹等，表面可见明显的圆点状腐蚀凹坑，腐蚀失效由表向里，应为空气预热器中烟气气体产生的腐蚀。由扫描电镜及能谱分析可知：试样腐蚀形貌为均匀腐蚀，腐蚀产物呈块状脱落。腐蚀产物中含有O、Si、S、CI、Fe元素，其中含有1.94%S元素，2.11%Cl元素，水溶性物质分析中可知搪瓷管表面灰白色腐蚀产物中含有F离子为1.73%，Cl离子为4.83%以及含有52.13%的硫酸根离子。

锅炉设计燃料为兰炭尾气，S、Cl、F等元素杂质含量较高，燃烧后生成有害气体和烟气中水蒸汽化合形成蒸汽，常含有一些腐蚀性气体和腐蚀性物质，如硫的氧化物，钒的氧化物，硫酸盐络化物等，使烟气露点温度明显升高，可达130～150℃。含有S、Cl、F元素蒸汽的烟气经空气预热器管的低温受热面，受热面搪瓷管壁温低于硫酸蒸汽的露点时，在搪瓷管表面形成酸露。这些物质对搪瓷管空气预热器应用会产生强烈的腐蚀，严重时在很短的时间内会使搪瓷管空气预热器遭到损坏。当进入搪瓷管空气预热器的烟气中含有二氧化硫时，其中一部分会转化成三氧化硫，并与烟气中的水蒸汽结合生成硫酸蒸汽，且能增加烟气的露点温度，在低温金属表面上凝结形成硫酸溶液，与碱性灰反应，也与金属反应，因而产生腐蚀。

酸露中的F离子对主要成分为Si02的搪瓷层形成腐蚀：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷层表面产生全面均匀的腐蚀凹坑，搪瓷层遭到破坏后，酸露中的硫酸、盐酸等进一步腐蚀碳钢基体，造成空气预热器搪瓷管穿孔失效。由于经常发生在搪瓷管空气预热器的低温受热面上，故称低温腐蚀。低温腐蚀的特点是均匀性腐蚀，它使金属壁厚度逐渐减薄以至破裂，对搪瓷管空气预热器的运行危害大。

4 结 论

烟气中的S、C1、F等元素是腐蚀产生的直接原因。锅炉烟气中杂质含量较高，使烟气露点温度大为升高，在空气预热器搪瓷管的低温受热面表面形成酸露。酸露中的F离子对主要成分为Si02的搪瓷层形成腐蚀：4F-+Si02=SiF4+202-，搪瓷层表面产生全面均匀的腐蚀凹坑，较薄的搪瓷层（300 nm）遭到破坏后，酸露中的硫酸、盐酸进一步腐蚀碳钢基体，造成搪瓷管穿孔。

针对上述分析的原因，现场从提高空预器进出口烟温和选用新材料，现场把搪瓷管更换为ND钢管及空气剩余系数的调整等3个方面进行处理。

（1）提高空预器进出口烟温。

如果提高相关问题，锅炉运行中会导致低温段管壁温度下降，烟气侧出现水蒸气冷凝。壁温低，则烟气侧水蒸汽易冷凝。根据现场实际参数，重新核算锅炉的热力计算数，对分别减少上级和下级省煤器，使得空预器入口烟温和出口烟温提高至185℃和150℃。

（2）选用新材料，现场把搪瓷管更换为ND钢管将低温段空气预热器管壁温度提高到超过烟气露点是不容易的，那将会给锅炉带来很大的热损失，因此，要在排烟温度合理的情况下，充分利用烟气余热，就需要采用防止低温腐蚀的新材料。根据其它锅炉的运行经验，把换热器的搪瓷管更换为ND钢材质。

（3）空气剩余系数的调整。

过氧量的存在是促成二氧化硫氧化成三氧化硫的基本条件，因此，调整空气剩余系数，维持低氧燃烧是防止低温腐蚀的有效措施。