鍋爐煙垢成因及防止措施

摘 要

摘要：分析了工業(yè)鍋爐煙垢的危害，探討了煙垢的成因及防止措施。在燃料中添加堿金屬氧化物特別是氧化鎂是防止煙垢生成的有效措施。關鍵詞：工業(yè)鍋爐：煙垢；防止措施Boiler Soot Caus
摘要：分析了工業(yè)鍋爐煙垢的危害，探討了煙垢的成因及防止措施。在燃料中添加堿金屬氧化物特別是氧化鎂是防止煙垢生成的有效措施。
關鍵詞：工業(yè)鍋爐：煙垢；防止措施
Boiler Soot Cause and Prevention Measures
FENG Tongjun
Abstract：The harms of soot of industrial boiler are analyzed，and the boiler soot cause and prevention measures are discussed.Adding alkali metal oxide especially magnesium oxide into fuel is an effective measure for preventing from formation of soot.
Key words：industrial boiler；soot；prevention measure
1 煙垢的危害
    鍋爐的安全經(jīng)濟節(jié)能運行與煙垢有直接關系，由于煙垢清除不及時而引起的鍋爐損壞占鍋爐修理總量的比例較大。鍋爐腐蝕可分為水側腐蝕、煙氣側腐蝕兩類。水側腐蝕有：氧腐蝕、堿腐蝕、堿脆化腐蝕、應力腐蝕以及過熱引起的損傷；煙氣側腐蝕有：低溫腐蝕、高溫腐蝕。
    我國對鍋爐水側腐蝕很重視，頒布的TSG G5002—2008《鍋爐水處理檢驗規(guī)則》、TSG G5001—2008《鍋爐水處理監(jiān)督管理規(guī)則》、GB/T 1576—2008《工業(yè)鍋爐水質》，對防止鍋爐水側結垢、腐蝕及蒸汽質量惡化，促進鍋爐運行的安全、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保，起到了重要的作用。但是，對解決煙氣側腐蝕還缺乏有力措施，很多鍋爐使用單位不重視煙垢清除工作，導致鍋爐對流區(qū)及煙道的煙垢很厚，鍋爐出現(xiàn)熱效率降低、燃料浪費、腐蝕嚴重、使用壽命縮短及污染環(huán)境等不良后果。因此，提高對煙氣側腐蝕的認識，分析煙垢生成的原因，探討有效的防腐方法，對鍋爐安全經(jīng)濟節(jié)能運行尤為重要。本文對鍋爐煙垢成因及防止措施進行探討。
2 煙垢的成因
    煤炭主要由碳、氫組成，并含有氧、氮、硫和微量金屬，引起受熱面煙垢生成并發(fā)生腐蝕作用的物質是硫和金屬。灰分的主要組分為二氧化硅、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂、三氧化硫、五氧化二釩、氧化鈉等，其中起主要腐蝕作用的物質有硫、鈉、釩3種。硫是低溫狀態(tài)下生成煙垢的主要原因，五氧化二釩和氧化鈉是高溫狀態(tài)下生成煙垢的主要原因。
2.1 低溫成垢
    煤炭中硫的質量分數(shù)為1%～4%，硫在燃料燃燒時生成二氧化硫，其中質量分數(shù)為1%～5%的二氧化硫轉化成三氧化硫，在低溫部分(溫度為600℃左右)的空氣預熱器、省煤器、對流區(qū)管束尾部、煙道等部位與蒸汽結合生成硫酸產(chǎn)生腐蝕，反應式為：
   S+02→S02
   2S02+02→2S03
   S03+H20→H2S04
2.2 高溫成垢
    高溫部分為溫度為800℃以上的過熱器、再熱器等。
   ① 氧化鈉
   燃料中含有硫，燃燒時生成三氧化硫。堿金屬鈉、鉀在溫度特別高的火焰中生成氧化鈉、氧化鉀，并附著在管壁上，與三氧化硫反應生成硫酸鹽。反應式為：
   Na20+S03→Na2S04
   堿金屬硫酸鹽再與鐵氧化物、三氧化硫反應生成熔點低的硫酸鹽絡合物，反應式為：
   3Na2S04+Fe203+3S03→2Na3Fe(S04)3
   熔點較低的硫酸鹽絡合物在受熱面表面呈熔融或軟化狀態(tài)，并粘附在受熱表面，其表面再堆積飛灰，生成煙垢。同時，熔融狀的硫酸鹽絡合物在受熱表面起腐蝕作用，反應式為：
   4Na3Fe(S04)3+12Fe→3FeS+3Fe304+2Fe203+6Na2S04+3S02
   ② 五氧化二釩
   五氧化二釩熔點(700℃左右)比較低，熔融狀的五氧化二釩表面張力非常小，可將金屬表面很好地侵濕，起助溶劑作用，溶解金屬表面固有的氧化膜。五氧化二釩與硫酸鈉發(fā)生化學反應，產(chǎn)生活性化的三氧化硫、氧等促進腐蝕。
   在1000℃時，反應式為：
    V205+Na2S04→2NaV03+S03
在700～900℃時，反應式為：
 
3防止煙垢生成的措施
   ① 低溫防垢
   由低溫成垢的機理可知，低溫成垢的根本原因是硫的存在。硫在爐內(nèi)燃燒生成二氧化硫、三氧化硫，當受熱面溫度低于硫酸露點時，硫酸凝結，不僅腐蝕受熱面，而且粘附灰分，從而形成煙垢。
   解決方法：可在燃料燃燒時向爐內(nèi)加入氧化鎂、氧化鈣，抑制硫酸的生成和消除已生成的硫酸。其反應機理為：
    MgO+S03→MgS04
    CaO+S03→CaS04
    MgO+H2S04→MgS04+H20
    CaO+H2S04→CaS04+H20
    通過上述反應式可知，氧化鎂、氧化鈣直接與三氧化硫、硫酸蒸氣發(fā)生化學反應，可顯著減少煙氣中的三氧化硫，抑制硫酸的生成，并中和已生成的硫酸，可有效防止低溫成垢。
   ② 高溫防垢
   高溫成垢的主要原因是五氧化二釩的存在，為了防止高溫成垢和腐蝕，必須提高灰渣中五氧化二釩的熔點。即在燃料燃燒時，向爐內(nèi)添加氧化鎂提高灰渣中五氧化二釩的熔點，生成穩(wěn)定的化合物。反應式為：
   2MgO+V205→2Mg0·V205
   3MgO+V205→3Mg0·V205
    上述反應式中2Mg0·V205和3Mg0·V205的熔點分別為1075、1234℃。從反應產(chǎn)物的熔點可知，氧化鎂可提高灰渣中五氧化二釩的熔點。對于爐膛溫度在1000℃左右的工業(yè)鍋爐，既可防止鍋爐高溫成垢，又可以阻止鍋爐低溫成垢，抑制硫酸的產(chǎn)生并中和已生成的硫酸。
    ③ 氧化鎂在除垢中的作用
    為了提高鍋爐熱效率實現(xiàn)節(jié)能，工業(yè)鍋爐都是采用蒸汽吹灰和人工清除煙垢的方法。但這些方法不但浪費能源，而且對流受熱面又清除不徹底，造成底部大量積灰，嚴重腐蝕對流區(qū)管束。在燃料中加入堿金屬氧化物(氧化鎂)，燃燒后產(chǎn)生的煙霧附著在受熱面上，與受熱面煙垢發(fā)生化學反應，使堅硬的煙垢變成疏松的灰粉，在鍋爐高溫煙氣的沖刷下脫落，使鍋爐管壁清潔，提高鍋爐熱效率，節(jié)約能源，延長檢修周期，減緩鍋爐腐蝕，延長鍋爐使用壽命，減少環(huán)境污染。
 
(本文作者：馮統(tǒng)軍 石河子特種設備檢驗檢測所 新疆石河子 832000)